建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的方法探討

董軍

【摘要】基于現(xiàn)代化發(fā)展背景下，廣大群眾更對我國建筑行業(yè)形成了極高關(guān)注。然而從房地產(chǎn)行業(yè)視角下來看，更加關(guān)注成本投入量，特別是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位，與建設(shè)單位保持密切聯(lián)系，就是希望能夠時(shí)刻把控項(xiàng)目每平方木用鋼量，更有很多甲方在簽署設(shè)計(jì)合同時(shí)在設(shè)計(jì)合同中添加針對用鋼量的限制條款，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方層面下分析，當(dāng)前最為緊急的任務(wù)，就是有效迎合市場化發(fā)展需求，尋找節(jié)約用鋼量的方法，確保自身單位能夠穩(wěn)步占據(jù)市場重要地位。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);鋼材用量;構(gòu)件 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.35.014

針對建筑鋼筋混凝土項(xiàng)目設(shè)計(jì)事項(xiàng)，企業(yè)就是希望能夠提高結(jié)構(gòu)安全性以及穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，使用最少的鋼筋用量。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，不單單是施工單位的責(zé)任，而且更是設(shè)計(jì)部門的職責(zé)。站在項(xiàng)目造價(jià)視角下，隸屬于鋼筋費(fèi)用明細(xì)中的材料成本投入，必須要求人員開展合理化設(shè)計(jì)工作，達(dá)到節(jié)約用鋼量的管理效果，這是提高建筑企業(yè)市場競爭力的重要表現(xiàn)。

1、建筑設(shè)計(jì)用鋼量的影響因素

1.1宏觀因素

針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響用鋼量的宏觀因素，主要可以結(jié)合以下幾方面進(jìn)行分析：第一是豎向布置。從建筑豎向體型層面下分析，主要表達(dá)的就是豎向布置規(guī)則性以及均勻性狀態(tài)，要求對結(jié)構(gòu)內(nèi)收以及外挑等程度加以詳細(xì)調(diào)查分析，如果存在突變隱患，無疑會導(dǎo)致用鋼量的增加。比如，將重心放在側(cè)向剛度視角下，由上方位置逐漸過度到下部問題，如果剛度處于均勻變化的狀態(tài)，此時(shí)必然能夠減少用鋼量的投入，而且出現(xiàn)了不均勻剛度變化，最終就會導(dǎo)致用鋼量不合理增加;第二是平面形狀。從建筑結(jié)構(gòu)平面規(guī)則情況下分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其有著較少的凹凸，會直接決定攻城時(shí)用鋼量的有效控制，針對有著大致相同的結(jié)構(gòu)層數(shù)面積，再加上有著較大長度的外墻情況，最終會需要使用到很多鋼筋材料。從中可以看出，分析建筑結(jié)構(gòu)用鋼量影響因素，與平面形狀規(guī)則之間存在著之間關(guān)系，而且也是影響整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震效果的關(guān)鍵。從某種程度上而言，判斷具體建筑結(jié)構(gòu)用鋼量大小，如果處于節(jié)約使用的狀態(tài)，會直接決定結(jié)構(gòu)抗震性能的提升;第三是抗側(cè)力構(gòu)件位置。針對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與剛度情況，兩者有著重合的中心位置點(diǎn)，再加上可能存在抗扭剛度的抗側(cè)力構(gòu)件部位，會決定較小結(jié)構(gòu)抗扭效應(yīng)的出現(xiàn)，很大程度上會減少用鋼量。特別是面對框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在工作人員實(shí)施設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)處于不合理設(shè)計(jì)情況下，此時(shí)質(zhì)量與剛度中心會出現(xiàn)偏離的現(xiàn)象，極易引發(fā)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)隱患。針對這一問題，不能保證施工材料投入量的減少，還需要工作人員妥善做出調(diào)整。

1.2微觀因素

站在微觀角度下分析影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用鋼量使用問題，具體表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：第一是構(gòu)件鋼筋構(gòu)造。通過實(shí)際調(diào)查可以看出，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋設(shè)計(jì)過程中，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)制定了很多合理化標(biāo)準(zhǔn)，這就要求工作人員必須完全履行標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)，才能夠達(dá)到節(jié)約用鋼量的目標(biāo)。設(shè)計(jì)人員先應(yīng)該調(diào)查構(gòu)件承載力大小，嚴(yán)格履行標(biāo)準(zhǔn)最小配筋率明細(xì)，充分提升結(jié)構(gòu)抗壓水平，保證混凝土構(gòu)件具備較大剛度性能優(yōu)勢。與此同時(shí)，針對有著良好抗拉強(qiáng)度以及抗剪性能的鋼筋結(jié)構(gòu)，不會對剛度情況構(gòu)成太大威脅。如果單位需要承擔(dān)較大荷載力，此時(shí)必須著重選擇有著極高強(qiáng)度的鋼筋材料。在選擇墻柱等位置構(gòu)件時(shí)需要注意，設(shè)計(jì)人員需要整合軸壓比現(xiàn)狀，保證構(gòu)件具備較強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)抗壓性能不斷提升的目標(biāo)。在工作人員選擇混凝土結(jié)構(gòu)過程中需要注意，雖然不需要選用較大強(qiáng)度的鋼筋材料，但是必須要求其與現(xiàn)有配筋率規(guī)范相一致;第二是多種零星構(gòu)件。作為建筑零星構(gòu)件，常見的有飄窗、裝飾構(gòu)件等多個(gè)部分，目前來看，在分析影響建筑結(jié)構(gòu)用鋼量因素時(shí)，很多設(shè)計(jì)人員未能重視該點(diǎn)。伴隨著我國建筑行業(yè)多年以來的發(fā)展，當(dāng)前各個(gè)地區(qū)不管是施工數(shù)量還是面積，都有著很大提升，面對項(xiàng)目內(nèi)部含有的諸多零星構(gòu)件，無疑增加了操作困難性，甚至也是關(guān)系到造價(jià)水平的關(guān)鍵。在之前很長一段時(shí)間內(nèi)，部分人員在進(jìn)行鋼筋設(shè)置時(shí)，通常綜合混凝土澆筑方式進(jìn)行，極易引發(fā)不科學(xué)設(shè)計(jì)現(xiàn)象的出現(xiàn)，而且因?yàn)檩^大操作困難度現(xiàn)象，又給項(xiàng)目增加了不必要的重量，部分情況下因?yàn)槭芰Σ粔蚝侠砹粝掳踩[患。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中節(jié)約用鋼量的方法

2.1水平構(gòu)件布置

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行水平構(gòu)件布置過程中，主要就是將重心放在內(nèi)部樓層梁板位置上，要求達(dá)到合理受力與傳力設(shè)計(jì)效果，然后給群眾提供良好的使用環(huán)境，最終達(dá)到節(jié)約用鋼量的設(shè)計(jì)效果。以上幾個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)行，應(yīng)該層層遞進(jìn)，不能出現(xiàn)本末倒置的設(shè)計(jì)現(xiàn)象。分析公共建筑樓層結(jié)構(gòu)，如果有著大致相同的單元兩向主軸尺寸，此時(shí)設(shè)計(jì)人員可以將其規(guī)劃成兩向井字次梁。面對兩向主軸尺寸大小，如果發(fā)現(xiàn)有著較大的尺寸，此時(shí)就需要設(shè)計(jì)人員弄清楚主框架與次框架位置，布置成典型交梁樓蓋，板跨需要控制在2m左右。

2.2豎向構(gòu)件布置

當(dāng)設(shè)計(jì)單位確定好設(shè)計(jì)方案以后，必須再次組織部門全體人員，對柱網(wǎng)疏密效果以及大小等情況進(jìn)行有效觀察與分析。在設(shè)計(jì)人員規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)過程中需要注意，必須事先深入分析設(shè)計(jì)方案效果圖，弄清楚各個(gè)細(xì)節(jié)以后才能夠?qū)嵤┱讲僮?。要想能夠確保最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更具合理性以及可行性，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該進(jìn)行反復(fù)的計(jì)算，在確保設(shè)計(jì)方案實(shí)用性得以提升的同時(shí)，才能夠從根本上達(dá)到節(jié)約用鋼量的效果。在正式設(shè)計(jì)期間需要注意，工作人員也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)墻柱截面設(shè)計(jì)重要性，面對處于壓彎構(gòu)件狀態(tài)的墻柱，要求先對配筋量條件進(jìn)行調(diào)查，然后確定好構(gòu)造鋼筋用量情況。設(shè)計(jì)人員確定好強(qiáng)度等級符合標(biāo)準(zhǔn)的混凝土結(jié)構(gòu)，然后再去判斷軸壓比規(guī)范，當(dāng)以上兩個(gè)部分滿足規(guī)范要求以后，再去規(guī)劃好墻柱截面大小，不能出現(xiàn)較大的現(xiàn)象，避免截面問題導(dǎo)致用鋼量增加現(xiàn)象的出現(xiàn)。最為關(guān)鍵的是，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員最好應(yīng)該控制好柱截面類型，這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)人員必須遵循的工作原則。面對出現(xiàn)不均勻柱網(wǎng)疏密結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，某根柱或者是若干根柱因?yàn)檩S力較大需要增加截面，為達(dá)到結(jié)構(gòu)美觀性以及便于裝修的效果，設(shè)計(jì)人員可以要求柱截面保持一致，如果單純只是放大柱截面大小，雖然從表面上能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一性的標(biāo)準(zhǔn)，但是無疑期間會需要使用到大量的鋼筋材料。最佳的方法就是設(shè)計(jì)人員針對部分柱位置，可以提前準(zhǔn)備好芯柱，合理添加在配筋方面，保證配筋率有效增加，并且搭配使用勁性鋼筋來改善軸壓比，達(dá)到合理控制截面尺寸的效果，通過此種方式，相比較大單一增加面積來講，其節(jié)約用鋼量效果更加顯著。在設(shè)計(jì)人員布置豎向交通井道過程中，因?yàn)橥鈬鷫w結(jié)構(gòu)的威脅，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度受到直觀影響，但是卻不會對內(nèi)部墻體構(gòu)成較大損壞。這是因?yàn)樵诰S持整體結(jié)構(gòu)剛度的現(xiàn)狀下，設(shè)計(jì)人員務(wù)必要控制好筒體內(nèi)部剪力墻厚度，當(dāng)處于標(biāo)準(zhǔn)范圍中的基礎(chǔ)上，才能夠防止影響墻體用鋼量的現(xiàn)象，而且也會維持整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)具備良好性能以及極高質(zhì)量。站在建設(shè)角度下分析，為確保整個(gè)施工工作高效開展，獲取到預(yù)期理想的施工效果，必須要求剪力墻結(jié)構(gòu)保持筒體統(tǒng)一性狀態(tài)。

2.3構(gòu)件配筋構(gòu)造

為做好構(gòu)件配筋構(gòu)造規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，人員可以結(jié)合以下幾方面進(jìn)行分析：首先，在設(shè)計(jì)人員實(shí)施柱結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該整合混凝土強(qiáng)度等級情況，對軸壓比以及截面尺寸進(jìn)行妥善把控，通常情況下，面對柱段位置而言，主要?dú)w屬于構(gòu)造鋼筋，嚴(yán)禁設(shè)計(jì)人員將其看成內(nèi)力控制配筋的問題?；诖?，在設(shè)計(jì)人員規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要注意，面對柱主筋規(guī)格大小，可以結(jié)合最小配筋率或者是稍高的配筋率加以進(jìn)行處理。同時(shí)，按照現(xiàn)有行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式，對柱箍筋體積的配筋率實(shí)施精確計(jì)算，如果設(shè)計(jì)人員能夠有效選擇高強(qiáng)度的鋼筋材料，相比較一些低強(qiáng)度的鋼筋材料，更能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約用鋼量的效果。通常情況下，設(shè)計(jì)人員可以事先對項(xiàng)目施工現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，綜合市場情況，確定HRB400類型的柱箍筋，最好不使用HPB235低強(qiáng)度鋼筋材料。除此之外，像建筑結(jié)構(gòu)頂層邊柱位置，針對中柱位置上，將將其大跨度邊柱進(jìn)行有效抽出以后，會發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重偏心受壓的現(xiàn)象，因?yàn)閮?nèi)力把控以及較大規(guī)模的主筋配筋量現(xiàn)象，要想能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約用鋼量的效果，就需要設(shè)計(jì)人員有效控制好低配筋率投入情況，將柱豎向形狀進(jìn)行有效調(diào)整。如果設(shè)計(jì)人員經(jīng)過了一系列調(diào)整，最終發(fā)現(xiàn)不能承受彎矩的現(xiàn)象，此時(shí)可以將視線放在梁柱頂節(jié)點(diǎn)位置上，將其設(shè)計(jì)成簡支結(jié)構(gòu)，確保柱中心有著較強(qiáng)承壓性能。這一情況下邊柱也無需改變豎向的形狀，還能夠減小截面。

同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該做好結(jié)構(gòu)梁規(guī)劃設(shè)計(jì)。通常由內(nèi)力把控的配筋，打濕期間也會有喝尿部分是由最小配筋率控制的。設(shè)計(jì)人員可以仔細(xì)觀察梁主筋的最小配筋率還有梁箍筋配箍率，對其進(jìn)行有效設(shè)計(jì)以后，可以達(dá)到節(jié)約梁位置用鋼量的效果，在此過程中需要注意，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格確定好混凝土結(jié)構(gòu)等級強(qiáng)度，而且最好選用高強(qiáng)度的鋼筋材料。因?yàn)橐陨戏绞降膶?shí)施，能夠保證最小配筋率得以有效減少的基礎(chǔ)上，自然也能夠保證結(jié)構(gòu)梁具備良好抗裂效果。在此之前，設(shè)計(jì)人員先應(yīng)該判斷梁的截面寬度，如果發(fā)現(xiàn)有著較小寬度現(xiàn)象，再加上有著較大配筋率，設(shè)計(jì)人員可以借助兩排鋼筋妥善設(shè)置，最終也能夠有效把控好建筑梁結(jié)構(gòu)的有效高度。基于此，在不對建筑空間美觀性構(gòu)成影響的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員可以秉持適當(dāng)性的原則，重點(diǎn)增加梁的寬度，而且也應(yīng)該設(shè)置成單排的主筋，特別是梁截面的高度較小時(shí)，才能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約用鋼量的目標(biāo)。

結(jié)論：

簡而言之，針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要想能夠達(dá)到節(jié)約用鋼量的目標(biāo)，不僅僅需要人員關(guān)注好宏觀以及微觀影響因素，而且也應(yīng)該全程秉持實(shí)事求是的原則，保證建筑結(jié)構(gòu)具備極高質(zhì)量以及良好性能，而且也應(yīng)該妥善規(guī)劃好現(xiàn)場格局，提升構(gòu)件可靠性，達(dá)到結(jié)構(gòu)科學(xué)受力的效果，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約用鋼量的效果。

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