装配式钢结构建筑结构设计在实际工程中的应用

王成强 李正辉

1.山东建筑大学土木工程学院 山东济南 250101

2.山东建大和盛建设项目管理有限公司 山东济南 250101

根据国家统计局最新数据，2019年全国钢材产量达到12亿吨，钢材出口量为6429万吨，且每年钢材产量增量在20%以上，因此我国的钢材主要是内需消耗，2018年我国建筑业总产值达到23万亿元，比2017年增长了28.55%，建筑业占GDP约为7%，基于此，建筑行业去钢材产量库存，钢结构发展能够助力钢铁去产能。而钢结构又具有抗震性能好、施工速度快等特点，这更加速了装配式钢结构的快速发展。装配式钢结构将成为我国建筑施工的主要方式之一，因此，研究装配式钢结构技术对提升我国建筑施工水平有现实意义。

1 装配式钢结构建筑的结构节点设计

在结构设计中，装配式建筑结构设计存在较多节点，结构刚度的差异化对装配式建筑结构稳定性也会产生影响，由此在建筑设计实践环节中，依据国际抗震设计规范和相关标准，应以满足建筑用途需求及区域地质条件等的要求为主，开展科学合理的结构节点设计：（1）可借助工程设计软件，对设计对象进行建模分析，以实现设计周期的缩短；（2）将装配式建筑施工与设计相互结合，以提高生产效率；（3）在装配式构件的标准化生产中，可高效地提高施工工业化程度，由于构件的工厂化生产模式比传统的工艺生产更加先进，因此，可通过产品质量和性能的提升为基准，将生产后的构件结构按照施工的进度要求，安全运输到施工现场，以完成焊接或者螺栓的配套化安装施工[1]。

2 装配式钢结构设计要点

2.1 BIM建模

BIM技术往往应用在装配式建筑的设计阶段，其可以按照项目需求建立标准化模型，工厂按照模型生产预制件，然后运输到现场进行施工与安装，组装成建筑整体。BIM系统可以根据设计图纸进行三维建模，使用“构件参数库”与“节点数据库”来判断三维模型参数，使用BIM技术可以实现对预制件节点的进一步优化，深入的设计结构。BIM技术能够对图纸进行直观化、可视化的建模，能够一定程度上减少钢结构装配施工难度，实现一体化设计。BIM系统配合使用AUTOCAD及TEKLA软件，可以真实模拟出现场施工情况，CAD可直接转化工程材料图，TEKLA可以对建筑材料、加工工艺进行排版，为现场操作提供很多便利，管理人员也能根据模拟情况规避一些错误，提高钢构件安装的效率[2]。例如：减少现场对接时间，加快安装修改速度，缩短施工梁与施工柱的加工过程，采取“一钩多吊”的方法来节约现场施工时间，控制现场工作量，从而为企业创收更多效益。

2.2 围护体系

装配式钢结构外挂墙板体系，主要起分隔室内与室外空间的建筑外围护体系，功能上为保温、隔热、隔声的作用，特别是在北方地区，建筑外墙的保温性是建筑外墙的主要性能指标。 目前新型墙体材料种类多更新速度快，代表性的材料主要有：蒸压混凝土板材、混凝土空心砌块、水泥钢网泡沫塑料夹芯板等。外墙保温做法也比较多，常见的有外墙外保温做法，其构造形式包括：装饰面层、保温层及基墙三个部分，具体构造做法有轻钢龙骨干挂系统、薄抹灰外墙保温系统、保温装饰一体板系统三种类型，随着新材料新技术的出现，围护体系系列产品更新速度较快。

2.3 钢梁柱安装

安装时，应当严格按照三维模拟图与碰撞检查依据来调整现场施工顺序，从而确保钢立柱安装尺寸与位置的精准度。注意安装建筑节点位置，对于临时安装钢立柱应当使用纵横梁平面试拼法，从而保证安装过程中不会出现差错。梁与柱在建筑中均能起到承重作用，尤其是当自然灾害发生时，建筑整体在灾害中表现出来的可靠性与稳定性直接取决于梁、柱的安装质量[3]。所以，施工人员应当在现场安装之前，对已经出厂的梁的质量及型号进行仔细核查，判断其与施工要求是否相符，在完成检查后注意将安全扶手绳和扶手套上。在前期准备工作全部结束后，就可以开始现场安装梁柱，为了避免安装错位、移位等问题的出现，施工人员应当在吊装之前，将主梁两侧扎绑起来，然后按照顺序吊装其余梁柱。

2.4 附属结构设计

在附属结构的设计环节中，以加劲肋和补强板设计为例，在装配式建筑结构设计的过程中，如果对应的梁、柱节点结构不满足对应的结构抗剪设计要求，则需要在柱腹板的梁柱节点处进行加厚设计，并对H形钢柱的截面体系进行加焊贴板的连接，并在贴板的边缘结构处，伸出加劲肋外部＞150mm的长度，在连接贴板的焊接过程中，主要以＞5mm的角焊接缝为主，实现柱翼缘角焊缝的对接缝连接。此外，从成本控制的角度进行分析，在装配式钢结构设计要点中，应结合相关设计实践思路，重点分析装配式钢结构的成本控制，并在设计、安装施工环节中，采取有效措施，实现成本最优化。尤其是装配式结构构件的设计，应以预制钢结构的设计水平、加工工艺、标准尺寸等的构件设计为主，以保障钢结构构件尺寸的准确化、合理化和科学化。

3 结语

综上所述，近几年我国城市化建设不断深入导致大量人口涌入城市，城市土地资源也越发紧张，为缓解资源问题，高层与超高层建筑项目拔地而起。装配式钢结构是高层建筑施工的核心部分，作为施工人员应采取科学的施工技术，确保结构的稳定性与安全性，为后期建筑投入使用奠定可靠的基础。