装配式钢结构建筑的深化设计探讨邱如佳

装配式钢结构建筑的深化设计探讨邱如佳

邱如佳

浙江鸿翔钢结构有限公司浙江嘉兴314415

摘要：进入二十一世纪以来，我国制造业飞速发展，建筑行业也迫切需求更加新型的建筑形式，这也催促了装配式钢结构建筑的出现，装配式钢结构建筑在制作和生产结构构件时采用了装配式生产工艺，一改过去现场湿作业的施工方法，而是采用工业化制造的生产方式，有助于成本节省和推进进度，同时提高施工质量和安全性。本文中，笔者主要介绍了装配式钢结构建筑的特点，并重点从建筑设计、结构设计、附属部分设计以及管线综合深化设计四个方面阐述了如何在实际工程中合理应用装配式钢结构建筑的深化设计，以供参考。

关键词：装配式钢结构；建筑；深化设计

所谓装配式钢结构建筑，是指利用工厂化形式生产结构构件，几乎涵盖了设计、生产以及施工安装结构构件的整个周期，同时设计建筑时充分运用了工程信息化平台，采用工厂制造形式替代了过去的现场建造形式，是绿色建筑概念的体现和实践。

一、关于装配式钢结构建筑的概述和特点

与其他传统建筑形式相比，装配式钢结构建筑的特点和优势主要体现在以下三个方面：

（一）在设计、分析以及建模的过程中充分运用工程设计软件，有助于设计周期的有效缩减它一方面可以运用工程建模软件来分析构建内力，另一方面也可以借助结构分析软件来设计几何尺寸，这种信息化设计技术可以快速实现构建的变更和修改。同时，制作构建的过程中，可以通过充分结合数控机床和三维模型，保证设计完成构件后迅速进入生产线来制作产品，其精确度和效率非常高，进而有助于项目建设周期的大幅度缩减。

（二）有助于紧密结合设计与施工，从而进一步提升生产率

因为可以在工厂内制作预制墙板和钢结构，所以只需要在施工现场完成安装，可以紧密结合设计与安装，并有助于不同工序间搭接的有效协调，从而提升整体生产效率。

（三）通过标准化生产构建，能够有效提升施工的工业化水平

与生产构件的传统工艺相比，工厂化生产的方式更加先进，也有助于产品性能和质量的保障。钢结构预制构件在生产之后能够迅速运往施工现场，并运用螺栓或者焊接的方式进行配套安装，几乎不受天气影响，因此可以实现全天候作业。

二、实际工程中运用装配式钢结构建筑深化设计的注意事项

在深化设计装配式钢结构建筑的过程中，应当尤其注意以下几点事项：

一是深化设计前应当有效整合不同专业的设计资料，并完整转交给深化设计人员，一定要保证资料的可靠性和完整性；

二是基于深化设计不仅要求相对较高，而且涉及知识面非常广，因此设计人员一方面要具备较高的专业素质，另一方面也需要协调很多工作，这就需要综合能力和专业能力较强的总承包单位来负责整合需求和设计资料；

三是应当交由总承包方来集成和整合深化设计成果，从而避免各方矛盾的产生，进而有助于深化设计集合度的显著提升。

三、装配式钢结构建筑深化设计的具体方法

（一）建筑设计

建筑设计必须符合建筑功能的基本要求，一方面要注重经济效果，另一方面也要充分考虑美观需求。在深化设计的过程中，应当有效集成机电安装工程和主体建筑机构，进一步统一和协调工厂化制作与施工现场安装。具体而言，主要包括以下四个方面：

1、平面设计方面

首先，柱和墙等竖向承重构件应当上下连续；其次，建筑门窗的洞口应当上下对齐，且成列布置，其几何尺寸和平面位置必须符合预制构件和结构受力构件的设计要求；最后，卫生间和厨房应当合理布置平面，按照整体卫浴和整体橱柜的标准要求来设计平面尺寸。

2、外墙和立面设计方面

在设计建筑外墙时，应当充分考虑建筑的整体经济性和美观性，并符合外立面的多样化需求，同时，内墙板和外墙板的接缝处应当做到隔音、保温以及防水，在设计门窗洞口等部位时应当充分结合构造防水和材料防水。

3、门窗安装节点设计方面

由于预制内外墙板是在工厂中制作的，因此其几何尺寸精度非常高，我们可以充分利用这种特点来设计门窗，例如在安装方式上选择无门窗副框。

4、小型金属构件设计方面

所谓小型金属构件，主要是指装饰装修构件、室内外栏杆以及空调板中的金属连接件。在深化设计的过程中一方面要注意是否准确定位预埋件，另一方面也注意是否与其他构件相冲突。

5、细部构造设计方面

所谓细部构造，主要是指防渗透、防水以及接缝等方面，例如如何设计拼接和接缝上下层相邻墙板，如何设计导水管措施以及如何设计墙板的空腔构造等。

（二）结构设计

结构设计一方面涉及主体结构，另一方面涉及附属加强结构。其中，主体结构中的预制构件包括钢节点、钢梁以及钢柱等部分；附属加强结构中的设计构件包括连接板、加强板以及加劲肋等部分。其设计原则主要包括以下四点：

一是针对持久设计的工况，必须验算和控制预制构件的裂缝、变形以及承载力；

二是针对地震设计的工况，应当验算预制构件的承载力；

三是针对短暂设计的工况，例如安装、堆放、制作以及运输等，应当严格按照国家有关规范和标准来验算预制构件；

四是在设计过程中，尽量不选用预埋吊件、临时支撑以及用来固定连接件的预埋件，当然，特殊情况下应当根据不同设计的工况要求来选择。

首先，在梁和柱的节点方面的设计。第一，在连接柱和梁翼缘时，应当采用全熔透坡口焊缝的焊接形式，并将衬板加设到焊缝连接；第二，在连接钢和梁腹部时，如果板厚低于16毫米，采用双面角焊缝，如果板厚高于16毫米，采用K字形坡口对接焊缝；第三，如果节点区的节点板厚度高于30毫米，应当先进行预热和后热处理，再进行焊接。

其次，在连接方面的深化设计。第一，针对梁与梁之间的节点设计，由于装配式钢结构属于H形或者工字形的梁截面形式，因此应当采用的连接形式主要有三种：一是使用摩擦型连接高强螺栓来连接腹板和翼缘，二是采用全焊透坡口对接焊缝的方式来连接腹板和翼缘；第二，针对柱与柱之间的节点设计，如果柱截面是H形，那么用高强螺栓来连接腹板，用全焊透的坡口对接焊缝来连接翼缘，用高强螺栓来连接腹板和翼缘，如果柱截面是圆管形或者箱形，所有截面都应当使用全焊接的坡口对接焊缝方式进行连接；第三，针对主体和墙板、楼板之间连接节点的设计，目前预制墙板大多数是轻质均质墙板，楼板主要是预制混凝土叠合楼板，通常使用螺栓、拉结筋以及连接件来连接主体框架和预制墙板，而使用抗剪连接件来连接主体结构和预制楼板。

（三）附属部分设计

附属部分主要是补强板和加劲肋的设计。装配式钢结构建筑中，如果梁柱节点的节点域不符合结构抗剪设计强度标准，那应当局部加厚柱腹板在梁柱的节点域，如果钢柱截面是H形，可以先将焊铁板加至节点域，保证贴板上边缘和下边缘在加劲肋外超过150毫米，同时用5毫米以上的角焊缝对贴板加以连接，并且使用对接焊缝或者角焊缝来连接柱翼缘和加焊贴板。

（四）机电设备设计

机电设备设计主要包括三个方面：一是给排水管道预留预埋，首先要在生产构件的图纸上正确表达预留管道槽的位置，并且在设计时充分考虑所需空间，其次要保证预埋管道几何尺寸和预留管道槽深度相匹配；二是燃气专业的预留预埋，设计重点是在外墙板预留设计入户管道；三是电气管线的预留预埋，应当注意墙板上线盒线管的材质应当符合强弱电专业要求。

结语

综上所述，装配式钢结构的特点在于预制构件，将其应用于实际工程中，并做好深化设计，可以有效提高生产的效率和质量，同时有助于工程成本的降低。

参考文献：

[1]曹杨，陈沸镔，龙也等.装配式钢结构建筑的深化设计探讨[J].钢结构，2016，31（2）：72-76.

[2]潘腾威.装配式钢结构建筑的深化设计探讨[J].建材发展导向（下），2016，14（3）：138-138.

[3]鲁义涛，邱长华.装配式钢结构建筑的深化设计探讨[J].装饰装修天地，2017，（13）：169.