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摘要：用钢量一直以来都是建筑结构设计环节的重要组成部分，也是影响施工方案和工程造价的指标。由于建筑结构设计的差异性和独特性，相关项目施工作业单位面积用钢量是工程监理者和投资方都十分注重的管理内容。作为专业性的技术指标，在保证建筑结构设计安全性、规范性和功能性的前提下，科学合理地降低用钢量，能够有效节约工程资金预算，加强工程造价控制，提升施工经济性。文章从建筑结构设计的角度探讨，分析用钢量问题的处理方案，提出几点策略建议，以供参考。
关键词：建筑结构设计；用钢量；方法；意义
建筑结构设计由于施工材料、工程标准及项目需求等因素的影响，保证结构设计安全稳定，使用寿命久，就要尽可能对施工设计方案图纸的细节参数精细化管理，不断精确完善。这其中可调整范围大、对整体性影响低的变量指标就是建筑用钢量。很多情况下，只要建筑结构的主体结构稳定，所需要承担的荷载存在上限，能够适度降低用钢量，以达到节约的经济性目的。
一、建筑结构设计中节约用钢量的重要性意义
用钢量是建筑结构设计中的一个基础计算指标，与施工方案设计和图纸息息相关。以配筋率为例，建筑结构受拉区的配筋量如果超出标准，被受到的应力影响，钢筋不会被破坏，但是其他构件材料可能会因为性能不足还发生形变甚至碎裂。比如钢筋混凝土的结构构件发生超筋破坏时，在配筋率较高的情况下，钢筋不受屈服，受拉区混凝土不会产生明显裂缝，可能直接被压碎，属于无预兆式的脆性破坏。这种情况就可以合理调整用钢量，优化构件设计，参考相关因素，调整施工方案，使得用钢量减少。节约用钢量是一个综合性的工程项目管理环节，是反映施工人员设计水平的基础内容，也是投资方针对工程造价和建筑工程项目管理的参考指标。尤其是钢结构建筑工程项目，整体用钢量需要在各个环节优化建筑结构设计，提升经济效益。建筑结构设计中有一个“限额”标准，是在施工合同中，根据建筑结构设计判断用钢量的需求范围，基于建筑结构设计的安全性前提，竭尽所能，对建筑结构设计细节合理布局，精确调整。
建筑结构设计中能否减少用钢量或者使得用钢量正好符合施工标准的区间范围，主要从两个方面来判断。其一是整体性；提升建筑工程项目的结构设计水平，通过实地勘察、项目评估、风险防范等工作，来判断建筑结构用钢量的具体数值参数，在可变的浮动范围内，模拟相应测试和检验工作。比如对于一些复杂规模的功能性建筑来说，一些奇异的建筑外形设计或独立受力结构，对用钢量的控制可能并不精确，相对于节省，更多倾向于保证工程质量安全，而投资方的一些特定需求，可能会使得建筑结构设计存在缺陷，增加技术难度，调整用钢量就更加困难。有些情况下，需要经验老道的建筑师对其结构概念进行剖析，在工程施工前期准备阶段就明确相关参数，并且要全过程参与，结合施工规划，把控施工细节和施工作业完成度，加强工程质量监督管理。其二是隐蔽性；建筑结构设计的用钢量是一个深层次的施工要素，并不是直观可见的。用钢量是否处于正常水平，与建筑结构的细节指标有关联性。包括结构布置的要素、构件截面是否匹配、配筋构造、混凝土强度等级等指标，这些都属于施工设计的基础部分，而用钢量又是基于此进行调整的。从隐蔽性的角度来看，建筑结构设计的原理和性能必须要深入工程施工细节，从可调整的范围区间讨论如何节约用钢量。
二、建筑结构设计中节约用钢量的工作方向
一般来说，建筑结构设计中的节约用钢量主要包括结构布置优化和构件的设计优化。
比如建筑物长、宽的细节调整，柱网式结构中，长大于宽的结构设计能够适度减轻用钢量，并且由于结构设计的特征，所承受的风力荷载减小，在支撑体系中的用钢量也可以在合理范围内下调。例如，建筑物占地尺寸为80×65m，则厂房框架结构设计时应将80m作为长度方向，65作为跨度方向，这样一来相比较另一种结构方案，能够相对节省用钢量。结构布置优化中的用钢量策略包括建筑物长与宽的选择、柱距选择、合理跨度的确定、屋面坡度的选择、檐口高度的设计等；构件设计的优化则主要是基于结构设计的配筋率优化[1]。
三、建筑结构设计中节约用钢量的具体方法
（一）结构布置优化
除了上文举例说明的建筑物长宽结构设计方案的选择，柱距选择也是最常见的调整用钢量的手段。技术经济比较表明，标准荷载作用下的最经济柱距是8-9m，超过9m时，屋面檩条与墙架体系的用钢量增加跨度提升较大，造价较高。因此，柱距的把控，在符合整体建筑结构设计的前提下，可以适当缩短。如果采用不等柱距的设计，应尽量将端跨距布置得比中间跨小，考虑到风荷载，端跨风荷载要大于中间区域。除此之外，根据建筑工程项目的高度决定合理的跨度，也能够大量节约用钢量。当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在18-30m之间的刚架单位用钢量，为10-15kg/m2，当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为12-24kg/m2；如果檐高为12m、跨度超过48m时，采用多跨刚架（中间设计摇摆柱），其用钢量较单跨刚架节约40%以上。尤其针对门式钢架结构，用钢量的节省方案要依据最为经济的跨度来确定。屋面坡度需要按照屋面板的构造与排水坡面长度及柱结构高度等综合因素考虑确定，相关因素表明不同的屋面坡度对刚架的用钢量也有影响，由于与结构受力相关，单跨刚架可以通过增大屋面坡度来减少刚架重量，从而降低用钢量。而多跨钢架则需要考虑内柱长度，选择最合适的坡度，且特殊情况下，屋面坡度可能还会额外增加其他工程施工作业任务，比如女儿墙的结构设计，坡度增大会增加女儿墙的造价，那么为节约用钢量过度追求屋面坡度调整就是顾此失彼。
（二）建筑结构构件的优化
竖向构件布置优化；竖向构件布置优化主要针对框架结构，建筑方案图提出后，结构工程师首先要判断柱网的布置在大小和疏密上是否合理，通过初步计算，分析出最优化的结构方案。墙柱一般为压弯构件，在设计时通常在满足强度要求和轴压比的前提下 原则上墙柱截面尺寸不宜过大，否则导致用钢量变大。在柱网结构中，由于主体结构的承重柱或支撑体系受力较大，为了保证性能，常规方案采取是增加截面，扩大受力面积来提升安全、稳定性。如果作为支撑柱的话，单个柱增加就意味着附近或所有的柱子都要相应调整，以保证建筑美观和视觉观赏性。因此，相较而言也可以通过加大配筋率或加芯柱的做法来稳定柱网结构。高层建筑中，墙柱截面存在收级的问题。因为墙柱截面变化过于频繁、截面的种类过多不利于现场施工，因此，节约用钢量的方案通常是对墙体分段收级来优化设计，主要目的在于易于施工[2]。
水平构件布置优化；水平构件布置优化楼层梁板构件在布置上首先要使内力能够有效传递；其次保证建筑结构性能；最后是做好相关质量检验和测试，根据结果数据参数来明确用钢量的调整范围上限，明确设计方案。比如一般建筑楼层中，两个方向的主轴尺寸相近，应布置双向井字型次梁；相差较大时，则要将大尺寸的设置为主框架，小尺寸的设置为次框架，这种即是典型的主次梁楼盖。当使用到高强度钢筋时，为了充分运用到其高强度的性能，应用内力控制来进行配筋，不能按构配筋，而是按需配筋，同时要尽量避免板跨过小和布置过多的梁。在大面积客厅中，如果楼层采用普通的混凝土平板，由于较大的跨度和自重会造成较多的用钢量。大跨度的楼板可以通过改变其结构形式来减少自重，采用的技术有现浇双向空心楼板、双向密肋楼板等。
构件的配筋构造分为柱配筋优化策略、梁配筋优化策略和楼板配筋优化策略，具体的优化依据是参照建筑结构设计的大体，来明确最合适、最经济的尺寸比，考虑到混凝土强度等级，钢筋性能，建筑结构受力以及相距结构的受力情况及变化范围，在保证建筑结构稳定的情况下，结合可能存在的外部受力，在可控范围内降低用钢量。比如可采用改变柱竖向形状的方法来降低用钢量；尽量选用较低强度的混凝土，降低最小配筋率；采用高强度的钢筋的情况下，单独排布置主筋或做成独立性的结构设计，以便区分其他柱梁，这样能够在形状结构一样但受力作用不同的情况下，避免为了美观而增加用钢量。当梁承受集中荷载时，要在受荷处配置附加横向钢筋[3]。正常情况下，在梁侧配置加密箍筋即可满足要求，不可盲目加配吊筋，只会造成浪费。
结语
综上所述，节约用钢量要求建筑工程结构设计全方位考虑，一方面要基于宏观角度定性用钢量控制范围，把握建筑结构安全性的前提，另一方面需要从微观层面定量控制，优化细节，精细化调整。在确保建筑功能的基础上，在保障建筑工程质量安全的前提下，合理布局，优化设计，综合考量，使节约用钢量变得更加具有现实意义。
参考文献：
[1]谭杰钊.论建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义[J].建材与装饰，2018，（20）：135.
[2]孙大伟.论建筑结构设计中节约用钢量的方法及其意义[J].科学与财富，2017，（11）：189-189.
[3]郁银泉，朱峰岐，王喆.钢结构建筑的推广与应用综述[J].钢结构，2020，（1）：59-69.