建筑结构设计中用钢量优化设计的分析.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．03．032建筑结构设计中用钢量优化设计的分析王旭辉(上海保利建壅房地产有限公司，上海200052)摘要：出于经济的考虑，建筑结构中使用的用钢量一直都是各专业人士在结构设计中主要关注的重要技术指标。结构设计时，在满足规范要求和保证结构安全的情况下，尽量对用钢量进行优化以达到经济的目的。本文将对用钢量优化设计进行简要的分析，并结合工程实例进行探讨。关键词：建筑结构设计；用钢量；优化设计中图分类号：TU2文献标志码：B文章编号：1672—401l(2013)03—0066—020前言建

2、筑结构中单位面积用钢量直接关系到工程项目的经济效益，是投资方最关注的重要指标之一，因此要求设计人员有一定的技术水平并在设计中充分考虑到这一指标，同时要求设计方能够充分的理解和重视这一指标。对于结构工程师来说，如何减少用钢量主要是取决于结构设计中竖向和水平构件的布置是否合理、构件的配筋构造是否合理以及构件截面的大小是否适宜。这要求结构工程师能够充分掌握结构和构件的受力原理、有相当的工程经验、对结构的设计有一定的体会，并且对各种相关的规范有足够的认识理解等。1结构布置优化1．1竖向构件布置优化对于框架结构，建筑方案图提出后，结构工程师首先要判断柱网的布

3、置在大小和疏密上是否合理，通过初步计算，分析出最优化的结构方案，这关系到结构的总体用钢量。墙柱一般为压弯构件，在设计时通常在满足强度要求和轴压比的前提下，正常采用构造配筋即可满足要求。结构设计中，原则上墙柱截面尺寸不宜过大，过大会导致用钢量变大。在柱网中，某些柱子由于受力比较大，需要加大柱子截面尺寸，而在建筑中出于美观的考虑，通常需要统一所有柱子的截面，这样所有的柱子的截面都随之增大，显然会增加柱子的用钢量。经济合理的做法不是通过加大截面来提高承载力，是通过加大柱子配筋率或配箍率，也可以采用加芯柱的做法。这样就比较科学经济。在剪力墙简体内，外围墙对

4、结构刚度的影响最大，通过外围墙的刚度控制即可满足结构整体刚度的要求了，而内部墙体对刚度基本没什么影响，因此内部墙体宜尽量偏少、偏薄，否则不仅对结构无明显的作用，而且又浪费了钢筋。在高层建筑中，墙柱截面存在着一个收级的问题。为了节省用钢量，墙柱的截面尺寸应尽量减小，在符合模数的前提下，每层墙柱的截面都可收级，但这种做法是不可取的，因为墙柱截面变化过于频繁、截面的种类过多不利于现场施工，因此，可进行墙体分段收级来优化设计，既降低了用钢量，又可以较方便施工。1．2水平构件布置优化楼层梁板构件在布置上首先要使内力能够合理的传递；其次要有良好的使用效果；最后

5、才是要节省用钢量。在公共建筑楼层中，当两个方向的主轴尺寸相差无几时，则应布置双向井字型次梁；当主轴尺寸相差较大时，则要将大尺寸的设置为主框架，小尺寸的设置为次框架，这种即是典型的主次梁楼盖。当使用到高强度钢筋时，为了充分运用到其高强度的性能，应用内力控制来进行配筋，避免按构造配筋。应尽量避免板跨过小和布置过多的梁，这样会增加用钢量，而且会使楼层的受力复杂且不合理。在大面积客厅中，如果楼层采用普通的混凝土平板，由于较大的跨度和自重会造成较多的用钢量。大跨度的楼板可以通过改变其结构形式来减少自重，采用的技术有现浇双向空心楼板、双向密肋楼板等。2构件的配

6、筋构造2．1柱配筋优化策略设计中应通过混凝土强度的合理选择来控制柱子的截面尺寸和轴压比，尽量达到柱子的配筋都为构造配筋的目的。此时根据规范规定即可按最小配筋率来配置主筋，而对于柱箍筋的体积配筋率，使用高强度的钢筋比低强度的钢筋更节省用钢量。结构顶层的边柱大部分都是处于大偏心受压的情况，因此其主筋配筋率都是由内力控制，通常可采用改变柱竖向形状的方法来降低用钢量。2．2粱配筋优化策略梁由于受力较大大多是由内力控制配筋，为了降低用钢量，可以采取的办法有：一是尽量选用较低强度的混凝土，这可以降低最小配筋率，且有利于提高梁的抗裂性能i二是采用高强度的钢筋。当

7、粱截面宽度较小时，较大的用钢量往往需要多排布置钢筋，显然这减小了截面的有效高度，在不影响使用和美观的前提下，可以适当的增大梁的截面宽度，尽量单排布置主筋，这样可以达到节省用钢量的目的。当悬臂梁的悬挑长度较大时，其弯矩内力都是急剧降低的，在面筋较多的情况下，除了角筋可延伸出粱端外，其余钢筋都可适当的在跨中截断，这样不仅可以降低用钢量又有利于施工。当梁承受集中荷载时，要在受荷处配置附加横向钢筋。正常情况下，在梁侧配置加密箍筋即可满足要求了，因此不可盲目的加配吊筋，这样只会造成钢筋的浪费。五3楼板配筋优化策略当采用大跨度双向楼板时，由于楼板内部不同位置的

8、内力存在较大的差异，设计时如果按最大内力来统一配筋，只会造成钢筋的浪费，通常可以分板带独立进行配筋，这样就可以节省用钢量了