建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)約用鋼量方法及意義

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摘要：文章詳細(xì)介紹了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的意義，通過專業(yè)的調(diào)查與研究，找出節(jié)約用鋼量的有效方法，如科學(xué)布置水平構(gòu)件、合理布置豎向構(gòu)件、提高配筋構(gòu)造水平、改進(jìn)樓板設(shè)計(jì)及優(yōu)化抗震墻設(shè)計(jì)等，從而有效提升建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；節(jié)約用鋼量；抗震墻設(shè)計(jì)

1引言

在開展建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需在提升該結(jié)構(gòu)安全、可靠的前提下最大化地節(jié)約用鋼量，此理念既屬于施工企業(yè)的重點(diǎn)目標(biāo)，也代表著設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)責(zé)任，只有適時(shí)縮減用鋼量，才能切實(shí)保障此類企業(yè)的整體競爭力。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的意義

①在建筑結(jié)構(gòu)中節(jié)約用鋼量可切實(shí)優(yōu)化建筑物的整體結(jié)構(gòu)，由于建筑設(shè)計(jì)會(huì)受到多重要素影響，比如，豎向布置、平面形狀、平面長度或其內(nèi)部構(gòu)件的位置，若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，不僅會(huì)影響工程建設(shè)的整體效果，還會(huì)增加用鋼量與額外的施工成本。在采用適宜的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，其實(shí)際施工的質(zhì)量會(huì)獲得明顯提升，節(jié)約各項(xiàng)資源的同時(shí)，也會(huì)縮減用鋼量。②節(jié)約用鋼量也符合我國當(dāng)前對綠色建筑的整體要求，在開展工程建設(shè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，只有借助良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能在施工前發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)問題，針對性地解決各項(xiàng)問題后，保障建筑質(zhì)量與環(huán)保要求[1]。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的有效方法

3.1合理布置水平構(gòu)件

通常來講，建筑結(jié)構(gòu)中的水平構(gòu)件為樓層內(nèi)部的梁板，其布置的主要原則需嚴(yán)格遵循傳力受力的科學(xué)性，再以此為基礎(chǔ)達(dá)成適宜的視覺效果與使用效果。在開展水平構(gòu)件設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需適當(dāng)節(jié)約用鋼量，避免內(nèi)部構(gòu)造的本末倒置問題。例如，在設(shè)計(jì)某公共建筑樓層時(shí)，針對主軸尺寸較相似的結(jié)構(gòu)單元，設(shè)計(jì)人員可將其設(shè)計(jì)成井字次梁；若兩邊的主軸尺寸帶有較明顯差別，要詳細(xì)劃分次框架與主框架，將其布置為交梁樓蓋，兩種板的跨度要保持在2m上下。對于住宅建筑來說，若正常開間的寬度為3m左右，其樓板的整體厚度需保持在100cm，在增加板跨的同時(shí)架構(gòu)出交梁樓蓋。當(dāng)建筑工程采用的鋼筋的強(qiáng)度較高時(shí)，其使板配筋需由內(nèi)力掌控而非配筋構(gòu)造，若設(shè)計(jì)人員沒能遵從該設(shè)計(jì)方式，則不僅浪費(fèi)大量的建筑材料，還會(huì)增加額外的施工成本，影響建筑的整體質(zhì)量。若在布置水平構(gòu)件期間，盲目增加梁板且縮減各板間的跨度，則會(huì)增加用鋼數(shù)量，給樓面荷載帶來更多次傳遞，引發(fā)其受力不均勻隱患[2]。

3.2科學(xué)布置豎向構(gòu)件

在提出建筑條件圖后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依照該建筑的整體狀態(tài)來確認(rèn)柱網(wǎng)大小的合理程度與疏密度是否科學(xué)，繼而完成剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置。①在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作期間設(shè)計(jì)人員需科學(xué)設(shè)計(jì)墻柱截面，當(dāng)前墻柱多屬壓彎構(gòu)件，構(gòu)造配筋會(huì)更多地使用在配筋量中，若混凝土整體的強(qiáng)度等級較合理，且其對應(yīng)性數(shù)值符合軸壓比的評判標(biāo)準(zhǔn)，要合理掌控墻柱截面的面積，防止因截面積過大而增加用鋼量。②針對豎向構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要科學(xué)運(yùn)用柱截面的種類，1～2種為最佳使用數(shù)量。例如，當(dāng)前部分建筑的柱網(wǎng)疏密的均勻程度不夠，設(shè)計(jì)人員要經(jīng)過詳細(xì)考察增加某個(gè)柱網(wǎng)的截面，在完成該項(xiàng)工作后就要立即停止設(shè)計(jì)，保障用鋼量的數(shù)值，可部分建筑工程為達(dá)到美觀效果，盲目增加截面面積，該行為不僅降低了工程項(xiàng)目質(zhì)量，還會(huì)無形中增加用鋼量。設(shè)計(jì)人員需與施工人員合作，架構(gòu)出一種更為完善的措施，具體來說，設(shè)計(jì)人員可在柱網(wǎng)內(nèi)部增加芯柱，提升主筋的配筋率與配箍率等，利用搭配而成的鋼筋改進(jìn)其內(nèi)部整體的軸壓比，繼而在掌控截面尺寸的前提下，提升建筑物的美觀效果。③對于施工層面而言，若剪力墻的結(jié)構(gòu)較完整、統(tǒng)一，除了會(huì)給施工帶來便利外，還會(huì)影響剪力墻內(nèi)部的受力程度。由于剪力墻內(nèi)部的隔墻要設(shè)置一定的支撐裝置，提升外圍墻軸受力程度，有效改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。若某建筑物的樓層較高，在設(shè)計(jì)墻柱截面時(shí)會(huì)存有一定的問題，不利于用鋼量的節(jié)約，因而設(shè)計(jì)人員需掌握該借助結(jié)構(gòu)的模數(shù)，從整體結(jié)構(gòu)上適時(shí)優(yōu)化其內(nèi)部用鋼數(shù)量，在削減施工難度的同時(shí)，完成豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

3.3提升配筋構(gòu)造水準(zhǔn)

①在開展柱的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)掌握該建筑物中的截面尺寸、軸壓比與混凝土內(nèi)部的強(qiáng)度等級，保證柱段設(shè)計(jì)為構(gòu)造配筋。在計(jì)算柱體主筋的配筋率時(shí)，可依照相關(guān)公式，相較于低強(qiáng)度的鋼筋，高強(qiáng)度的鋼筋更有助于完成節(jié)約用鋼量的計(jì)劃。例如，某建筑企業(yè)管理者在設(shè)計(jì)柱箍筋時(shí)，為同時(shí)加強(qiáng)工程質(zhì)量與節(jié)約用鋼量，其采用的箍筋型號為HRB400，雖然HPB235柱箍筋在使用期間帶有些許優(yōu)勢，但由于其強(qiáng)度較低，難以運(yùn)用在多數(shù)高層建筑中。此外，為有效縮減配筋率，設(shè)計(jì)人員要及時(shí)更改柱的豎向形態(tài)，若改變后仍難以承受其整體結(jié)構(gòu)，可將梁柱頂部的節(jié)點(diǎn)改變成簡支，繼而滿足其中心受壓的整體效果[3]。②在進(jìn)行梁設(shè)計(jì)的過程中，多數(shù)配筋由內(nèi)力控制，在分析與研究梁箍配箍率與主筋最小的配筋率時(shí)，若想在梁上削減用鋼量，要合理控制混凝土內(nèi)部的等級強(qiáng)度，且使用強(qiáng)度較高的鋼筋，其主要原因在于良好的混凝土等級，可縮減最小配筋率，而鋼筋性能則能全面改善梁的抗裂屬性。若建筑物中梁的截面寬度較小，設(shè)計(jì)人員可采用兩排鋼筋，既降低梁整體的高度，又提升建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，從某種程度上來說還能達(dá)到美觀效果。

3.4優(yōu)化樓板設(shè)計(jì)

在開展樓板設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格管控該類樓板的整體厚度，通常來講，其多帶有混凝土性質(zhì)，厚度在100mm左右，因而要以此為基礎(chǔ)逐步增加該類樓板的跨度，提升建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力控制。依照當(dāng)前樓板跨度要求，設(shè)計(jì)人員需采用型號為HRB400的樓板配筋，以達(dá)到縮減用鋼量的整體效果。針對大跨度雙向板而言，由于底板的位置不同，其內(nèi)力也存在根本性差異，在開展整體設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免其內(nèi)力配筋貫通整個(gè)鋼筋。為降低用鋼量，要借助分板來完成配筋的設(shè)計(jì)，當(dāng)其內(nèi)部各個(gè)板底筋的間距為100mm時(shí)，不必將每個(gè)鋼筋都放置到支座內(nèi)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況切斷部分鋼筋。若板面要運(yùn)用貫通面筋，其貫通配筋值可適當(dāng)小于最小配筋率，繼而在達(dá)到規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，節(jié)約用鋼總量。

3.5改進(jìn)抗震墻設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)抗震墻的過程中，若為一般剪力墻結(jié)構(gòu)，在該剪力墻抗震等級在一、二、三級且軸壓比超出規(guī)定限制時(shí)，要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。具體來說，在開展抗震墻的設(shè)計(jì)時(shí)，既要科學(xué)截取截面，還要采用合理的方式來完成布置。比如，在運(yùn)用構(gòu)造配筋期間，技術(shù)人員需確認(rèn)節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)的墻段、箍筋與主筋等配筋率在標(biāo)準(zhǔn)范圍中，若建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的層級較高需提升配筋率，則經(jīng)過合理的計(jì)算后，需將其控制在一定范圍內(nèi)，避免用鋼量的大幅增加。在設(shè)計(jì)構(gòu)件期間，設(shè)計(jì)人員需挑選適宜的材料，當(dāng)前運(yùn)用較廣泛的材料為Q345與Q235兩種。一般來講，主結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼種要盡量單一化，也給工程管理提供更大地便利。此外，針對經(jīng)濟(jì)角度而言，可采用多種鋼材組合的模式，由于其強(qiáng)度不同，在運(yùn)用期間可發(fā)揮出不同的作用。若想增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，可挑選Q345；而運(yùn)用Q235期間則能保證該類建筑的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員還可采用先進(jìn)的信息技術(shù)，對建筑結(jié)構(gòu)中的截面進(jìn)行合理演算，并匹配其內(nèi)力結(jié)構(gòu)的彈性計(jì)算方式，目前，多類結(jié)構(gòu)軟件都具有截面驗(yàn)算與處理功能。

4總結(jié)

綜上所述，建筑工程內(nèi)部的設(shè)計(jì)人員，需全面考慮節(jié)約用鋼量的具體要求，從多個(gè)層面保障其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定量與定性控制，在不斷提升其功能種類的情況下，營造多重布局條件，在保證其結(jié)構(gòu)受力科學(xué)的同時(shí)，降低用鋼量。

參考文獻(xiàn)

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[3]譚新城.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的探討[J].建筑技術(shù)開發(fā),2018,45(16):152-153.

作者：李晶晶 單位：安徽建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院