茌平建筑设计院 252100
摘要：为了保证钢结构能充分发挥其优势和特点，必须在设计阶段就考虑好制造、施工及运营阶段的实际情况，钢结构的设计必须在保证结构安全性的前提下，考虑适用性和耐久性的合理设计。同时也应结合钢结构的特点，做好节点部分的细部设计，在符合GB50017—2017《钢结构设计标准》及相关规范的前提下，实现标准化设计、工业化生产、模块化安装的一体化建造模式。基于此，以下对建筑结构设计中节约用钢量的方法进行了探讨，以供参考。
关键词：建筑结构设计；节约用钢量；方法探讨
引言
钢结构在建筑行业的应用已经具有了很长的一段历史，相关的应用技术已经发展的比较成熟，对于建筑物性能的提升和质量保证具有重要的意义。我国建筑施工中应用钢结构也有比较长的一段时间，但是在实际设计应用施工过程中，仍然存在不少的问题，导致钢结构在建筑物中的应用无法有效发挥其强度、防震防火、防腐等方面的优势，也给建筑物本身的质量和实际应用埋下了比较大的质量隐患和安全隐患。
1现代建筑钢结构优势
与传统建筑混凝土结构施工方式相比，钢结构建筑的施工速度和效率都具有显著提高，而且可以通过模块化的施工形式，有效缩短施工工期，减少建筑单位的资金投入，提高后期经济效益。第一，对于应用在建筑施工中的各个钢结构部件，建筑单位可以委托加工工厂提前进行制作，这样在施工阶段，施工人员就只需要对其进行焊接就可以完成施工流程。这种模式的施工流程对于加快施工进度、尽快完成交付，具有显著的作用，同时也和当前时代快节奏的生活相适应。第二，相比于混凝土结构和砖瓦结构的建筑物，钢结构建筑物在抗震性能方面具有非常优异的表现，对于抵抗地震灾害，保护建筑用户的人身安全具有重要的意义，特别是在一些地震高发地区和国家，钢结构建筑物的应用具有更加明显的作用。第三，在建筑物中应用钢结构，具有更高的节能性和环保性。因为与传统的混凝土和砖瓦结构建筑施工相比，钢结构建筑在施工过程中并不需要过多的辅助材料，其自身就可以实现模板所具有的功能，因此在实际施工中不会产生过多的建筑垃圾，对环境的污染也较为轻微。第四，钢结构的应用，可以对建筑物的整体造型进行更加灵活的设计，因此可以有效提高建筑物内部的空间面积，提高空间的有效利用率。
2影响建筑设计用钢量的因素
2.1柱距和屋面坡度的影响
柱距对钢柱的截面尺寸影响不大，但当柱距过小时则会增加刚架的数量，柱距太大时则会影响钢梁的截面尺寸，会增加檩条和墙梁的用钢量。经过多个工程的对比及相关文献参考可知，7.5m的柱距最为经济合理。屋面坡度对钢梁影响较大，对钢柱影响较小。一般来说，坡度越大对钢梁截面尺寸控制越有利。《门刚规范》规定，屋面坡度宜取1/8～1/20，为了方便计算，设计时通常取1/10，并根据钢梁受力分析弯矩图，结合抗风柱间距划分为若干段，一般单坡为15m可以分两段。钢梁采用变截面梁以节省材料，檐口和屋脊处截面大，中间截面小。梁高可按计算确定，梁宽≯200mm，以高厚比、宽厚比控制为主。
2.2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。
2.3荷载及计算参数的影响
屋面恒、活荷载的大小及布置较为简单，其中风荷载、雪荷载和吊车荷载的影响较大。风荷载输入时，基本风压调整系数为1.1。雪荷载按100年重现期确定，计算软件自动识别不上人屋面活荷载和雪荷载，取大值进行计算。
计算前应核实各参数是否正确，检查构件上面的荷载布置是否正常。此外，墙面自重、屋面排风、采光设备、天沟排水系统、观光检修设施、女儿墙的风荷载等不可忽略。
3建筑结构设计节约用钢量的途径
3.1处理好建筑钢结构设计的细部节点
为提高建筑钢结构的设计水平，必须处理好建筑钢结构的细节设计工作，建筑钢结构的细节设计要保证钢结构关键节点的安全稳定性，连接方式要根据不同的结构设计选择最合适的设计方案，要保证使用中具备协调性，防止在连接部位出现变形和过载现象，给整个钢结构造成安全危害，对螺栓或焊接处理的连接节，须重点关注，对数据进行认真的分析，确保钢结构的连接节点必须安全，做到强节点弱杆件设计原则。
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。
3.3加强钢结构设计的抗震性能
我国很多地区处于地震带，因此抗震设计尤为重要。钢结构作为抗震性能良好的结构体系，应充分发挥出材料的特性。钢结构构件的抗震性能化设计应根据建筑的抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则结构构件在整个结构中的作用、使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损失和修复的难易程度等，经综合分析，选定其抗震性能目标。
3.4合理选择钢结构材料
为了对设计结果的高效落实有所保障，在设计过程中，还需要注重对材料的挑选，如果应用的材料不合格，那么即使设计再完美，也不能达到理想的效果。所以，针对钢结构材料的挑选，需要先详细比对分析各项材料类型，明确具体的参数指标等，以便挑选的材料能够对各个区域的钢结构、使用要求给予满足。此外，材料的参数包括：长度、宽度、厚度、塑性、韧性以及强度等等。
结束语
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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