张伯荣
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随着人们对于建筑的功能要求越来越高,使得建筑的规模不断增加,钢结构被广泛地应用到很多建筑结构设计中。但是,当前钢结构建筑还存在浪费用钢量的情况,不能满足可持续发展理念。所以,需要我们不断探究在建筑结构设计中,节约用钢量,从而保证施工企业的经济利益。
竖向布置主要是指竖向体型的变化对用钢梁的影响。一般来说,竖向体型是否规则和均匀,能否会引起竖向刚度、内收及外挑程度的变化,将会直接决定用钢量,如果侧向刚度由上至下,变化均匀,此时用钢量就比较少。
对于某些平面规则且光滑的建筑,其用钢量比较少;而对于某些外墙长度较大的建筑,其用钢量就比较多。另外,建筑平面形状是否规则,不仅与用钢量有关系,而且还与建筑抗震性能有联系,所以合理控制用钢量也能提高建筑的抗震性能[1]。
在进行建筑项目施工之前,首先要对施工场地进行勘探,根据不同的地质情况,设计合理施工方案。另外,也要根据建筑抗震等级、结构要点和企业自身情况,充分考虑施工成本和施工工艺,确定最佳的设建筑计结构方案。由于我国地域辽阔,不同地区之间有着不同的气候环境,再加上建筑不同的结构体系,将会影响到建筑的质量和用钢量。所以,在保证建筑结构稳定性的前提下,还合理控制施工经费,减少施工的用钢量,保证施工企业的经济利益,实现节能减排。在实际的结构体系选择汇总,虽然剪力墙结构体系与框架+剪力墙结构体系都能满足对建筑结构的需求,但是由于结构体系的不同,会导致建筑的用钢量有着明显的不同,剪力墙结构体系的用钢量大约在50-70kg/m2,框架+剪力墙结构体系用钢量大约在90-120kg/m2。
在建筑项目中,水平构件一般指的是梁板等结构,其设计是否合理将会与建筑结构的稳固性有着直接联系,所以在进行水平构件设计的时候,不能只考虑建筑结构的稳定性,而忽略影响建筑结构的其他因素,需要以力学为基础,根据水平构件受力、传力的大小和方式,尽可能减少构件的内部应力,从而实现水平构件的最佳搭配。而且,随着人们对于建筑美观性的要求不断提高和国家大力提倡节能减排,在保证建筑结构稳定性的前提下,还需要确保建筑具有一定的美观性和减少建筑的用钢量,使得建筑行业能够良性发展。为了实现减少建筑工程的用钢量,在进行水平构件设计的时候,首先要保证工程的质量要求,然后采用竖向交通构建建筑简体,可以多构建几个桩承台,并将其设计于墙体下,通过该构件设计方法,不仅能够减少桩薄弱位置受到的压力,而且还能防止剪力墙对桩产生压力。另外,要想实现减少建筑用钢量,还需要设计配筋率,提高建筑结构自身的强度,可以通过提高承台厚度或者加钱某些部位混凝土的强度,使其能够不收外力的干扰,减少剪力对建筑结构承台的冲击影响,从而保证建筑结构的稳定性[2]。
结构设计人员在拿到建筑设计图纸和条件图之后,首先任务就是确定柱网的疏密及大小是否合理,判断剪力墙结构的布置是否合理,然后经过对比计算之后,选择最佳的建筑结构设计方案,这也是减少建筑结构用钢量的重要条件。在建筑结构设计时,由于墙体大多数为压弯构件,所以要合理设置墙柱截面,并配合应用构造配筋。而且,要合理选择强度等级的混凝土,保证混凝土的强度,根据轴压比标准来设计墙柱截面,尽量减少墙柱截面的面积,以减少用钢量。在进行竖向构件设计的过程中,需要尽量减少柱截面的种类,这也是减少建筑工程用钢量的基本条件。对于某些柱网疏密存在差异的建筑,如果其中某一根或者几根柱的轴力较大,需要增加截面的话,有时为了实现建筑工程的整齐性和美观性,会将柱的截面设计成相同截面,这样的做法就会增加建筑工程的用钢量。因此,在面对该问题的时候,最为恰当的做法就是,在某些轴力较大的柱追加芯柱,继而增加配箍率或者提高主筋的配筋率,同时使用韧性较大的钢筋来提高轴压比,从而实现控制截面尺寸而减少建筑结构用钢量的目的。另外,以竖向交通井道构造剪力墙筒体也是当前应用较多的设计,由于外围墙体会受到压力较大,内部墙体受到的压力较小,导致内外结构刚度的变化不一致,所以要根据结构设计刚度的要求,尽量减少筒体内部的厚度,从而减少墙体的用钢量[3]。
在进行柱段结构设计的时候,首先要了解混凝土强度层级轴压比,然后根据其结果来确定几种构造配筋的方法,经过多方面的考虑之后,选择配筋率较低的方案。其中,要保证所用的主筋规格能够满足工程的设计要求,需要进行多次试验,计算建筑结构内部应力,以保证建筑的稳定性。随着城市高层建筑不断增加,要合理选择各类柱的配筋率,避免出现柱结构由于偏心而影响内部承压能力,尽量减少使用跨度大的边柱,在保证建筑工程结构要求的前提下,选择用钢量较少的施工方案。另外,在进行选择工程柱型号的时候,要重点关注柱形与承载能力之间的联系,通过控制柱的外形,实现对建筑内部应力的控制,从而合理减少建筑结构的用钢量。
随着科学技术水平的进一步发展,钢结构在建筑中也得到更加广泛应用。为了满足可持续发展战略,在保证钢结构建筑质量的前提下,要节约建筑结构中的用钢量,并通过科学手段进行完善,充分发挥钢结构建筑经济性、合理性和稳定性的特点,提高我国钢结构建筑的良性发展。