建筑结构设计节约用钢量的方法探讨
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文中分析了影响工程项目结构设计用钢量的因素和要点,并提出了优化设计方案的途径。
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、建筑结构设计节省用钢量要点
2.1水平构件。水平构件部署是否合理,将会直接影响到建筑结构稳定性,建筑项目中的水平构件一般多指梁板构件,构件搭配需要从多角度、多层面分析,平衡结构内部荷载,抵消内部应力,按照力学概念,明确结构内部受力、传力的方式,水平配件设计不能只从建筑结构稳定性方面考虑,随着建筑行业的发展,施工作业还需要考虑到客户对建筑外观等方面的要求,在确保建筑整体质量达到标准的前提下,建筑项目必须具有绝佳的观赏性,在科学的构件设计下,减少建筑用钢量的同时,还可以保证项目呈现出良好的效果。建筑工程项目运行期间,为了达到减少用钢量,并保证工程整体质量达到业主提出的要求,设计人员常采用竖向交通构建建筑简体,建设多桩承台,将其设计在墙体下方,采用这种构件布设方式,可以有效的规避剪力墙对桩造成的压力,避免桩的薄弱部位受到压力作用变形。
另一方面,还需要了解建筑结构内外载荷,设计配筋率,提升建筑结构抵抗外力的能力,考虑到建筑结构中的承台可能受到剪力冲击,致使建筑整体稳定性受到影响,为此需要在前期设计期间,提升承台厚度或是提升相关部位混凝土的强度,从而抵消内部水平方向的剪力。建筑结构设计需要关注构件自身重量以及跨度,比如前一段时间装修日常民居客厅,常应用板块混凝土平板,其在50~70m2,左右大小的客厅空间中确实能够满足项目可靠性以及稳定性的要求,但是却会因为钢量使用过多,直接提升施工总成本,如果不能平衡构件自重与跨度间的关系,即便提升项目自身预应力,仍然无法规避材料消耗过多的问题。由于构件跨度直接影响到其在应用中的表现,为了不影响构件预应力,需要从构件自重方面下手,简化楼板构造样式,从而降低工程使用的用钢量,现浇双向空心楼板或是加轻质填充块的密肋楼板均是当前房屋建设常用的手段。
2.2配筋结构。柱段结构设计需要掌握混凝土强度层级轴压比,确定构造配筋方式,并依照柱主筋最低配筋率,选择工程所用的主筋规格,建筑项目中关于柱设计工作,需要结合以往施工经验,确保建筑结构不会受到内部应力的冲击,影响建筑整体的稳定性,并需要考虑到城市中高层建筑逐渐增多的实际情况,需要按照HRB400要求选择各类柱的配筋率,为了防止柱结构因为偏心受压影响内部承压能力,还需要避免使用跨度大的边柱,从而在满足规定质量要求的同时,减少施工单位工程用钢量。另外,选择工程柱型号、设计相关作业方案期间,需要掌握柱形与其在建筑中承载能力间的关系,改变柱的外形,使柱中心受压,平衡建筑结构内部应力。
3、建筑结构设计节约用钢量的途径
3.1应用高强钢筋。建筑结构设计常用HRB400钢筋,目前我国大力推广的高强钢筋为CRB600H,高强钢筋CRB600H对HRB400钢筋组成的化学成分进行适当的调整,改变了钢材C、Mn、Si等元素的含量,进一步提升钢材的强度以及刚度。高强钢筋具备强度高的特性,并且可以解决混凝土构件中,钢筋拥挤的问题,在提升钢筋混凝土强度的同时,还可以缩减建筑的用钢量。应用高强钢筋过程中,施工人员需要在前期与技术人员、设计人员,商讨施工图纸,检查节点配筋。当材料校对完成后,才可以上报总工程师,明确施工用钢量,批准下单,满足施工作业需要。
3.2完善构建设计。首先,掌握导致建筑中柱用钢量大幅度提升的原因,调整柱的钢筋率以及布置位置,从而起到控制柱用钢量的作用。明确建筑类型,掌握柱、墙的横截面积,并需要根据工程结构设计规范要求,在保证混凝土强度满足工程质量要求的前提下,降低柱轴压比,从而减小柱截面大小,在保证项目结构稳定的同时,达到节约用钢量的目的。梁结构设计期间,需要掌握钢筋与混凝土搭配方式,以及不同搭配方式呈现的效果,并根据施工要求,优化混凝土与钢筋配置,在此基础上设计梁截面,将梁截面的宽度控制在0~350mm范围内,采用这种方式控制梁截面,可以在确保截面尺寸不影响施工作业效果同时,减小工程所用的钢量。随着梁截面宽度的扩大,作业需要的用钢量也会随之增加,保证结构稳定性在规定范围中。另外,可以在结构设计期间,在确保结构稳定值满足规定要求的基础上,减小钢筋直径,采用大直径与小直径结合配筋的方法等减少用钢量[1]。
4、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。

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