影响钢材用量的因素

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影响钢材用量的因素

影响钢材用量的因素主要包括以下几个方面:

1.结构设计与用途结构的设计形式和用途是决定钢材用量的重要因素。例如,高层建筑、桥梁、工业厂房等不同类型的工程对钢材的需求量差异显著。复杂结构或大跨度结构通常需要更多的钢材以满足承载力和稳定性要求。此外,建筑设计的优化程度也会影响钢材的使用效率,合理的设计可以减少不必要的浪费。

2.荷载条件工程所承受的荷载(包括恒载、活载、风载、地震作用等)直接影响钢材的用量。荷载越大,所需的钢材强度和数量就越高。例如,在地震多发地区,建筑物需要更高的抗震性能,这可能导致钢材用量增加。

3.材料强度与规格钢材的强度等级和规格选择对用量有直接影响。高强度钢材可以在相同承载条件下减少用钢量,从而降低工程成本。然而,高强度钢材的价格通常较高,因此在实际应用中需要综合考虑经济性和技术需求。

4.施工工艺与技术先进的施工技术和工艺能够有效减少钢材的浪费。例如,预制装配式钢结构相比传统现浇混凝土结构可以显著提高材料利用率。此外,焊接技术、连接方式以及施工管理水平也会对钢材用量产生一定影响。

5.经济性与市场因素钢材价格波动、运输成本以及替代材料的竞争都会影响钢材的实际用量。在某些情况下,为了降低成本,可能会选择其他建筑材料代替部分钢材,或者通过优化设计减少钢材的使用。

6.环保与可持续发展随着绿色建筑理念的推广,越来越多的工程项目开始注重节能减排和资源循环利用。这可能促使设计者采用更高效的钢材或探索替代方案,从而间接影响钢材的总用量。

综上所述,钢材用量是由多种因素共同作用的结果,合理的规划、设计和技术应用能够在满足功能需求的同时实现节约资源的目标。

2利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体,其外围墙体对结构刚度的贡献最大,而内部墙体则贡献甚微。在满足结构整体刚度的前提下,筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎,否则会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。从施工角度看,剪力墙形成的筒体越是完整划一,施工就越方便。从受力角度看,筒体内部隔墙若设梁支承于筒体外围墙上,从而增大外围墙的轴力避免受拉对其受力反而有利,尤其是内筒的角部处。

3如果是高层建筑,墙柱截面还有一个收级问题。从节省用钢量的角度出发,墙柱截面应尽量小,只要符合50MM模数,几乎可以每层都收级,但从结构整体特别是从施工角度考虑,一幢高层建筑的墙柱截面变化过于频繁、截面种类过多却不科学,这种只看局部不顾整体、因小失大的做法是不妥当的。正因如此,一幢高100米的高层建筑,其柱截面变化在正常情况下应为3-4次即每5-8层变化一次,表面上虽然有悖于节省用钢量的基本原则,但从混凝土结构的施工效益来看,却是必要和合理的

4水平构件布置:通常指的是楼层梁板构件, 其布置原则首先是受力传力合理,其次是使用效果(包括视觉效果)良好,最后才是用钢量的节省,设计中不能本末倒置。对于公共建筑的楼层,如结构单元两向主轴尺寸相近,则以两向井字次梁布置;如两向主轴尺寸相差甚大,则区分主、次框架,以典型的交梁楼盖布置,其中板跨控制在约3米左右,板厚取100MM,对于住宅建筑,在3-4.5米正常开间情况下,楼板厚度为100-120MM,应尽量增大板跨,而没必要也不应凡遇隔墙就设梁。当采用高强钢筋时,应使板的配筋由内力控制而非按构造配筋,否则将得不偿失。当板跨小、布梁多时肯定用钢量会增多,而且可能使楼面荷载多次传递,造成受力不合理

5以桩为基础的地下室底板,采用梁板结构要比采用平板式结构更可节省用钢量,本文所指的“梁板结构”仅指柱网为整间大板的结构,如果柱网中添加了次梁,则不仅使施工更为复杂,而且还会增加用钢量,这一点已在大量工程中得到验证。以竖向交通井道形成的筒体,采用桩基础一般都形成多桩承台。布桩时应使桩处于墙体下,这时承台避免受剪甚至能抗弯,其厚度可较小,采用构造配筋率配筋则其配筋量就较少。但大多情况下,布桩无法都设在墙体下,而使承台受剪受冲切,为了满足其受剪受冲切,设计中应从加大承台厚度或提高承台混凝土强度等级着手,而不宜采用增加配筋来满足其抗剪或抗冲切要求,否则将使用钢量大增。此外,由承台混凝土来满足抗剪抗冲切后,承台的配筋就可采用低配筋率而不应也没必要提高配筋率。

构件的配筋构造:由于设计规范中有明确具体的规定,故设计中通常都不应违反,但在符合规范规定的前提下,仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。

1 柱:设计中应通过混凝土强度等级的合理确定来控制其截面尺寸和轴压比,使绝大部分柱段都是构造配筋而非内力控制配筋,此时柱主筋就可以按规定的最小配筋率或比其略高的配筋率选择主筋规格;至于柱箍筋的体积配筋率,由公式可以看出,采用高强度钢筋比低强度钢筋更可节省用钢量。结构顶层边柱尤其是抽掉中柱的大跨度边柱,往往是大偏心受压,其主筋配筋量由内力控制且都较大,为了降低配筋率来节省用钢量,通常采用改变柱竖向形状的方法,如加腋。如改变后仍难以承受其所承担的弯矩,有时干脆可将梁柱顶节点设计成简支,柱中心受压或小偏心受压,此时的边柱也不必改变竖向形状且截面可较小。对于多层地下室中负6 层以下的柱段,由于其抗震等级的降低可使轴压比提高,故节省用钢量的途径有以下几种,包括:柱截面可与负6 层保持一致而不需加大;非抗震结构的中柱节点区由于有四向梁与之连接,其箍筋可仅沿节点周边设置矩形箍而不需设置复合箍筋;多层及高层住宅建筑通常由于层高不大,柱主筋完全可以每两层连接一次,既减少了竖向钢筋的接头数量,又节约了钢筋。

2 梁:配筋大多由内力控制,但仍有小部分由最小配筋(箍)率控制。从梁主筋最小配筋率 及梁箍筋配箍率公式中可以看出,要使梁的用钢量不太高,一是混凝土强度等级不宜过高,二是采用高强度钢筋,前者不仅可降低最小配筋(箍)率,更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。对截面宽度较小的梁,当配筋量较大时往往需要放2--3 排钢筋,无疑将减小梁的有效高度,因此当不影响使用或建筑空间观感时,梁宽宜略为放大,尽量布置成单排主筋,尤其是梁截面高度不太大时,以达到节省钢筋的目的。跨度较大的悬臂梁,不论其承受的是均布荷载还是梁端集中荷载,其弯矩内力都是急剧下降的,因此当面筋较多时,除角筋需伸至梁端外,其余尤其是2排钢筋均可在跨中切断,既节省钢筋又方便施工, 是一种确实可行的方法。梁承受集中荷载处要配置附加横向钢筋(加密箍筋及吊筋)。正常结构布置的楼层梁,每一处集中荷载一般都不太大,较大者也仅为,(()3((8$。在通常情况下,仅在梁侧配置加密箍筋已经足够,若再加配吊筋则已能承受更大的集中荷载。但设计中盲目加大吊筋直径,既没必要又会造成钢材的浪费。

3楼板:前面已提及现浇混凝土楼板的厚度通常在100 以上,在此条件下宜将板跨增大,使其配筋为内力控制而非构造配筋,按此结果楼板配筋只有采用高强钢筋才能达到节省用钢量 的目的。对于大跨度双向板,由于板底不同位置的内力存在差异,设计中不宜以最大内力处的配筋贯通整跨和整宽。为了节省用钢量,一般应分板带配筋, 其次当板底筋间距为100或150时,不需将每根钢筋都伸入支座,其中约半数钢筋可在支座前切断。当板面需要采用贯通面筋时,贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率, 支座不足够时再配以短筋,这样既符合规范规定又可节省用钢量。

4抗震墙:分为加强部位和非加强部位两类, 前者必须按约束边缘构件配筋,后者则按构造边缘构件配筋。不管是节点区还是其余墙段,前者的配筋量均远大于后者,因此在结构设计中严格区分抗震墙的加强部位和非加强部位,对钢筋用量而言是具有很大意义的,而随意扩大抗震墙的加强部位肯定会增加用钢量。抗震墙如能合理地布置、截面合理取值,其配筋多半不是内力控制配筋而是构造配筋,这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可按规范规定的最小配筋率配置。即使因建筑物的重要性等级较高而需要提高其配筋率,也应控制在较小的幅度内,否则将大幅增加用钢量。需要指出的是,抗震墙约束边缘构件中的箍筋配筋量也与钢筋的抗拉强度有关,因此为使其配箍直径不过大、箍筋肢距不过密,使其配箍量不太高,宜采用高强 钢筋。抗震墙中的墙段竖向分布筋通常都不是由内力控制,其作用主要是固定水平分布筋,防止墙面出现水平收缩裂缝,故其间距通常取200,,,最小直径8,仅需满足最小配筋率,不必随意提高其配筋量

影响用钢量的其它因素 结构用钢量的多少还与建筑物抗震等级有关, 相同的建筑物,设计8度抗震的肯定比7度抗震的用7度钢量多,这是不言而喻的,因此比较用钢量时应在相等或相近的条件下进行,否则将无法得出准确答案。即使抗震烈度相同,相同类型的建筑物所处的场地情况和基础型式不同,其用钢量也有相当大的差别。当场地地质条件较好时,其基础用钢量就很少,相反则较多,这“多”与“少”的差别有时为十几或几十个百分点,有时则可能是数倍。建筑物能采用天然地基基础而不必采用桩基础,从技术角度衡量是先进的,但从材料耗用量特别是用钢量方面,有时采用桩基础反而更经济,对这一点许多有经验的结构工程师都有切身体会。因此建华社区综合服务楼模板施工方案,在比较建筑物单位面积用钢量时,必须将地下结构与地上结构分别计算,否则将得不出实质性的结论。

控制层高 在满足建筑功能的前提下,适当降低层高,会使工程造价降低。有资料表明:层高每下降10厘米,工程造价降低1%左右,墙体材料可节约10%左右。

采用"隔震"技术 "隔震"在多层中可采用,其主导思想是将建筑物的基础与主体之间用一种特殊的橡胶垫即所谓的"隔震垫"隔开,使基础和主体之间的刚性连接变成柔性连结。这样一旦发生地震,可大大减轻地震力对上部主体结构的影响。因此,整个结构受力构件的配筋及截面尺寸都可以减小,从而降低工程造价。

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