建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中用鋼量優(yōu)化設(shè)計的分析.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．03．032建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中用鋼量優(yōu)化設(shè)計的分析王旭輝(上海保利建壅房地產(chǎn)有限公司，上海200052)摘要：出于經(jīng)濟的考慮，建筑結(jié)構(gòu)中使用的用鋼量一直都是各專業(yè)人士在結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要關(guān)注的重要技術(shù)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在滿足規(guī)范要求和保證結(jié)構(gòu)安全的情況下，盡量對用鋼量進行優(yōu)化以達到經(jīng)濟的目的。本文將對用鋼量優(yōu)化設(shè)計進行簡要的分析，并結(jié)合工程實例進行探討。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；用鋼量；優(yōu)化設(shè)計中圖分類號：TU2文獻標(biāo)志碼：B文章編號：1672—401l(2013)03—0066—020前言建

2、筑結(jié)構(gòu)中單位面積用鋼量直接關(guān)系到工程項目的經(jīng)濟效益，是投資方最關(guān)注的重要指標(biāo)之一，因此要求設(shè)計人員有一定的技術(shù)水平并在設(shè)計中充分考慮到這一指標(biāo)，同時要求設(shè)計方能夠充分的理解和重視這一指標(biāo)。對于結(jié)構(gòu)工程師來說，如何減少用鋼量主要是取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計中豎向和水平構(gòu)件的布置是否合理、構(gòu)件的配筋構(gòu)造是否合理以及構(gòu)件截面的大小是否適宜。這要求結(jié)構(gòu)工程師能夠充分掌握結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力原理、有相當(dāng)?shù)墓こ探?jīng)驗、對結(jié)構(gòu)的設(shè)計有一定的體會，并且對各種相關(guān)的規(guī)范有足夠的認(rèn)識理解等。1結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化1．1豎向構(gòu)件布置優(yōu)化對于框架結(jié)構(gòu)，建筑方案圖提出后，結(jié)構(gòu)工程師首先要判斷柱網(wǎng)的布

3、置在大小和疏密上是否合理，通過初步計算，分析出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方案，這關(guān)系到結(jié)構(gòu)的總體用鋼量。墻柱一般為壓彎構(gòu)件，在設(shè)計時通常在滿足強度要求和軸壓比的前提下，正常采用構(gòu)造配筋即可滿足要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計中，原則上墻柱截面尺寸不宜過大，過大會導(dǎo)致用鋼量變大。在柱網(wǎng)中，某些柱子由于受力比較大，需要加大柱子截面尺寸，而在建筑中出于美觀的考慮，通常需要統(tǒng)一所有柱子的截面，這樣所有的柱子的截面都隨之增大，顯然會增加柱子的用鋼量。經(jīng)濟合理的做法不是通過加大截面來提高承載力，是通過加大柱子配筋率或配箍率，也可以采用加芯柱的做法。這樣就比較科學(xué)經(jīng)濟。在剪力墻簡體內(nèi)，外圍墻對

4、結(jié)構(gòu)剛度的影響最大，通過外圍墻的剛度控制即可滿足結(jié)構(gòu)整體剛度的要求了，而內(nèi)部墻體對剛度基本沒什么影響，因此內(nèi)部墻體宜盡量偏少、偏薄，否則不僅對結(jié)構(gòu)無明顯的作用，而且又浪費了鋼筋。在高層建筑中，墻柱截面存在著一個收級的問題。為了節(jié)省用鋼量，墻柱的截面尺寸應(yīng)盡量減小，在符合模數(shù)的前提下，每層墻柱的截面都可收級，但這種做法是不可取的，因為墻柱截面變化過于頻繁、截面的種類過多不利于現(xiàn)場施工，因此，可進行墻體分段收級來優(yōu)化設(shè)計，既降低了用鋼量，又可以較方便施工。1．2水平構(gòu)件布置優(yōu)化樓層梁板構(gòu)件在布置上首先要使內(nèi)力能夠合理的傳遞；其次要有良好的使用效果；最后

5、才是要節(jié)省用鋼量。在公共建筑樓層中，當(dāng)兩個方向的主軸尺寸相差無幾時，則應(yīng)布置雙向井字型次梁；當(dāng)主軸尺寸相差較大時，則要將大尺寸的設(shè)置為主框架，小尺寸的設(shè)置為次框架，這種即是典型的主次梁樓蓋。當(dāng)使用到高強度鋼筋時，為了充分運用到其高強度的性能，應(yīng)用內(nèi)力控制來進行配筋，避免按構(gòu)造配筋。應(yīng)盡量避免板跨過小和布置過多的梁，這樣會增加用鋼量，而且會使樓層的受力復(fù)雜且不合理。在大面積客廳中，如果樓層采用普通的混凝土平板，由于較大的跨度和自重會造成較多的用鋼量。大跨度的樓板可以通過改變其結(jié)構(gòu)形式來減少自重，采用的技術(shù)有現(xiàn)澆雙向空心樓板、雙向密肋樓板等。2構(gòu)件的配

6、筋構(gòu)造2．1柱配筋優(yōu)化策略設(shè)計中應(yīng)通過混凝土強度的合理選擇來控制柱子的截面尺寸和軸壓比，盡量達到柱子的配筋都為構(gòu)造配筋的目的。此時根據(jù)規(guī)范規(guī)定即可按最小配筋率來配置主筋，而對于柱箍筋的體積配筋率，使用高強度的鋼筋比低強度的鋼筋更節(jié)省用鋼量。結(jié)構(gòu)頂層的邊柱大部分都是處于大偏心受壓的情況，因此其主筋配筋率都是由內(nèi)力控制，通?？刹捎酶淖冎Q向形狀的方法來降低用鋼量。2．2粱配筋優(yōu)化策略梁由于受力較大大多是由內(nèi)力控制配筋，為了降低用鋼量，可以采取的辦法有：一是盡量選用較低強度的混凝土，這可以降低最小配筋率，且有利于提高梁的抗裂性能i二是采用高強度的鋼筋。當(dāng)

7、粱截面寬度較小時，較大的用鋼量往往需要多排布置鋼筋，顯然這減小了截面的有效高度，在不影響使用和美觀的前提下，可以適當(dāng)?shù)脑龃罅旱慕孛鎸挾?，盡量單排布置主筋，這樣可以達到節(jié)省用鋼量的目的。當(dāng)懸臂梁的懸挑長度較大時，其彎矩內(nèi)力都是急劇降低的，在面筋較多的情況下，除了角筋可延伸出粱端外，其余鋼筋都可適當(dāng)?shù)脑诳缰薪財啵@樣不僅可以降低用鋼量又有利于施工。當(dāng)梁承受集中荷載時，要在受荷處配置附加橫向鋼筋。正常情況下，在梁側(cè)配置加密箍筋即可滿足要求了，因此不可盲目的加配吊筋，這樣只會造成鋼筋的浪費。五3樓板配筋優(yōu)化策略當(dāng)采用大跨度雙向樓板時，由于樓板內(nèi)部不同位置的

8、內(nèi)力存在較大的差異，設(shè)計時如果按最大內(nèi)力來統(tǒng)一配筋，只會造成鋼筋的浪費，通常可以分板帶獨立進行配筋，這樣就可以節(jié)省用鋼量了