劉亞靜

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)工程中十分重要的一項工作，這項工作是針對鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計圖紙進行的，將設(shè)計圖紙中包含的鋼結(jié)構(gòu)安裝、運輸、質(zhì)量和成本控制等方面進行優(yōu)化設(shè)計，是目前在鋼結(jié)構(gòu)工程中必須要進行的環(huán)節(jié)。本文從設(shè)計過程入手，探討鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足的各項要求，并加強工程成本的控制，在提高鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量同時減小工程投入成本，使得工程更具經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計;工程成本;節(jié)約控制;BIM技術(shù)

1 前言

在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)和各項設(shè)備正在不斷進步，而鋼結(jié)構(gòu)工程也已經(jīng)在各類型建筑工程中運用廣泛。為了能夠滿足當(dāng)下各項生產(chǎn)活動和人民生活的更深層次需求，還需要對鋼結(jié)構(gòu)進行深化設(shè)計，將施工圖紙中包含的各個層面進行優(yōu)化，使得后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)施工過程中在保證設(shè)計過程符合工程實際情況的條件下能夠做到節(jié)約工程成本。

2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計概念

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計一般都是在設(shè)計人員進行鋼結(jié)構(gòu)施工圖紙設(shè)計之后，在設(shè)計圖紙上進行。一般來說，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計會在圖紙中所標注的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、構(gòu)建基本參數(shù)、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造、工程所需技術(shù)和設(shè)備、各項操作規(guī)范等方面進行升華設(shè)計。設(shè)計人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場的情況，將各項要求和規(guī)范進行撰寫。在圖紙設(shè)計過程中，一般都是由工程設(shè)計部門進行，但是深化設(shè)計卻大多數(shù)由加工廠進行，因為更加貼近于真實工程情況。在鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，設(shè)計人員要依照鋼結(jié)構(gòu)工程實際工程數(shù)據(jù)信息和相關(guān)軟件來完成設(shè)計工作。一般來說，CAD和xsteel等軟件都是鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中常用的設(shè)計軟件，而目前大多數(shù)工程中都會利用BIM技術(shù)來進行深化設(shè)計[1]。

3 案例工程概況

為了更好地闡述鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計工作的要點，本文以某地發(fā)電廠為案例來展開說明。該發(fā)電廠所使用的的鋼結(jié)構(gòu)工程包括有主廠房結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)、除塵排煙和其他輔助建筑。因為該發(fā)電廠的建筑工程量十分巨大，占地面積和鋼結(jié)構(gòu)總量也都高于一般的發(fā)電廠，各項設(shè)施比較分散，無論是施工還是運輸過程都需要投入較大的成本，且施工難度也較大，所以該工程的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計具有一般性和全面性。

4 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計工程成本節(jié)約控制要點

要想做好鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，還是需要對工程設(shè)計圖紙進行研究，了解設(shè)計部門人員的設(shè)計意圖，對一些不合理和不注重實際的地方進行改進。

4.1 對橫梁和柱強軸剛接焊縫的深化設(shè)計

本段對本工程中的橫梁與柱強軸的焊縫進行分析。在工程圖紙的設(shè)計中，其梁翼緣和腹板與柱連接都是采用強焊接節(jié)點，并且柱的水平加勁肋分布在腹板兩端，其水平中心線是與梁翼緣的相重合。水平加勁肋和柱翼都是采用完全焊透的坡口對接焊縫連接，而與柱腹板的連接則是采用了雙面角焊縫。在上述的設(shè)計中，針對水平加勁肋和柱翼緣的焊接是過于嚴格的，施工人員想要達到標準具有較大的困難。針對這一情況，可以參照我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等文件的指導(dǎo)要求來將水平加勁肋和柱翼緣的接縫方式更改為三級焊縫，這樣就可以在保證工程要求的情況下減少施工過程的環(huán)節(jié)，節(jié)約工程成本。根據(jù)調(diào)查，在更換了焊接縫方式后，此工程大約節(jié)約了20萬人民幣[2]。

4.2 對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的深化設(shè)計

在設(shè)計圖紙的鋼結(jié)構(gòu)中，某兩段軸鋼柱的變徑處是處于27.9層上方1.3米處，而下端的鋼柱截面是BH1100*600*30*40，上端的鋼柱截面BH800*500*30*40，這部分節(jié)點的設(shè)計可以概括為：首先是在上端鋼柱可以與下端鋼柱進行重合，根據(jù)計算其重合長度在0.9米左右，并利用40mm肋板焊接在下柱翼緣板上，且鋼柱對接節(jié)點需要移動到上方標高29.9米處。在實際的工程中，采取上述辦法較為復(fù)雜，質(zhì)量無法得到保證，鋼柱對接部分與鋼梁的距離也不符合相關(guān)規(guī)定，所以在深化設(shè)計中，將采用：將下部鋼柱在框架梁處進行變徑，其斜率要在六分之一以下，并且在標高29.9米處要與上端鋼柱截面相同，鋼柱對接節(jié)點則仍然保持與梁頂1.3米的距離。在深化設(shè)計之后，不僅在節(jié)點質(zhì)量上有了更深的保證，在總工程中也節(jié)約了大量的鋼材。根據(jù)調(diào)查，更改了節(jié)點方式后，此工程節(jié)約了18萬元人民幣。

4.3 對鋼柱分段的深化設(shè)計

因為發(fā)電廠的屬于一種高層建筑，所以需要較長的鋼柱，在深化設(shè)計中，不僅要保證國家相關(guān)規(guī)定的要求，考慮到鋼柱分段法，還需要深化設(shè)計人員能夠注意到吊裝鋼結(jié)構(gòu)的機械設(shè)備和吊裝計劃，需要保證吊裝設(shè)備的吊裝能力能夠支撐起鋼柱的重量。在運輸方面，需要做好限額工作，禁止出現(xiàn)超載的情況，限額需要依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的負載和形變能力進行確定。因為在運輸方面的影響，鋼柱是無法一整根進行運輸?shù)?，只能夠分段進行，所以在確定好分段運輸?shù)姆桨笗r，要以最小分段為原則進行，因為減小鋼柱分段就能夠有效減小節(jié)點板和連接螺栓的使用，大大提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減小工程成本。在本工程內(nèi)，經(jīng)過計算，一個節(jié)點需要用鋼276.4kg，在進行以最小鋼柱分段為原則的分段工作后，鋼結(jié)構(gòu)工程總共減少了76個，換算成人民幣大約在26萬元左右。

4.4 對運輸方案的深化設(shè)計

在深化設(shè)計方面，本文只針對貨裝方案進行優(yōu)化，對運輸方式不做討論。鋼結(jié)構(gòu)工程中三面或者四面牛腿結(jié)構(gòu)較多，并且均具有較高的長度，這樣在運輸過程中所占用的空間較大，并且貨裝過程也較為繁瑣。本工程中的鋼柱牛腿一般在1.5米左右，運輸過程中不可能全部安裝上再進行運輸，這是非常浪費貨運資源的情況。在深化設(shè)計過程中，采取了在牛腿加工地安裝好同方向的牛腿，在工程所在地安裝另一方向的牛腿，最后進行焊接，這樣就可以避免占用空間過大的問題，節(jié)約運輸資源。

4.5 附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

在附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計環(huán)節(jié)中，以加勁肋和補強板設(shè)計為例，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，如果對應(yīng)的梁、柱節(jié)點結(jié)構(gòu)不滿足對應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗剪設(shè)計要求，則需要在柱腹板的梁柱節(jié)點處進行加厚設(shè)計，并對 H 形鋼柱的截面體系進行加焊貼板的連接，并在貼板的邊緣結(jié)構(gòu)處，伸出加勁肋外部>150mm 的長度，在連接貼板的焊接過程中，主要以>5mm 的角焊接縫為主，實現(xiàn)柱翼緣角焊縫的對接縫連接。此外，從成本控制的角度進行分析，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)設(shè)計實踐思路，重點分析裝配式鋼結(jié)構(gòu)的成本控制，并在設(shè)計、安裝施工環(huán)節(jié)中，采取有效措施，實現(xiàn)成本最優(yōu)化。尤其是裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計，應(yīng)以預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平、加工工藝、標準尺寸等的構(gòu)件設(shè)計為主，以保障鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的準確化、合理化和科學(xué)化。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文以實際案例為主，從橫梁和柱強軸剛接焊縫、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點、鋼柱分段、運輸方案四個方面闡述深化設(shè)計要點，通過做好深化設(shè)計可以為工程帶來非常好的收益，在保證質(zhì)量的情況下節(jié)約工程成本。另外，本文還介紹了BIM技術(shù)在深化設(shè)計工作中的應(yīng)用，希望能夠相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

參考文獻

[1]周崢，鄧朗妮，廖羚，雷麗貞，劉睿敏.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與施工中應(yīng)用熱點的知識圖譜構(gòu)建方法研究[J/OL].土木建筑工程信息技術(shù)：1-9.

[2]曾貴祥.鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中構(gòu)件分段分節(jié)探討[J].四川建材，2020，46（02）：80+85.