建筑結構的用鋼量優化設計綜述

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在剪力墻筒體內，外圍墻對結構剛度的影響最大，通過外圍墻的剛度控制即可滿足結構整體剛度的要求了，而內部墻體對剛度基本沒什么影響，因此內部墻體宜盡量偏少、偏薄，否則不僅對結構無明顯的作用，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。為了節省用鋼量，墻柱的截面尺寸應盡量減小，在符合模數的前提下，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場施工，因此，可進行墻體分段收級來優化設計，既降低了用鋼量，又可以較方便施工。

1水平構件布置優化

樓層梁板構件在布置上首先要使內力能夠合理的傳遞;其次要有良好的使用效果;最后才是要節省用鋼量。在公共建筑樓層中，當兩個方向的主軸尺寸相差無幾時，則應布置雙向井字型次梁;當主軸尺寸相差較大時，則要將大尺寸的設置為主框架，小尺寸的設置為次框架，這種即是典型的主次梁樓蓋。當使用到高強度鋼筋時，為了充分運用到其高強度的性能，應用內力控制來進行配筋，避免按構造配筋。應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構形式來減少自重，采用的技術有現澆雙向空心樓板、雙向密肋樓板等。

2構件的配筋構造

2.1柱配筋優化策略設計中應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造配筋的目的。此時根據規范規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省用鋼量。結構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力控制，通常可采用改變柱豎向形狀的方法來降低用鋼量。

2.2梁配筋優化策略梁由于受力較大大多是由內力控制配筋，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;二是采用高強度的鋼筋。當梁截面寬度較小時，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，可以適當的增大梁的截面寬度，盡量單排布置主筋，這樣可以達到節省用鋼量的目的。當懸臂梁的懸挑長度較大時，其彎矩內力都是急劇降低的，在面筋較多的情況下，除了角筋可延伸出梁端外，其余鋼筋都可適當的在跨中截斷，這樣不僅可以降低用鋼量又有利于施工。當梁承受集中荷載時，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。2.3樓板配筋優化策略當采用大跨度雙向樓板時，由于樓板內部不同位置的內力存在較大的差異，設計時如果按最大內力來統一配筋，只會造成鋼筋的浪費，通常可以分板帶獨立進行配筋，這樣就可以節省用鋼量了。當樓板鋼筋的間距為150mm或100mm時，不用將每根鋼筋都伸入支座內，大部分鋼筋在支座前都可進行截斷。當板面需要采用貫通面筋時，配筋率不宜超過規范規定的最小配筋率，支座鋼筋不足時，通過加配短筋，這樣就可以降低用鋼量了。

3工程實例分析

針對本公司某一工程地下車庫頂板典型柱網，8.1ו66•8.1(m)和8.1×6.0(m)，運用PKPM軟件進行了構件配筋計算，并統計各種樓板形式的用鋼量、混凝土用量，對兩種柱跨樓蓋結構進行了比較。由于本工程地下室頂板需做成上部各單體嵌固端，故本處僅針對大板樓蓋、單向主次梁、單向十字梁、雙向主次梁幾種常見的樓板形式，不考慮無梁樓蓋和現澆空心樓蓋。

計算模型選取柱網尺寸8.1×8.1(m)，8.1×6.0(m)，X，Y向各取5跨，如圖1所示，計算結果選取正中間一個柱網樓蓋作為研究對象。框架柱截面尺寸取600×600(mm)。抗震設防烈度7度，框架抗震等級三級。柱梁板混凝土強度等級均取C35，梁縱筋、箍筋和板筋均采用HRB400。

4結論

從工程實踐表明，結構設計中通過對豎向和水平構件的合理布置、以及采取合理的構件配筋構造、構件截面等都會對結構配筋有著重要影響。結合實踐經驗以及相關研究成果，筆者總結出結構布置的合理性技巧以有效地理性節約鋼筋。同時通過結合工程實例，綜合兩種柱網各種布置情況，從單方配筋量結果表明，6.0×8.1(m)布X向布一道次梁用鋼量最省，6.0×8.1(m)y向布兩道梁次之;8.1×8.1的井字梁結構用鋼量最大，十字梁較省，單向布置兩道次梁最節省。

作者：王旭輝單位：上海保利建壅房地產有限公司