建筑结构设计中节约用钢量的方法

建筑结构设计中节约用钢量的方法

刘一凌

北京京投兴檀房地产有限公司 101500

摘要：建筑施工进程中，用钢量不但关系着施工企业的利益，而且还能反馈出设计人员技术水平的高低。 在保证建筑构造安全、稳定的前提下节省用钢量满足现代社会的节能需求。 本文将主要围绕建筑构造中用钢量的要素展开分析，并提供具体应用方法以供参考。

关键词：建筑；结构设计；用钢量

在钢筋混凝土工程设计过程当中,在确保工程结构可靠安全同时符合规范的基础上,最大限度节约用钢量是施工企业的目标,也是设计人员的重要责任,关系到企业的市场竞争力。工程造价当中,相当一部分的材料费属于钢筋费用,所以在按照规范要求施工设计的过程当中,节约用钢量是施工企业控制成本的重要举措。

1影响建筑设计用钢量的因素

1.1 自然因素

建筑物所处的地理位置不同，承受的外力也会有所不同，气候条件、地震作用都是建筑结构设计需要考虑的方面，同时结构设计还需要掌握建筑自重以及建筑所处地区是否会频繁的发生地震，这些因素都将会直接影响到建筑设计参数。建筑结构需要满足质量标准，掌握影响结构稳定性的因素，并需要在此基础上权衡各方面因素，适当增加用钢量，从而可以降低温差、风力等自然因素对建筑的影响，在建筑用钢量增加的同时，还可以强化建筑抵御温度应力的能力。

1.2 平面布设

建筑结构平面设计需要考虑的因素较多，不仅需要在方案设计环节中分析施工环境、工程参数，还应该比对《建筑抗震设计》规范文件，并根据文件规定结合掌握的工程参数，并在对称性原则以及规则性原则下，设计建筑结构，并掌握影响工程质量的外在因素，确定致使立面与平面结构不规则的原因后，需要利用计算机录入各项工程参数，统计建筑结构受到的内力以及外力，根据建筑抗震设计要求，调整结构设计参数，提升建筑内部薄弱环节抵抗外力以及内力的能力，结构设计的变动势必会导致建筑项目用钢量发生变化，一般情况下都会增加工程的用钢量。

1.3 结构体系

建筑项目在动工前期，工作人员会对项目所在地进行实地勘察，掌握工程信息，并根据建筑抗震设计要求以及建筑结构设计要点，结合企业自身情况，从成本以及技术等层面出发，设计建筑结构方案，我国各省市的气候特征均不相同，建筑结构设计应该考虑影响结构稳定性的因素，保证建筑结构稳定的基础上设计结构方案，还需要将工程所用的经费控制在企业可承受水准下，建筑内部不同结构体系不仅会导致建筑结构稳定性不同，还会影响到施工的用钢量。比如剪力墙结构体系与框架 + 剪力墙结构体系，虽然都可以满足建筑单位对项目稳定性的要求，但是因为结构体系不同，建筑使用的用钢量也会有较大的差异，前者用钢量在 50~70kg/m2区间内，后者用钢量在90~120kg/m2区间中。

2建筑构造设计中节省用钢量的措施

2.1 水平要件部署

一般状况下水平要件具体是指楼层的梁板要件，部署的准则是确保受力传力的科学性。在此前提下保证良好的视觉感受与应用效果，最终实现建筑节省用钢量的目的，策划进程中切忌倒行逆施。由竖向交通进道构成的筒体，利用桩基础通常均打造成多桩承台。设桩时要让桩位于墙体下方，此时承台规避受剪还可以抗弯曲，厚度较薄，利用结构配筋率配筋那么其配筋量便下降。然而一般状况下，设桩不能全部布置在墙体下，而让承台受剪受冲切，策划过程中要加大承台混凝土强度或者增加承台厚度，而不要利用提高配筋来负荷其抗冲抗剪水平，反之则加大用钢量。

现阶段盛行的大面积客厅，其范围可达 50~60m2，这种板块运用一般的混凝土平板，就算提高了预应力，但是其用钢量依然会较大，关键原因在于板的自重与跨度都比较大。大跨度通过应用性能决定而不能转变，要节约用钢量，仅能在自重方面着手，也就是转变楼板的构造样式。利用新兴技术的加轻质填充块的双向密肋楼板或者现浇双向空心楼板（如图

1 所示）均是一种有效的方法。

2.2构件的配筋构造

由于设计规范中有明确具体的规定，故设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。

（1）柱

设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比，使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋，此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格；至于柱箍筋的体积配筋率，由公式 中可以看出，采用高强度钢筋比低强度钢筋更可节省用钢量。因此，对于高层建筑的柱箍筋主张采用HRB335甚至 HRB400尽量避免采用 HPB235也就不难理解了。

结构顶层边柱尤其是抽掉中柱的大跨度边柱，往往是大偏心受压，其主筋配筋量由内力控制且都较大，为了降低配筋率来节省用钢量，通常采用改变柱竖向形状的方法，如图2所示。如改变后仍难以承受其所承担的弯矩，有时干脆可将梁柱顶节点设计成简支，使柱中心受压或小偏心受压，此时的边柱也不必改变竖向形状且截面可较小。

对于多层地下室中负 6 层以下的柱段，由于其抗震等级的降低可使轴压比提高，故节省用钢量的途径有以下几种，包括：柱截面可与负 6 层保持一致而不需加大；非抗震结构的中柱节点区由于有四向梁与之连接，其箍筋可仅沿节点周边设置矩形箍而不需设置复合箍筋；多层及高层住宅建筑通常由于层高不大，柱主筋完全可以每两层连接一次，既减少了竖

向钢筋的接头数量，又节约了钢筋。

图2 顶层边柱的竖向形式

2. 梁

配筋大部分是由内力所控制的,不过仍有小部分是由最小的配筋率控制。通过分析梁主筋的最小配筋率还有梁箍筋配箍率可以发现,要想节约梁的用钢量,一方面是混凝土的等级强度不能太高,另一方面是要选择使用高强度钢筋。前者有利于减少最小配筋率,并且更重要的是能够改进梁的抗裂能力。对于截面宽度比较小的梁来说,如果配筋量比较大就需要使用2排钢筋,这样一来就有利于降低梁的有效高度。所以在不影响使用或者是建筑空间美观的前提系钦,梁宽需要适当加大,尽可能布置成为单排的主筋,特别是梁截面的高度较小时,这样做有利于达到节约钢筋的效果。

2. 楼板

前面已提及现浇混凝土楼板的厚度通常在 100mm 以上，在此条件下宜将板跨增大，使其配筋为内力控制而非构造配筋，按此结果楼板配筋只有采用 HRB335 或HRB400 才能达到节省用钢量的目的。对于大跨度双向板，由于板底不同位置的内力存在差异，设计中不宜以最大内力处的配筋贯通整跨和整宽。为了节省用钢量，一般应分带配筋，其次当板底筋间距为 150mm 或100mm 时，不需将每根钢筋都伸入支座，其中约半数钢筋可在支座前切断。（如图3所示）当板面需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率，这样既符合规范规定又节省用钢量。

图3 大跨度双向板配筋方式

2. 抗震墙

抗震墙分为加强部位和非加强部位两类，高烈度区一般前者必须按约束边缘构件配筋，后者则按构造边缘构件配筋。不管是节点区还是其余墙段，前者的配筋量均远大于后者，因此在结构设计中应严格区分抗震墙的加强部位和非加强部位，以达到减少用钢量的目的。

抗震墙如能合理地布置、截面合理取值，其配筋多半不是内力控制配筋而是构造配筋，这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可按规范规定的最小配筋率配置。即使因建筑物的重要性等级较高而需要提高其配筋率，也应控制在较小的幅度内，否则将大幅增加用钢量。

结语：

在建筑行业高速发展的背景下，建筑行业需要关注建筑结构设计，还应该遵循可持续性战略发展的要求，节约施工使用的钢材，优化建筑结构方案，发现对建筑用钢量的影响，掌握结构设计过程中，控制用钢量的要点，并在方案设计期间，应用三级钢筋、完善构建设计，在保证项目整体质量的同时，减少项目用钢量。

参考文献：

[1]王 琦.建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义[J].智能城市，2016，2（06）：274~275.

[2]吕 敏.结构设计中节约用钢量的方法[J].中国新技术新产品，2011（16）：169.

[3]谭泽先.建筑结构含钢量的研究[J].建筑科学,2007(23)9:44-47.