建筑结构含钢量的控制措施研究.docx

建筑结构含钢量的控制措施研究 万建军【摘要】从自然条件、结构体系、荷载取值、建筑外围装饰材料等方面阐述了影响建筑结构用钢量的因素，对控制用钢量的一些措施进行了探讨，提出了优化设计方案、合理布置结构、尽量采用级钢等策略。【关键词】建筑结构，用钢量，设计，钢筋引文：现如今建设单位出于对成本控制的考虑，往往对设计单位都有限额设计的要求。所谓限额设计，通俗而言，就是不超出预期的投资额，完成对工程项目的设计任务。在建筑结构的整体造价中（不含工艺设备），土建工程造价占据绝大部分，而在各类工程材料中，尤以钢材价格为最贵，所以建筑结构用钢量是控制成本的一个重要方面。如何在结构设计中有效地控制用钢量，需要我们首先研究影响用钢量的各种因素。1.影响用钢量的因素1.1自然条件建筑物所处的地区不同，作用在建筑物上的外力也不同，这些外力包括地震作用、风荷载等。处于抗震设防烈度高或风荷载较大的地区，建筑结构的含钢量必然就高，反之相反。处于气候环境恶劣，昼夜温差极大的地区，为抵抗温度应力而配置抗拉性能优良的钢筋，必会造成结构含钢量的上升。对各类建筑场地类别，如场地土质差，浅层土承载力低，不得不选用桩基础或较厚的钢筋混凝土筏板基础，含钢量也会随之上升；如地基承载力较高时，基础可以采用浅基础或基础所需底面积小时，钢筋用量必然会少一些。1.2结构体系和方案的选择针对各类不同的结构体系和方案，设计师根据其不同的工作机理，在满足结构安全的情况下，采用经济合理的结构体系和方案。1.3建筑平面、立面布置及造型方案设计师过于追求造型复杂、标新立异的建筑，造成建筑结构的平面、立面的不规则。这类建筑进行地震作用和内力计算时，针对其薄弱部位，需采取有效构造措施来保证安全，这必会造成用钢量的增加。此外，整个建筑的立面造型过于复杂，这不仅对结构安全及抗震性没有益处，反而会造成钢筋用量的增加。1.4荷载取值设计师在建模过程中，荷载取值应和实际情况相吻合，不能随意更改。荷载数值与用钢量为倍数关系，故荷载取值偏大，势必会造成用钢量增大。1.5混凝土强度等级和钢筋强度等级规范规定，对梁板其最小配筋率，由公式可得出，在最小配筋率大于0.2%时，混凝土强度等级与最小配筋率呈线性关系，故混凝土强度等级越高，配筋率越大，耗费钢筋越多。所以，在满足该规范前提下，混凝土强度不宜選得过高。目前钢筋材料常选HPB235，HRB335及HRB400这三种。设计中选用较高等级的钢筋，能有效的降低结构的含钢量，同时节省造价。现在使用较高等级的钢筋是一种趋势。1.6结构构造具有丰富经验的结构设计师在设计过程中，通过把握整体概念设计，在保证结构安全的情况下，能合理控制结构构造，从而降低结构含钢量。1.7建筑外围装饰材料建筑外围装饰材料尽量选用轻型材料。目前市场上建筑装饰材料种类繁多，设计过程中，尽量选用重量轻的材料，重量轻，意味着结构整体受力小，地震作用减小，结构总重量也轻，基础所受压力相应也减小，从而可降低基础的配筋。2.控制用钢量的措施2.1优化设计方案过去以往经验表明，结构设计师参与方案设计的时间往往偏后，通常是在建筑方案已经基本敲定，很多大的方向已经确定的情况下才参与进来，这导致结构设计师处于极为被动的地位。受控于设计周期的限制，对方案中不合理的布置进行调整往往来不及，所以明知方案有缺陷也只能勉强为之，导致设计结果很不经济，甚至有安全隐患。大量的工程实践都表明，对体型复杂、平面立面不规则的高层建筑结构，设计师为了满足规范对此类结构采用了多种加强措施，这会导致用钢量大幅上升，造成极大浪费。结构设计师在方案初始阶段就应该积极介入，给方案设计人员提出结构规范的限制，尽量选用体型简单、平面立面对称、形心和刚心重合的结构，简单对称的结构在地震中不易被损坏，这类结构用钢量要大大节省。方案阶段的设计要求一般有以下几点。2.1.1建筑物的体型规整结构整体的层高不宜相差过大；竖向侧向刚度宜沿高度整体均匀变化，不宜出现突变，层间刚度突变需布置抗侧力构件，这会造成用钢量加大。2.1.2建筑平面布置力求方正规则建筑结构的平面规则性包含很多方面，主要有平面长宽比、楼板开洞尺寸过大、平面布置出现凹凸等等。若这些指标有超出规范或超限的，将会对含钢量控制带来困难。2.1.3立面上少作一些复杂造型现代建筑为了追求独特，在立面上往往做一些复杂的造型，这些造型耗费钢筋量大，且增加整体结构的重量，对抗震没有帮助，故需尽量减少这些类型。建议方案设计师通过简化造型、丰富配色或二次设计一些钢结构网架来实现建筑物的美感和新颖。2.2合理的结构布置2.2.1合理选择结构体系结构设计师应优先选用抗震、抗风性好的结构体系。结构体系的不规则往往会造成更多、更复杂的荷载传递关系以及更明显的刚度突变等一系列不利后果。合理选择结构体系对减少用钢量有很大帮助。2.2.2合理布置柱网尺寸结构设计师要根据经验合理布置柱网尺寸，柱网尺寸的均匀可使梁、柱、板受力更合理，计算配筋减少，从而降低结构用钢量。2.2.3抗侧力构件的位置要合理抗侧力构件尽量布置在整体结构的边缘位置，同时要使结构的刚度中心和质量中心相靠近。这样做的目的是可以降低抗侧力构件的数量，同时控制结构的抗扭效应，可以减少结构的用钢量。2.3采用合理的基础形式基础是整个结构的重要组成部分，其造价也占整体工程造价的很大一部分。钢筋混凝土基础由于其工程量大，耗时长，所以应仔细斟酌选用哪一种形式。首先尽量选用浅基础，其次若采用桩基础，则是求短不求长，最后，采用加固软土地基新技术可以避免使用桩基础，这些都会降低结构用钢量。2.4尽量采用级钢级钢与级钢强度设计值之比为360/300=1.2，级钢市场价格略高于级钢，价格比约为1.05，如果将强度低的级钢换成强度较高的级钢，那么可节约钢材1.2/1.05-1=14%。这是降低含钢量最直接的措施。同理，将级钢替换级钢，将级钢替换级钢，都会节约钢材用量。2.5采用新型楼盖在建筑结构整体造价中，楼盖体系的造价能达到1/10甚至更多。楼盖体系是建筑结构的基本构成部分，其重量能达到整体重量的22%左右。选择整体性优越、刚度大、质量轻并便于施工的楼盖体系，能有效降低建筑结构的重量，减轻基础的负担，改善整个结构的力学性能。通过选择合适的楼盖体系能大大减少结构用钢量。2.6施工图要做到准确清晰不同的结构设计人员，由于工作经验以及对设计的理解的差异，对同一类建筑，往往有各自的设计方案，故含钢量肯定也相距甚远。此外，施工单位技术力量不足，对图纸理解有偏差也能造成施工过程中的各种浪费。这就需要设计人员对图纸精雕细琢，表达准确清晰。3.结语为满足建设单位降低造价的要求，结构设计师在方案初始阶段就应该参与进去，掌握主动权。对建筑师提出的各类方案，结构设计师应利用专业知识，多角度提出合理的建议。在之后的施工图阶段，对各类构件进行精细化设计，从而能在全方位降低结构的含钢量，尽最大努力做到经济又合理。参考文献：1黄如宝，李誉魁.关于限额设计概念的商榷J.建设监理，2007（4）：44-46.2杨丽.混凝土结构含钢量影响因素及合理控制方法J.土木建筑学术文库，2010（13）：109-110.3郭剑飞.影响含钢量的若干因素分析及设计建议J.建筑科学，2010（5）：53-57. -全文完-