预制装配式钢结构建筑设计的相关问题研究

塔娜

0 引言

当前，我国建筑工程施工开发数量持续增加，工程施工规模不断扩大，人们对于建筑设计要求越发严格。相关设计人员如果依旧应用以往的设计理念，那么难以使建筑领域紧跟社会步伐一同发展。而预制装配式建筑施工，需要预先在工厂中进行结构构件加工，再将其运送至施工现场进行组装工作，在应用此种施工形式时会大幅度减少施工过程中为周边自然生态环境带来的影响，同时还可提升工程施工效率。由此可见，对预制装配式钢结构设计进行深入分析，具备十分重要的现实意义。

1 预制装配式钢结构在工程项目中应用的亮点

在我国现代化城市建设的理念推进过程中，建筑工程施工数量以及质量飞速提高，预制装配式钢结构建筑发展、盛行，成为社会需要的一种趋势。因此，预制装配式钢结构在建筑工程项目施工中取得普遍运用，并且因其具有的突出亮点和显著成效，给应用过程带来了诸多良益。

（1）抗震性能好：钢管和热轧钢料结合在一起会构成建筑物的主要承重结构。另外，以上两种材料的材质相对较为轻盈，横截面所受的作用力较为均匀。

（2）抗变形能力强：建筑物主体钢结构是延展性材料，即使发生形变，也不易断裂，抵抗变形的能力相对较强。

（3）绿色环保：钢结构属于可回收材料，不论是施工过程，或是施工后的处置处理，都不会对项目周围环境造成污染。

（4）经济性较好：因为钢结构自身的承重能力比较好，所以在项目实际施工过程中，为了避免材料的浪费、节省施工成本，可以采用缩减横截面积的方法。

（5）安装速度快：预制件与现场浇筑件相比，没有现场浇筑节点，能够显著提高施工速度，把控建筑物整体质量。

2 浅析预制装配式钢结构建筑设计内容

2.1 结构体系的择取

在具体设计环节，相关设计人员需要着重选取建筑结构体系，综合考量建筑需求、项目投资额、客户要求等因素，一般会重点选取以下几类结构体系：钢框架结构、钢框架—支撑结构、钢框架—剪力墙结构。钢框架结构，可以归属于柔性结构一类，灵活性比较强，明显可以看出力的传递路径，既适合对抗震要求不高的建筑，又适合低层建筑。并且在具体应用过程中，该结构中梁柱的抗弯承载能力已然可以决定结构的抗侧刚度。而钢框架—支撑结构，可以归属于双重抗侧力结构一类，具有较强稳定性，可以大大削弱梁柱截面，布局较为固定化。此结构的工作原理主要是将横向钢支撑放置于框架结构的部分柱间，最大程度体现出对水平荷载的支撑作用，同时也不会对竖向荷载的承载力产生影响。在钢框架—剪力墙结构应用中，主要可以显著提高建筑侧向刚度，并有效处理结构侧向位移过大问题，目前在高层建筑设计中应用也尤为广泛。

2.2 主要构造

在构造设计环节，设计师通常采用方案比较分析法，在诸多备选方案中选择最适宜的建筑构造方案，从使用功能、艺术造型要求、投入成本等方面进行计算、分析及比较。建筑构造备选方案上榜频率较高的有：现浇筑钢筋混凝土楼板，钢筋桁架混凝土组合楼板，压型钢板—混凝土组合楼板。现浇筑钢筋混凝土楼板，具备施工方便、铺设简单等特征，把其与钢梁组合在一起，形成组合梁，其优势在于能够缩短梁界面高度，价格比较合理。但是，也存在其自身重量过大，承载力不足等问题。因此，并不适合应用于大跨度的结构中。钢筋桁架混凝土组合楼板，一般此类构造都是将绑扎的钢板钢筋作为钢筋桁架，并提前与钢板进行焊接操作，进而形成组合模板。压型钢板—混凝土组合楼板，通常情况下，此类构造是采用薄钢板作为衬板，并利用钢梁上展开栓钉焊接，从而进一步提升结构总体性能。在具体作业环节时，可以一同展开多层施工，并大幅度降低模板费用，具有较为良好的性能及较强刚度。而设计师则应经过多方面考虑和权衡之后，从3 个结构体系中，选择1 个最为贴近、最符合要求与需求的构造。

3 预制装配式建筑设计的具体应用

3.1 节点防水设计

以往的结构节点防水设计通常只可杜绝自然降水进入到建筑结构之中，一旦空气湿度较大，则很难充分发挥出其真正作用，因此无法充分符合预制装配式建筑设计在防水方面的要求。鉴于此，设计师则应对节点防水设计展开合理优化，不但应设置排水通道，同时还需处理好墙体裂缝，借此加强建筑工程防水性能，防止出现渗水情况而降低工程的可靠性、稳定性。

3.2 环境适应性设计

现阶段，绿色设计得到了建筑行业的高度重视，因此，设计师首先应当运用有效对策，来进一步提升建筑环境的适应性，并在设计阶段，全方面贯彻落实绿色、环保理念；其次，设计师还应合理运用施工现场周围环境资源，在此环节时，应对建筑周边环境及气候条件展开全面调查，掌握其具体特征，通过科学选址，明确建筑朝向，提升建筑工程采光及通风条件，降低建筑暖通空调及照明设备的不必要能源消耗情况，加强装配式建筑设计的绿色、节能效果。

4 预制装配式钢结构建筑设计分析

4.1 建筑设计深化

针对建筑设计而言，其主要是通过总体层面来对预制装配式钢结构类建筑展开科学把控，使其能够充分满足工程施工的绿色性、环保性、美观性、经济性等要求。而建筑平面及空间设计、局部节点设计、细部构造设计等作为集成化建设设计的关键内容，工程设计师应当在前期策划阶段对其进行充分考量，以求能够充分减少需在工程施工现场处理的内容。与此同时，工程设计师应当做好前期施工现场的调查研究工作，以便于与工程施工现场实际情况相结合，制定出一套科学、合理的工程设计方案，并保证设计方案能够充分符合社会实际需求，满足建筑设计提出的实际要求。在运用多元化设计观念展开立面设计、外墙设计时，可以在进一步提高建筑物美观性的同时，使其真正符合围护墙体对保温、隔热、一体化装饰的实际需求。保温隔噪处理对策的运用，大量降低了外部环境噪声为建筑物产生的不良影响，减少了建筑运转过程中能源的不必要消耗情况，特别是对门窗洞口与内、外墙板的接缝位置，可以通过双重防水设计方法的科学运用，提升建筑工程的总体效能。

4.2 结构设计深化

首先，对预制件进行科学设计。针对预制件而言，其作为预制装配式钢结构建筑之中的一个基础要素，在对其展开设计环节时，需要相关人员能够严格根据模数化、标准化需求，按照简洁、规整原则开展，合理控制构件类型，尽量使其处于建筑工程造价规定额度之内。而且，在设计环节中，相关人员还应深层次探究预制件生产的切实可行性，保证预制件可以充分符合生产要求，提升预制件安全性、稳定性，从而为后期保护作业的合理开展，构建良好环境。其次，合理进行构造节点的设计工作。追究其根本原因，主要是因为构造节点的设计质量，直接影响到最终施工效果。再加上具体作业时，因为结构对于安全和成型外观会起到极大干扰，所以设计深化在慎重考虑安全的同时，也应确保后期的实用性和合理性。在此情况下，则要求相关设计工作人员可以与作业实际要求相结合，来进行设计工作，并在此过程中，密切关注结构连接节点、主体结构设计，尤其是需要充分掌握钢节点、钢柱的实际受力情况。例如，某一钢结构大楼的梁柱节点设计，其深化内容如下：（1）钢和梁腹部连接，在运用全熔透坡口焊缝手段时，若是厚板小于16mm，则可运用双面角焊缝，且焊缝厚度应大于5mm；若厚板大于16mm，应采用“K”字形坡口来进行焊缝。（2）于节点处，若节点板的厚度大于30mm 时，需展开预热及后热处理。如此才可真正达成合理控制各项标准的根本目标，使工程施工取得高效开展。但在此环节时，设计人员应注意，不可把具有临时支撑作用的预埋件表现在设计方案中，借此避免给工程实际施工带来任何消极影响；最终，在制作及安装预制构件环节时，应当严格遵循有关要求标准，正确计算出预制构件的承载力，合理采用预制构件结构形式，防止人们在后期居住使用时，出现裂缝或者是形变等问题。比如：在地震自然灾害多发区域，应当合理开展抗震设计工作，保证结构性能可以完全符合抗震要求。

4.3 机电设计一体化深化

建筑机电一体化设计一般包含：给排水管道、电气管线的预留及预埋设计。其中厨房及卫生间的墙体是给排水管道预留、预埋设计的重点操作场所。因此，在对这部分结构进行实际施工时，可以应用管线预埋方式进行施工，在此前提下，有关人员应全面考量到管道安装、调试时所需的空间需求，提前预留好充足空间，借此降低后期工程施工强度。

在管道拐弯处位置，如果并未高度重视起弯道位置安装作业，就会很难在后期进行精细化安装作业。对于穿管道洞口存在的间隙问题，可以运用专用的砂浆对其进行填充，若是管道间隙较大，则需要利用灰砂砖等来对其进行封堵。例如：深圳超高层双子塔钢结构建筑，其洞口间隙大于1 200mm，施工作业人员仅是运用一条角钢与射钉、膨胀螺丝的配合，来对其展开加固操作，使其和周围墙体能够做到紧密连接。其中，施工企业可以安排专人来现场安装与填充套管，而在工厂安装其他连接件、构件。

5 其他预制装配式钢结构建筑设计的要求

5.1 防火

在展开预制装配式钢结构建筑设计环节时，设计师应当高度重视起与防火有关的设计，唯有严格依照防火规范，确定预制装配式钢结构建筑的特征，及其对于防火所提出的需求之后，再来进行日常工作，才可真正提高建筑物自身的防火性能。尤其是针对一部分大型公共建筑而言，其中变电站与大型库房这两个区域极为危险，这则需要设计师高度重视这两个区域的防火设计，并在具体设计环节时，在彩色钢板外层中涂抹防腐涂层，如此不但可以进一步提升建筑物防火功能，同时还能够确保设计美观性，延伸建筑物的使用年限。此外，在建筑泄爆墙中，石膏板有着大量运用，此材料不但具有较强的防火性能，并且还可以有效确保建筑物的安全性、稳定性。

5.2 防水

设计师在进行防水设计环节时，应当与预制装配式钢结构自身所具有的特征相结合，提高对各环节重点的关注度，在选择装配式屋面系统时，设计师应确保钢结构需具备良好的安全性、可靠性，并科学调节排水坡度。此外，在展开设计工作时，悬浮技术有着大量运用，其不止具有一定的悬浮效果，而且可以进一步强化屋面的应力控制效果，以便在炎热夏季或寒冷冬季时，可以呈现出良好的室内外温度控制作用。因此，设计师在对其进行设计时，应当高度重视其对于排水坡度的合理控制，注重提高排水的总体速度。

5.3 防雷

在各个领域中，预制装配式钢结构建筑自身所具有的特征存在一定差异，并且所需安装的设备种类也各有不同。这则需要设计师做好前期的调查研究工作，借此来进一步加强接地防雷设计的整体效果。针对雷电而言，其作为直接影响到建筑物安全性的重要因素，特别是在现阶段建筑电气设备数量与类型的持续增加情况下，唯有科学、合理地展开防雷设计，才可确保人们的安全使用。鉴于此，设计师应当结合当前地区的气候环境，来明确接地防雷设备的类型及系统结构形式，以求能够大大减少雷电为建筑物及室内设施所带来的严重威胁。

6 预制装配式钢结构建筑设计注意事项

6.1 科学选择结构体系

在设计预制装配式钢结构建筑时，设计师应当与工程施工现场实际情况相结合，对设计方案进行深层次分析，优化与完善结构体系，科学展开梁柱截面的设计，最大程度体现出结构构件所具有的特征。另外，施工企业应当科学选择板面体系，在对预制装配式钢结构建筑进行设计工作时，进一步提高楼板使用量，完善总体结构的经济性，科学采用楼面板体系，减少装配楼板的工作难度，以便于使其充分满足工程施工的经济性需求。

6.2 加强造价控制力度

工程造价主要指的是一个工程施工的所有成本支出，具体来讲，投资决策环节所具有的影响力最大，大约在70%～95%，之后为设计环节，影响力占据30%～70%，再次是施工环节，影响力在5%～30%左右，影响力最小的为竣工阶段，低于5%。因此，在对预制装配式钢结构建筑工程造价进行合理控制过程中，结构选型工作体现出了重要价值。因此，设计师在开展设计工作环节时，应当明确掌握建筑结构形式及建筑功能，以此确保建筑物的适用性、经济性，依据建筑设计要求来做好设计工作，完善梁柱截面，科学掌握钢结构中的材料应用数量。另外，在对预制混凝土外挂墙板进行设计时，应科学选用模板类型，提升构件结构的合理性、规范性，高效使用模具，严格掌控工程施工成本支出。在安装构件环节时，施工企业可以应用分段式操作手段，要求施工作业人员间通过流水施工方式，来对各个施工工序进行合理协调，以便于建筑工程如期竣工。

6.3 提升设计水平

设计师应当充分考量其中各个因素，一方面，应当在确保工程施工资金成本支出力度不会超出限定额度的前提下，提高设计工作的总体效率；另外一方面，在设计预制装配式钢结构建筑时，设计师需使用标准化构件，优化设计的总体效果。同时设计师应当使设计工作具有一定的系统化、规范化，并与各个构件的特征相结合，科学采用设计方式，借此确保各个构件能够充分满足建筑工程施工的实际风格。

7 结语

总而言之，预制装配式建筑结构作为我国建筑行业日后发展的重点趋向，可以有效缓解以往工程施工的高消耗、高污染、高排放等诸多问题，充分符合国家如今所提倡的可持续绿色发展目标。鉴于此，建筑企业应当深入探究预制装配式结构的设计要点，结合目前装配式建筑中所存有的问题，来运用有效对策对其进行妥善解决，以求促进我国建筑行业的可持续健康发展。