裝配式鋼結構建筑結構設計在實際工程中的應用

王成強 李正輝

1.山東建筑大學土木工程學院 山東濟南 250101

2.山東建大和盛建設項目管理有限公司 山東濟南 250101

根據(jù)國家統(tǒng)計局最新數(shù)據(jù)，2019年全國鋼材產(chǎn)量達到12億噸，鋼材出口量為6429萬噸，且每年鋼材產(chǎn)量增量在20%以上，因此我國的鋼材主要是內(nèi)需消耗，2018年我國建筑業(yè)總產(chǎn)值達到23萬億元，比2017年增長了28.55%，建筑業(yè)占GDP約為7%，基于此，建筑行業(yè)去鋼材產(chǎn)量庫存，鋼結構發(fā)展能夠助力鋼鐵去產(chǎn)能。而鋼結構又具有抗震性能好、施工速度快等特點，這更加速了裝配式鋼結構的快速發(fā)展。裝配式鋼結構將成為我國建筑施工的主要方式之一，因此，研究裝配式鋼結構技術對提升我國建筑施工水平有現(xiàn)實意義。

1 裝配式鋼結構建筑的結構節(jié)點設計

在結構設計中，裝配式建筑結構設計存在較多節(jié)點，結構剛度的差異化對裝配式建筑結構穩(wěn)定性也會產(chǎn)生影響，由此在建筑設計實踐環(huán)節(jié)中，依據(jù)國際抗震設計規(guī)范和相關標準，應以滿足建筑用途需求及區(qū)域地質條件等的要求為主，開展科學合理的結構節(jié)點設計：（1）可借助工程設計軟件，對設計對象進行建模分析，以實現(xiàn)設計周期的縮短；（2）將裝配式建筑施工與設計相互結合，以提高生產(chǎn)效率；（3）在裝配式構件的標準化生產(chǎn)中，可高效地提高施工工業(yè)化程度，由于構件的工廠化生產(chǎn)模式比傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)更加先進，因此，可通過產(chǎn)品質量和性能的提升為基準，將生產(chǎn)后的構件結構按照施工的進度要求，安全運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，以完成焊接或者螺栓的配套化安裝施工[1]。

2 裝配式鋼結構設計要點

2.1 BIM建模

BIM技術往往應用在裝配式建筑的設計階段，其可以按照項目需求建立標準化模型，工廠按照模型生產(chǎn)預制件，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場進行施工與安裝，組裝成建筑整體。BIM系統(tǒng)可以根據(jù)設計圖紙進行三維建模，使用“構件參數(shù)庫”與“節(jié)點數(shù)據(jù)庫”來判斷三維模型參數(shù)，使用BIM技術可以實現(xiàn)對預制件節(jié)點的進一步優(yōu)化，深入的設計結構。BIM技術能夠對圖紙進行直觀化、可視化的建模，能夠一定程度上減少鋼結構裝配施工難度，實現(xiàn)一體化設計。BIM系統(tǒng)配合使用AUTOCAD及TEKLA軟件，可以真實模擬出現(xiàn)場施工情況，CAD可直接轉化工程材料圖，TEKLA可以對建筑材料、加工工藝進行排版，為現(xiàn)場操作提供很多便利，管理人員也能根據(jù)模擬情況規(guī)避一些錯誤，提高鋼構件安裝的效率[2]。例如：減少現(xiàn)場對接時間，加快安裝修改速度，縮短施工梁與施工柱的加工過程，采取“一鉤多吊”的方法來節(jié)約現(xiàn)場施工時間，控制現(xiàn)場工作量，從而為企業(yè)創(chuàng)收更多效益。

2.2 圍護體系

裝配式鋼結構外掛墻板體系，主要起分隔室內(nèi)與室外空間的建筑外圍護體系，功能上為保溫、隔熱、隔聲的作用，特別是在北方地區(qū)，建筑外墻的保溫性是建筑外墻的主要性能指標。 目前新型墻體材料種類多更新速度快，代表性的材料主要有：蒸壓混凝土板材、混凝土空心砌塊、水泥鋼網(wǎng)泡沫塑料夾芯板等。外墻保溫做法也比較多，常見的有外墻外保溫做法，其構造形式包括：裝飾面層、保溫層及基墻三個部分，具體構造做法有輕鋼龍骨干掛系統(tǒng)、薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)、保溫裝飾一體板系統(tǒng)三種類型，隨著新材料新技術的出現(xiàn)，圍護體系系列產(chǎn)品更新速度較快。

2.3 鋼梁柱安裝

安裝時，應當嚴格按照三維模擬圖與碰撞檢查依據(jù)來調(diào)整現(xiàn)場施工順序，從而確保鋼立柱安裝尺寸與位置的精準度。注意安裝建筑節(jié)點位置，對于臨時安裝鋼立柱應當使用縱橫梁平面試拼法，從而保證安裝過程中不會出現(xiàn)差錯。梁與柱在建筑中均能起到承重作用，尤其是當自然災害發(fā)生時，建筑整體在災害中表現(xiàn)出來的可靠性與穩(wěn)定性直接取決于梁、柱的安裝質量[3]。所以，施工人員應當在現(xiàn)場安裝之前，對已經(jīng)出廠的梁的質量及型號進行仔細核查，判斷其與施工要求是否相符，在完成檢查后注意將安全扶手繩和扶手套上。在前期準備工作全部結束后，就可以開始現(xiàn)場安裝梁柱，為了避免安裝錯位、移位等問題的出現(xiàn)，施工人員應當在吊裝之前，將主梁兩側扎綁起來，然后按照順序吊裝其余梁柱。

2.4 附屬結構設計

在附屬結構的設計環(huán)節(jié)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(jié)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(jié)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(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(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。

3 結語

綜上所述，近幾年我國城市化建設不斷深入導致大量人口涌入城市，城市土地資源也越發(fā)緊張，為緩解資源問題，高層與超高層建筑項目拔地而起。裝配式鋼結構是高層建筑施工的核心部分，作為施工人員應采取科學的施工技術，確保結構的穩(wěn)定性與安全性，為后期建筑投入使用奠定可靠的基礎。