鋼結構工程設計問題淺談

陳文臺 孟石平 陳洪官

摘 要：伴隨著建筑行業的迅速發展，傳統建筑結構已經不能滿足人們日益增長的建筑產品消費需求。同時，在建筑產業轉型升級后，建筑產業鏈的構建，也推動了建筑設計向多元化方向發展，如建筑設計理念的多樣化、建筑結構設計的層次化、建筑產品生產制造的產業化等。加上新時期要素市場配置資源功能的增強，在市場機制作用下，消費者對性價比的普遍重視等，共同造成了對鋼結構的廣泛需求。本文以此為出發點，選取鋼結構工程設計問題淺談作為研究題目，概述了鋼結構設計的意義，剖析了鋼結構設計中在的問題。并以此為基礎，提出了幾點建議。

關鍵詞：鋼結構;工程設計;問題

鋼結構工程設計，旨在通過力學原理與計算方法，對建筑物進行基本的框架結構設計，突出其骨架與主體，為其賦予整體格局。從鋼結構工程設計的內容看，它包括結構方案、結構計算、圖紙設計。鋼結構工程采用鋼基骨架結構，主要由鋼板、熱軋鋼板等材料與構件共同組成。與傳統時期采用的磚混結構、鋼筋混凝土結構相比，強度高、韌性大、結構內部緊密性好、均勻分布程度高。由于鋼結構的優勢相對較多，所以范圍正在逐漸擴大。從應用意義方面看，可以起到節約資源、保護環境、改善居住環境等實際效果，有利于鋼結構工程產出綜合效益。

1 鋼結構工程設計現狀

鋼結構設計屬于新興領域，雖然發展較晚，發展速度相對較快。正是由于鋼結構的比較優勢較大，應用范圍較大，所以，在要素市場資源配置功能增強的情況下，鋼結構工程行業發生了諸多問題。以鋼結構工程生產建設產業鏈條中居于主導地位的設計環節為例，一方面，在防火設計方面仍然存在對連接部位安全設計不全面的情況。另一方面，鋼結構中使用的鋼材截面相對較小且強大較大，所以，在使用過程中強度控制與優勢發揮也不太充分。尤其是在設計人員的綜合素質方面，對于鋼結構質量體系管理標準的轉換能力相對較弱，在設計穩定性、設計安全性方面，容易埋下隱患。

2 鋼結構工程設計問題分析

2.1設計質量問題

鋼結構工程設計質量問題與其設計難度趨于一致。具體而言，在鋼結構設計環節，設計流程相對復雜。加上專業化程度較高，在實際的設計過程中，一些設計院即使接到了此類項目，也會委托第三方公司進行設計。在這種情況下，存在設計監督不到位、設計質量復審不全面、設計質量評估難等實際問題。另一方面，即使設計院自行設計，也缺乏相應的經驗與數據積累，其中存在一定的創新性、探索性，也不能提除風險性。所以，設計中的質量問題仍然十分嚴峻。

2.2防火設計問題

建筑結構防火設計不到位的問題相對明顯。從原因方面看，主要是對于鋼結構中使用的鋼材料的性能的全要素分析不足，而且，對于實際使用鋼材耐火性的界限范圍缺乏匹配的實驗論證。例如，鋼材雖然可以起到一定的防火作用，但是導熱性能較好，當溫度過高時，仍然會引起附屬物發生火災，并且產生熱膨脹現象，從而導致材料變形、結構受損、承載力下降等實際問題。根據當前的研究看，溫度在600攝氏度左右時，鋼材料的韌性、強度均會趨于無效，在脆性增加的同時，極容易造成安全事故。

2.3設計人員素質問題

由于鋼結構工程屬于新興領域，設計人員在這方面積累的設計經驗相對較少。加上現代鋼結構工程設計環節發生了一些變化，需要對整條產業鏈條進行統籌分析。目前，鋼結構工程設計人員對于產業鏈知識相對欠缺，加上在BIM技術等配套的設計技術應用方面，熟練性與各類軟件的操作全面性，也存在一定的問題。整體上看，設計人員綜合素質仍然有待提升。尤其在數據分析方法、數據庫技術應用、設計指標設置等方面，也存在較為明顯的短板。

3 鋼結構工程設計優化對策

3.1提升設計穩定性

第一，設計人員應該先對鋼結構工程中的剛度參數進行細致分析，并針對桿件安裝實際情況調研，認識到桿件安裝偏心的實際問題。從而在設計環節盡可能保障設計指標的全面性、數據分析有效性。第二，需要針對鋼結構框架，計算其穩定性。目前通過BIM技術中使用的參數計算軟件、結構模型，均可以細化構件要素，進而更為細致的分析每個部分的穩定性與整體穩定性。需要注意的是，鋼結構工程設計經驗相對較少，通常可以透過對施工中發生的問題的總結，逆向收集設計中容易發生的問題。例如，施工時的附加荷載應力集中的問題容易發生，設計人員在實際設計時應該做好相應的抗應力計算。再如，在無熱橋輕鋼結構設計時，鋼結構工程中的冷熱橋問題的解決相對棘手。此時，設計人員應該加強對相關工程的案例分析，如通過對洪珠澳大橋中應用連接件解決冷熱橋問題的案例進行細致分析，均有利于增強設計穩定性。

3.2增強防火設計

應該從鋼結構材料本身出發，針對其導熱性、耐火性能分析，再采用有效的防火設計方案。例如，目前在鋼結構工程設計中已經獲得有效應用的截流法、疏導法，既能夠起到較好的阻熱效果、保護原材料，也能夠運用充水冷卻的辦法，消耗掉鋼結構材料中的熱量。以疏導法為例，可以通過對自動噴水系統滅火系統設計優化，增強其防火功能。具體而言，在噴頭數量方面，應該滿足鋼結構工程設計標準配置需求。在自噴配水管的規格方面進行一致性匹配，噴頭的連接，應該與暖通、電力等管線進行相關性分析，避免阻礙。在位置的選擇方面，噴頭應該結合實際鋼結構梁柱結構圖，進行位置定位分析，規避間距問題。另外，需要將自動噴水滅火系統的安裝與周邊環境進行綜合檢查，并確保其清潔性，這樣才能確保鋼結構設計，在嚴格安裝施工與使用時的可用性。

3.3提升設計人才綜合素質

鋼結構工程設計環節的綜合性要求非常高，除了不同設計人員之間的密切配合之外，還需要作為個體的設計人員具備一定的綜合素質，包括全面的知識素質、專業化的技術素質，以及行業標準內較高的職業倫理素養。具體而言，要做到全知、專能。除此之外，鋼結構工程設計環節的系統性與生產制造其它環節的體系化操作密切關聯。因此，設計人員需要考慮到技術路徑與管理路徑的融合問題，并在資源融合的思路基礎上，使技術與管理實現“兩管齊下”目標。因此，建議在新時期根據實際的鋼結構工程行業發展與產業化運營需求，從鋼結構工程設計風險管理的角度，對設計人員實施鋼結構工程設計專題化培訓，以此使其綜合素質得到全面提升。比如，嚴格培訓、考核上崗、按能安排分配任務等，均可以促進其素質培育。

4 結束語

總之，鋼結構建筑產品生產制造過程中，具有較大的比較優勢。因此，在鋼結構工程設計環節，應該綜合考慮設計、材料、施工、訂單、銷售、運維管理等多個環節之間的關聯性。同時，根據在施工方案的設計環節，應該在嚴格的對其施工工藝進行細化剖析，確保設計時，選擇的制作技術、安裝技術、焊接技術等，與設計方案相一致。結合以上初步分析，建議在鋼結構工程設計過程中，盡可能按照建筑工程項目產品的生產建設構成要素與鋼結構生產管理指標需求為準。在系統性設計與配套性設計相結合的路徑下，實施對鋼結構工程的合理設計，保障設計的安全性，預防后續施工中發生設計方案與施工方案實施時發生矛盾問題。

參考文獻：

[1]石永久.中美建筑鋼結構設計方法比較——焊縫連接[J].鋼結構，2020，35（5）：34-49.

[2]樊婷婷.基于土木建筑下的鋼結構工程應用及相關研究[J].中國建筑金屬結構，2021，10（2）：30-31.

[3]侯謙.裝配式鋼結構蒸壓條板外墻一體化施工技術及監理工作要點[J].中國房地產業，2021，19（4）：105-106.