建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义探究

建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义探究

何威

中冶南方武汉建筑设计有限公司 430070

摘要：当前城市建筑工程数量不断增多，在施工期间会用到大量的钢材，其不仅能够决定企业的经济效益，还能够反映出设计人员的水平。现阶段，国家大力提倡节能建筑，设计人员应在保证建筑结构性能安全的基础上进行优化，减少用钢量，因此，设计人员应不断提高自身设计水平，从而能够在建筑结构设计中为企业带来更多的综合效益。

关键词：建筑结构设计；节约用钢量；方法及其意义

近几年，我国建筑业发展迅速，成为国民经济的支柱产业。每年国家都会投入大量的资金与物力，尤其是钢材，投入量巨大，尽管其带来的利益也十分客观，但国家倡导节约能源，杜绝浪费现象，因此，政府部门予以高度重视，对此进行了全方位的分析与探索，优化设计，减少钢量浪费，从而能够为国家的发展减轻负担。

1. 建筑结构设计中影响钢量因素

1. 自然方面

近几年，城市化建设加快，建筑数量逐渐增多，由于地理位置等因素，其承受的外力有所不同。因此，在实际进行建筑结构设计时，应考虑所在区域的气候条件、地震作用等，并且要明确建筑自重、是否频繁发生地震等因素，否则将会给建筑设计参数带来影响。建筑结构设计尤为关键，其必须满足质量标准，与此同时需考虑影响结构稳定性的因素，然后进行分析，适当加入钢量，以此能够提高建筑的抵御能力，有效避免温度、风力等自然方面的影响。

2. 平面布设

建筑项目在进入设计环节时，其在结构平面设计环节中应进行全方面的考虑，例如，施工环境与参数，然后按照建筑抗震设计的有关标准来进行结构设计，确保其对称与规则。在此过程中，需考虑影响建筑质量的外部因素，找出立面与平面结构不规则的原因，将各项参数录入计算机中，以此统计出建筑结构的外力与内力，再根据建筑抗震设计要求，合理的调整设计参数，此过程尤为重要，能够提升建筑内薄弱部分的抵御能力。变动结构设计的同时钢量也发生了改变，通常此形式会增加用钢量。

（三）结构体系方面

建筑工程在进入施工阶段之前，需要设计人员进场，对所要施工区域进行现场勘察工作，掌握此地区的实际情况，根据工程信息与建筑抗震设计要求，明确建筑设计的要点部分，还需考虑成本规划与技术等问题，以此设计出结构方案。国内各城市的气候条件有所不同，因此，在实际设计时，需要考虑此方面的因素，再结合工程成本预算，优化设计方案，在保障建筑结构的稳定性与安全性的前提下，合理选择钢用量。例如，剪力墙结构体系与框架+剪力墙结构体系，两者都能够达到建筑单位对项目稳定性的要求，但结构体系存在一定差异，导致用钢量也所不同，剪力墙+框架就会增加钢的用量^[1]。

2. 建筑结构设计过程中节省用钢量的重点部分

1. 水平构件

在建筑结构设计中，水平构件部署非常关键，其具体是指梁板构件，能够直接影响建筑结构的稳定性。在实际搭配时，需结合实际情况多角度、多层面的进行分析，平衡结构内部荷载，抵消内部应力，然后结合力学理论，了解结构内部受力、传力的方式，在设计时还需要结合多方面因素，不要局限于其稳定性层面。当前建筑行业迅速崛起，施工过程中要考虑到建筑外观等要求，应保证在建筑项目质量达到标准的同时提升观赏性，对其进行科学的设计，从而实现减少钢用量的目的，其效果也十分显著。在建筑结构施工过程中，设计人员通常采用竖向交通构建建筑简体模式，建设多桩承台，将其设计在墙体下方，采用此种构建布设方式，规避剪力墙对桩造成的压力，防止其薄弱环节受压力作用变形，能够减少钢用量，并且质量也达到业主的要求。除此之外，还需掌握建筑结构内外荷载，设计配筋率，从而能够提升建筑结构抵抗外力能力，在此过程中，切勿忽视建筑结构中承台所受到的剪力冲击，否则会影响建筑整体的稳定性。因此，在设计过程中，需在承台厚度的基础上提升，加强部分混凝土的强度，以此抵消内部水平方向的剪力^[2]。

在建筑结构设计过程中，应结合构件自身重量与跨度，否则尽管稳定性、可靠性都已达到相关标准，但用钢量过多，会提升施工的总成本，因此，需要在此过程中平衡构件自重与跨度之间的关系，以此能够提升项目自身预应力的同时减少材料消耗过多的问题。构件跨度将会影响其在应用中的表现，因此，应简化楼板构造样式，降低用钢量，才能够不影响构件预应力，现阶段，通常使用现浇双向空心楼板或者加轻质填充块的密肋楼板。

2. 配筋结构

在设计柱段结构时，需要掌握混凝土强度层级轴压比，以此确定构造配筋方式，根据柱主筋最低配筋率，再确定主筋规格。在建筑项目中，柱设计工作需结合以往的经验，防止建筑结构不会手段内部应力的冲击，从而给建筑整体的稳定性造成影响，在此过程中，应根据实际情况，按照标准要求选择柱的配筋率，此外，切勿忽视偏心受压营内部承压力，减少使用跨度大的边柱，不仅能够满足规定的质量要求，还需减少工程用钢量。除此之外，柱型号的选择与设计工作期间，需掌握柱形与其在建筑中承载能力间的关系，改变柱的外形，致使其受压中心发生转移，用柱中心来平衡建筑结构内部应力

^[3]。

3. 建筑结构设计节约用钢量的有效方法

1. 应用高强钢筋

当前国家规定的建筑结构设计标准为CRB600H高强钢筋，但建筑结构设计常用的是HRB400钢筋，高强钢筋能够对HRB400钢筋组成的化学成分进行调整，能够改变其中C、Mn、Si的元素含量，能够提升钢材的强度与刚度。高强钢筋的强度非常高，能够有效解决混凝土构件中钢筋拥挤的问题，不仅能够提高钢筋混凝土的强度，还能够减少钢用量。在实际应用高强钢筋时，设计人员与施工人员进行技术交底，加强各参建部门之间的沟通，从商讨中确定最终方案，检查节点配筋。材料校对完毕后，将其上报给总工程师，从而确定总用钢量，批准完毕后进行施工作业。

2. 完善构建设计

在实际施工过程中，首先应找出柱用钢量提升的原因，然后对柱的钢筋率与布置位置进行调整，能够有效控制用钢量。明确建筑类型、柱、墙的横截面积，然后按照工程结构设计要求，提高混凝土的强度，使其质量达到相关标准，能够降低柱轴压比，以此减少柱截面大小，不仅能够保证建筑结构的稳定，还能够节约用钢量。

在进行梁设计过程中，先明确钢筋与混凝土之间的搭配方式，以及搭配的效果，然后结合施工要求，将混凝土与钢筋进行优化配置，在此基础上设计梁截面，梁截面的宽度需要注意，将其控制在0-350mm范围内，以此方式控制梁截面，在保证截面尺寸不给施工作业带来影响的前提下，保证结构的稳定性。除此之外，在结构设计过程中，将结构稳定值控制在合理范围内，达到规定要求的同时减少钢筋直径，一般采用大直径与小直径结合配筋的方法能够有效减少用钢量。

（三）抗震等级

在实际进行建筑结构设计时，应考虑到建筑本身的抗震等级，同区域同户型不同高度的建筑物，在建筑结构抗震等级分类高度时，等级不同，结构计算与结构构造的含钢量也有所不同，因此，在设计前期建筑方案高度时，如果建筑高度接近抗震等级分类临界高度时，应保持建筑高度在临界高度之下，此时会按照低一级计算建筑结构抗震能力，建筑用钢量也随之降低，否则，结构的总体构造配筋率与抗震计算配筋会提高，从而增加钢用量^[4]。

结束语：

综上所述，在建筑结构设计过程中，应尽可能节省与控制钢用量，需从多个角度、多个环节进行控制。在实际设计时，应在保证建筑工程性能的基础上，进行局部优化。在此过程中，还需考虑结构布置、构架截面的选择等因素，确保结构与构件受力变形的合理性。因此，配筋方面需要规范化设计，合理选择钢筋规格，从而实现了节省钢用量的目的。

参考文献：

1. 高红亮.论建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义[J].房地产导刊,2016, (024):40-41.

2. 孙大伟.论建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义[J].科学与财富, 2017(11):189-189.

3. 谭杰钊.论建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义[J].建材与装饰, 2018,(20):141.

4. 潘毅德.建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义分析[J].房地产导刊, 2019,(006):46.