我国的建筑结构大部分都是混凝土结构，大部分设计师对混凝土设计非常熟悉。随着我国钢材产量的不断增加，钢结构建筑越来越多，但是我们的设计师对钢结构设计并不是特别熟练，设计的钢结构成本比较高。本文从以下5个方面讲解如何从设计的角度节省钢结构造价。
01.选择合适的结构方案；02.充分发挥材料的潜力；03.采用预应力技术；04.考虑钢筋与混凝土的共同作用；05.简化结构设计。
01选择合适的结构解决方案
1、合理的受力结构方案是实现经济合理的重要手段。空间结构体系一般比平面体系更能有效地利用材料。以屋面结构为例，平面屋架需由纵向构件和斜撑连接成整体，这些次要构件要么不参与受力，要么仅承受较小的风力和支撑力，截面往往得不到充分利用。作为空间结构网架，其纵向、横向构件及斜撑均参与受力体系，钢材的利用效率更为充分。同时，满足刚度要求的网架高度也比单向传力的平面桁架低钢结构立柱地基，可减少建筑的墙体和采暖空间。
2、结构型式确定后，构件布置仍有很大灵活性，材料的集中使用可达到节约的效果。高层厂房框架结构柱距宜加大，不但吊装时构件数量减少，而且钢材用量也可减少。软土地基上的厂房采用18m或24m为基本柱距，不再采用6m或12m，柱距减少，基础工程造价也相应减少。
3、单层多跨门式刚架常把中间柱做成两端铰接，只将两边柱与梁刚性连接，如下图1所示。这样，承受侧向力和提供侧向刚度的任务就集中在两边柱上。它们的高度相对较小，除承受轴向压力外，还承受弯矩。它们的截面面积较大，所以细长尺寸相对较小，钢材的作用得到更充分的发挥。同样，多层住宅用梁、柱组成抵抗侧向力的构件时，只有一部分梁、柱需要刚性连接，其余部分做成铰接，这样不仅节省材料，而且结构构造简单，安装方便。
图1 多跨门式刚架
4、材料的集中使用还体现在构件的大型化上。下图2是美国堪萨斯城某体育馆主承重结构示意图，采用3个间距46.65m的格构空间框架作为基本承重体系，框架本身构成几何不变体系，不需要支撑。纵向桁架、檩条及屋架均悬挂在框架之间。框架为外露结构，不占用建筑空间。
图2 空间框架体系
5、材料是集中还是分散，要具体分析。对于多层建筑，与高大的厂房不同，外柱布置得密一些可能更为合适。民用建筑层高不高，外柱布置较密（间距1.5~3.0m），可直接与墙板连接，柱间不需设置墙架柱或窗柱。外柱截面深度较小，也可节省建筑有效面积。什么情况下，柱距为多少合适？经验不足时，建议通过方案比较进行选择。
02充分挖掘材料潜力
1、钢材作为受拉构件可充分发挥其潜力，因为受拉杆的整个截面可承受钢材的强度设计值。而受压杆的截面面积受稳定性控制钢结构立柱地基，强度设计值需乘以稳定性系数才能减小。长细比越大，材料潜在利用程度越低。在钢结构设计中多采用受拉杆，少采用受压杆，是节省材料的有效方法。
2、悬挂系统能充分体现这一理念。下图3是香港一栋47层高的银行大楼的结构（地下部分未画出）。每隔几层设置的两根巨大的主柱和桁架一起组成一个巨大的框架。每层的楼板都悬挂在桁架的下弦节点上。整个大楼共有四个巨型框架，间距为16.2m。桁架的高度相当于一般楼层高度的两倍。结构的主要承重体系只有几根柱子。载荷集中在这些柱子上，它们的长细比不会很大。
图3 悬挂系统
03采用预应力技术
1、利用高强度钢棒或钢缆对钢构件施加预应力，使其获得与荷载作用相反的应力，从而提高其承载能力，是减少用钢量的有效方法。1957年、1959年，我国分别建成跨度25m、53m预应力运煤斜桥。下图4为前者的示意图。预应力构件采用高强度钢棒，在地面施加预应力。张拉方法是用千斤顶将桁架中段推出防偏，用正反螺套紧固。
图4 预应力运煤栈桥
04考虑钢筋和混凝土的协同作用
1、将钢材与混凝土（或钢筋混凝土）共同用在一个构件中，是取得经济效益的又一措施。目前，波形钢板组合楼板已广泛应用于多层、高层建筑。波形钢板既起模板作用，又起受拉钢筋作用，不但简化了施工，而且减小了楼板厚度。钢梁与钢筋混凝土楼板（或组合楼板）共同作用，楼板作为钢梁的受压翼缘，可节省钢材4%～15%，降低造价10%左右。梁的高度也减小，节省了建筑空间。
2、钢与混凝土组合柱种类繁多，最常用的是钢管混凝土柱。它使两种材料互相支撑，提高了两者的性能。钢管由混凝土支撑，径厚比可以很大，不会发生局部失稳。混凝土受到钢管的约束，抗压强度大大提高。整体来看，钢管混凝土具有良好的塑性和韧性，在循环荷载作用下，荷载-变形滞回曲线非常饱满，抗震性能很好。与钢柱相比，钢管混凝土柱可节省钢材30%~40%。钢管混凝土的耐火性能也优于钢柱。原因是内部混凝土的热容量远大于钢材，但导热系数却低于钢材，混凝土的温升被延缓，所以不会很快丧失承载力，从而延长了耐火时间。钢管混凝土柱所需的防火涂层仅为钢柱的一半甚至更少。
05简化结构设计
1、结构设计也存在用钢量多少的问题，但更重要的是影响制作安装的成本。在钢结构工程成本中，材料费只占一半左右，构件制作、运输、安装等费用之和与材料费相差无几。因此，降低制作安装成本与节约钢材同样重要。多跨门式刚架中柱与梁之间采用铰接连接，可大大简化节点连接构造，因此，它的优点不仅在于材料的合理利用，还在于制作简单、安装迅速。
2、减少零件数量、切割工作量和焊接工作量都是降低生产成本的有效方法。凡能使用轧制钢材的地方，就不需要焊接段。
3、梁、柱的螺栓连接应标准化，即对每一种具体的连接类型，螺栓应统一排列，以方便使用精制模板钻孔。构件设计应注意减少规格，不同编号的运输单元越少，越有利于批量生产，最大限度地发挥自动化生产线的效益。网架结构甚至可以加工成标准化产品出售，生产批量大意味着成本低。对制造工艺非常熟悉的设计师会做出制造成本低的设计。
