淺談鋼結構深化設計與工程成本節約控制

劉亞靜

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

關鍵詞：鋼結構深化設計;工程成本;節約控制;BIM技術

1 前言

在經濟快速發展的今天，鋼結構施工技術和各項設備正在不斷進步，而鋼結構工程也已經在各類型建筑工程中運用廣泛。為了能夠滿足當下各項生產活動和人民生活的更深層次需求，還需要對鋼結構進行深化設計，將施工圖紙中包含的各個層面進行優化，使得后續鋼結構施工過程中在保證設計過程符合工程實際情況的條件下能夠做到節約工程成本。

2 鋼結構深化設計概念

鋼結構深化設計一般都是在設計人員進行鋼結構施工圖紙設計之后，在設計圖紙上進行。一般來說，鋼結構深化設計會在圖紙中所標注的鋼結構構件、構建基本參數、鋼結構節點構造、工程所需技術和設備、各項操作規范等方面進行升華設計。設計人員需要根據施工現場的情況，將各項要求和規范進行撰寫。在圖紙設計過程中，一般都是由工程設計部門進行，但是深化設計卻大多數由加工廠進行，因為更加貼近于真實工程情況。在鋼結構優化設計過程中，設計人員要依照鋼結構工程實際工程數據信息和相關軟件來完成設計工作。一般來說，CAD和xsteel等軟件都是鋼結構深化設計中常用的設計軟件，而目前大多數工程中都會利用BIM技術來進行深化設計[1]。

3 案例工程概況

為了更好地闡述鋼結構深化設計工作的要點，本文以某地發電廠為案例來展開說明。該發電廠所使用的的鋼結構工程包括有主廠房結構、電氣系統、輸煤系統、化學系統、除塵排煙和其他輔助建筑。因為該發電廠的建筑工程量十分巨大，占地面積和鋼結構總量也都高于一般的發電廠，各項設施比較分散，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，所以該工程的鋼結構深化設計具有一般性和全面性。

4 鋼結構深化設計工程成本節約控制要點

要想做好鋼結構深化設計，還是需要對工程設計圖紙進行研究，了解設計部門人員的設計意圖，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。在工程圖紙的設計中，其梁翼緣和腹板與柱連接都是采用強焊接節點，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《鋼結構設計規范》等文件的指導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節，節約工程成本。根據調查，在更換了焊接縫方式后，此工程大約節約了20萬人民幣[2]。

4.2 對鋼結構節點的深化設計

在設計圖紙的鋼結構中，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，這部分節點的設計可以概括為：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雜，質量無法得到保證，鋼柱對接部分與鋼梁的距離也不符合相關規定，所以在深化設計中，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，鋼柱對接節點則仍然保持與梁頂1.3米的距離。在深化設計之后，不僅在節點質量上有了更深的保證，在總工程中也節約了大量的鋼材。根據調查，更改了節點方式后，此工程節約了18萬元人民幣。

4.3 對鋼柱分段的深化設計

因為發電廠的屬于一種高層建筑，所以需要較長的鋼柱，在深化設計中，不僅要保證國家相關規定的要求，考慮到鋼柱分段法，還需要深化設計人員能夠注意到吊裝鋼結構的機械設備和吊裝計劃，需要保證吊裝設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，禁止出現超載的情況，限額需要依據鋼結構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的，只能夠分段進行，所以在確定好分段運輸的方案時，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點板和連接螺栓的使用，大大提高鋼結構的穩定性，減小工程成本。在本工程內，經過計算，一個節點需要用鋼276.4kg，在進行以最小鋼柱分段為原則的分段工作后，鋼結構工程總共減少了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計

在深化設計方面，本文只針對貨裝方案進行優化，對運輸方式不做討論。鋼結構工程中三面或者四面牛腿結構較多，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，節約運輸資源。

4.5 附屬結構設計

在附屬結構的設計環節中，以加勁肋和補強板設計為例，在裝配式建筑結構設計的過程中，如果對應的梁、柱節點結構不滿足對應的結構抗剪設計要求，則需要在柱腹板的梁柱節點處進行加厚設計，并對 H 形鋼柱的截面體系進行加焊貼板的連接，并在貼板的邊緣結構處，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，在裝配式鋼結構設計要點中，應結合相關設計實踐思路，重點分析裝配式鋼結構的成本控制，并在設計、安裝施工環節中，采取有效措施，實現成本最優化。尤其是裝配式結構構件的設計，應以預制鋼結構的設計水平、加工工藝、標準尺寸等的構件設計為主，以保障鋼結構構件尺寸的準確化、合理化和科學化。

5 結束語

綜上所述，本文以實際案例為主，從橫梁和柱強軸剛接焊縫、鋼結構節點、鋼柱分段、運輸方案四個方面闡述深化設計要點，通過做好深化設計可以為工程帶來非常好的收益，在保證質量的情況下節約工程成本。另外，本文還介紹了BIM技術在深化設計工作中的應用，希望能夠相關從業人員提供參考。

參考文獻

[1]周崢，鄧朗妮，廖羚，雷麗貞，劉睿敏.BIM技術在鋼結構深化設計與施工中應用熱點的知識圖譜構建方法研究[J/OL].土木建筑工程信息技術：1-9.

[2]曾貴祥.鋼結構深化設計中構件分段分節探討[J].四川建材，2020，46（02）：80+85.