摘要：本文作者分析介绍了建筑结构设计中影响钢筋含量的宏观因素和微观因素，提出了优化的措施。
关键词：建筑；钢筋；结构；优化设计
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
钢筋混凝土结构设计中要做到节省用钢量，就必须全方位行动，宏观上给予定性掌握，微观上给予定量控制。首先，在建筑体型满足使用功能的前提下，要为结构合理布局创造条件；其次，结构布置和构件截面选择在满足结构和构件受力变形合理的前提下要有利于节约配筋量；最后，在构件具体配筋上，在满足规范对构件的配筋构造要求前提下以节省用钢量为目标，要仔细推敲，科学合理地对钢筋规格作出选择。
1 建筑结构设计中影响钢筋含量的宏观因素
1.1 建筑物的体形是否合理
建筑物的平面长度在不设缝的前提下不能超长，超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，钢筋含量会相应增大；建筑物的平面长宽比不能过大，由于两主轴方向的整体刚度相差较大，在水平力作用下两个方向构件的受力不均匀，会使单位面积的含钢量增大；建筑物竖向高宽比不能过大，高层建筑高宽比过大的结构整体稳定性差，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，必须设置抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，使得钢筋用量增加；建筑物的立面形状应规整和均匀，立面上外挑和内收多，用钢量就会增大；建筑物平面形状也应规整，尽量减少凸凹，反之单位面积的钢筋含量也会加大。
1.2 建筑物的柱网尺寸是否均匀合理
建筑物柱网的绝对尺寸及其疏密程度直接影响到楼盖、梁板的结构布置。柱网大的楼盖用钢量较多，反之虽较少，但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加。柱网尺寸较均匀一致不仅使结构受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省。
1.3 建筑物的层高对含钢量的影响
对于高层建筑而言，不能肯定层高对用钢量的影响究竟有多大。就柱的箍筋而言，总高度相同的建筑物层高较小（即层数较多）的配筋量较多，但按单位面积摊销后的钢筋含量可能反而更少。至于跨层柱，由于其受力的复杂性以及截面较大，用钢量一般比正常层高的柱要多。
2 建筑结构设计中影响钢筋含量的微观因素
影响建筑物结构钢筋含量的微观因素主要体现在结构工程师对结构设计的具体操作上。首先是结构布置，其次是构件的配筋构造。
2.1竖向构件布置
有关柱网大小和疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定，抗震墙的合理数量及合适位置一般也在结构工种介入方案设计过程中得到确定。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面。墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面的增大而增加。
柱截面种类不宜太多是设计中的一个原则，在柱网疏密不均的建筑中，某根柱或为数不多的若干根柱由于轴力大而需较大截面，而建筑考虑便于装修则希望柱截面相同，此时如将所有柱截面放大以求其统一，势必增加用钢量。合理的做法应是对个别柱位的配筋采用加芯柱，加大配筋率甚至加大主筋配筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比，从而达到控制其截面尺寸的目的。
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、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。
2.2水平构件布置
建筑的水平构件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，以主、次梁楼盖布置，其中板跨控制在3m左右，板厚取100mm。对于住宅建筑，在3.0～4.5m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、布梁多时用钢量肯定会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。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能节省用钢量，这里所说的“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，而且还会增加钢筋用量。
当前流行的大面积客厅，其空间面积达40～60平方米甚至更大，如此板块采用普通混凝土平板，即使施加了预应力，其用钢量也会较多，其主要原因是板的跨度和自重均较大。大跨度由使用功能决定而无法改变，要节省用钢量，只能往“自重”上考虑，即改变楼板的结构形式。采用现浇双向空心楼板以及加轻质填充块的双向密肋楼板都是可以考虑的途径。
2.3 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。
2.3.1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；柱箍筋的配筋则采用高强度的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加大柱顶截面来控制配筋。如仍无法承担其所受的弯矩，有时可将梁柱节点设计成简支，使柱中心受压或小偏心受压，此时的边柱不必改变竖向形状且截面可较小。
2.3.2梁
配筋大多由内力控制，但仍有小部分由最小配筋率控制。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率，更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。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，梁宽宜略微放大，尽量布置成单排主筋，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。在通常情况下，仅在梁侧配置加密箍筋已经足够，若再加配2Φ12或2Φ14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。
2.3.3楼板
前面已提及现浇混凝土楼板的厚度通常在100mm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，同时采用较高强度的钢筋等级以到达节省钢筋的目的。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穿整垮。为了节省用钢量，一般应分板带配筋，其次当板底筋间距为150mm或100mm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，支座不够时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省用钢量。
2.3.4抗震墙
抗震墙如能合理地布置、截面合理取值，其内力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。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200mm，最小直径8mm，仅需满足最小配筋率，不必随意提高其配筋量。
3 结语
现代建筑中钢筋混凝土结构的单位面积钢筋含量已经是人们关注的一个重要技术指标，更是关系到建设项目的投资方经济效益的决定因素之一。如何在保证结构安全和满足设计规范的前提下节省钢筋，是我们结构设计人员面对的重大课题。结构设计中影响钢筋用量的因素有宏观和微观两个方面。宏观因素是指建筑设计方案构思时是否采用了合理的结构体系；微观因素是指结构设计过程中，结构布置是否合理、构件截面是否合适、配筋构造是否科学等。
参考文献：
[1] 郝世信．钢筋混凝土结构构造手册（第三版）[M]．冶金工业出版社．
[2] 李晓文．钢筋混凝土结构[M]．中国建筑工业出版社．
[3]梅村魁著，中国建筑科学研究院译．劲性钢筋混凝土结构抗震设计[M].
