裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李旭輝

（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢中南有限公司，長(zhǎng)沙 410014）

1 引言

隨著國(guó)家對(duì)建筑行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的支持，工程企業(yè)已然意識(shí)到了綠色化發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，也在積極探索綠色環(huán)保的發(fā)展道路。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，并且符合建筑施工中節(jié)能環(huán)保的總體要求。為促進(jìn)施工目標(biāo)的總體實(shí)現(xiàn)，相關(guān)工作人員需嚴(yán)格遵守各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑質(zhì)量。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)

現(xiàn)階段的建筑工程中，人們?cè)絹?lái)越傾向于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用。裝配式鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)下廣受歡迎主要是由于其特殊的設(shè)計(jì)和施工方式，在具體的施工作業(yè)中，表現(xiàn)出明顯的工業(yè)化特點(diǎn)，符合建筑行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求。隨著技術(shù)的日漸進(jìn)步，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工中，通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)軟件的使用，可以在建?；A(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限，不僅可以提高設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量和水平，更可以縮短設(shè)計(jì)周期。結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和尺寸設(shè)計(jì)是裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工人員需通過(guò)專業(yè)建模軟件和結(jié)構(gòu)軟件的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以很好地進(jìn)行設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)優(yōu)化。這些專業(yè)模型具備可視化和協(xié)調(diào)性優(yōu)勢(shì)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到了重要的輔助作用[1]。從裝配式鋼結(jié)構(gòu)的安裝來(lái)看，因?yàn)榭傮w的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，再加上構(gòu)件生產(chǎn)的便捷性，結(jié)構(gòu)中所涉及的鋼構(gòu)件和預(yù)制墻板，均可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)組裝，設(shè)計(jì)和安裝環(huán)節(jié)有效結(jié)合起來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)的一切施工作業(yè)可有序開展。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格注意以下要點(diǎn)：（1）平面和空間的設(shè)計(jì)上，利用統(tǒng)一模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化接口來(lái)完成；（2）剖面設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合最終所需要達(dá)到的功能要求，綜合全部因素和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線、層高和凈高尺寸；（3）在各個(gè)構(gòu)件生產(chǎn)和裝配前提下，綜合主體結(jié)構(gòu)層間變形、密封材料變形能力、施工誤差、溫差變形等各個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要點(diǎn)，保持構(gòu)件尺寸、安裝位置的公差協(xié)調(diào)。

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就融合了信息技術(shù)，這種新型的設(shè)計(jì)理念，要求相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循一體化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于裝配式建筑中包含了結(jié)構(gòu)、給水、排水、燃?xì)夂凸┡仍O(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員在總體的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)保持不同專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性，使得裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)更具完整性和協(xié)同性的特點(diǎn)。為保證信息化設(shè)計(jì)目標(biāo)的完全實(shí)現(xiàn)，整個(gè)設(shè)計(jì)工作要嚴(yán)格做好全過(guò)程的信息化管理，在條件允許的情況下，工程企業(yè)應(yīng)建立完善可行的構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)和構(gòu)件生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中，可以直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取相應(yīng)的構(gòu)件信息來(lái)開展規(guī)范化設(shè)計(jì)[2]。一體化設(shè)計(jì)下，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和運(yùn)維階段的一切工作開展，完全可以實(shí)現(xiàn)信息共享，裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)的全過(guò)程中，動(dòng)態(tài)化追溯、數(shù)字化管理更為便捷。

3.2 連接件的設(shè)計(jì)和承載力的計(jì)算

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中，因?yàn)樯婕安煌瑯?gòu)件的安裝，在結(jié)構(gòu)施工中要注意連接件的設(shè)計(jì)。首先，在連接件設(shè)計(jì)中，為提升總體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最好減少臨時(shí)支撐預(yù)埋件和固定連接件的預(yù)埋吊件設(shè)置，在不得不使用的情況下，需遵守標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求。連接件制作、運(yùn)輸和安裝中，專業(yè)人員需詳細(xì)了解預(yù)制件的演算，在精確計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行各個(gè)細(xì)節(jié)的優(yōu)化。其次，加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件承載力的檢驗(yàn)，使得這些連接件可以在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中發(fā)揮其連接作用，即使在地震作用力下，整體結(jié)構(gòu)依舊可以保持完整性。最后，加強(qiáng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件裂縫、變形、承載力的計(jì)算和檢驗(yàn)，做好耐久性優(yōu)化。

3.3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)接地防雷設(shè)計(jì)要求

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中配備有多種的電氣設(shè)備和設(shè)施，在高強(qiáng)度的雷電作用下，這些電氣設(shè)備設(shè)施可能遭遇雷電侵襲，增大電氣設(shè)備的使用風(fēng)險(xiǎn)，因此，任何的裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，都不可忽視防雷接地設(shè)計(jì)。在開展防雷接地設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)所處地區(qū)的氣候特點(diǎn)來(lái)開展有針對(duì)性的設(shè)計(jì)[3]。比如，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定：如果裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑為輕鋼建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)主鋼構(gòu)件、次鋼構(gòu)件和彩鋼圍護(hù)體系實(shí)現(xiàn)了可靠連接，形成持久電氣通道以后，只需要接地裝置可靠就可將鋼柱直接作為防雷接地中的下引線。整體的設(shè)計(jì)工作開展時(shí)，專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)將全部的預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)箍筋可靠焊接，達(dá)到相應(yīng)的連接標(biāo)準(zhǔn)。此外，裝配式建筑結(jié)構(gòu)的防雷設(shè)計(jì)方面，根據(jù)部分結(jié)構(gòu)自身的特性，可以在防雷系統(tǒng)中配備防雷接閃器。

3.4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的屋面防水設(shè)計(jì)要求

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的屋面防水設(shè)計(jì)也極為重要，如果屋面的防水性能不夠，水分向建筑結(jié)構(gòu)中的滲入可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)被破壞。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的屋面防水設(shè)計(jì)要求較高，在設(shè)計(jì)工作進(jìn)行時(shí)，應(yīng)遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提升屋面防水等級(jí)和性能，避免屋面防水設(shè)計(jì)不當(dāng)所引起的屋面漏水和滲水。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)、屋面類型，建立高性能的屋面防水系統(tǒng)。在工程實(shí)踐中，可適當(dāng)增大屋面的排水坡度，對(duì)相應(yīng)的因素加以綜合考慮，采用直立鎖縫技術(shù)，經(jīng)由懸浮技術(shù)使得屋面可以懸浮于建筑內(nèi)的指定部位。直立鎖縫技術(shù)下所形成的屋面系統(tǒng)的溫度應(yīng)力相對(duì)較好，雖然夏季和冬季的溫度差異相對(duì)較大，但直立鎖縫屋面系統(tǒng)依舊可以保持良好的溫度條件。

3.5 裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)要求

在現(xiàn)階段的各類建筑中，人們對(duì)建筑防火等級(jí)提出了越來(lái)越高的要求。因此，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，同樣要加強(qiáng)防火設(shè)計(jì)。不同使用條件下的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，也有著不同的防火等級(jí)和防火設(shè)計(jì)要求，比如，配電站和變電站的防火等級(jí)相對(duì)較高。裝配式鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)總體上應(yīng)遵守以下要點(diǎn)：（1）外墻裝飾材料選用巖面夾芯板或者水泥纖維板等材料，因?yàn)檫@些材料的防火性能相對(duì)較好；（2）室內(nèi)裝飾裝修方面，盡可能采用A 級(jí)不燃無(wú)機(jī)涂料或者其他防火性能好的材料；（3）主要受力構(gòu)件需涂防火涂料、包裹耐火材料。

3.6 建筑平面設(shè)計(jì)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)兼顧美觀性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和安全性要求。首先，在平面設(shè)計(jì)中，對(duì)于豎向承重構(gòu)件最后成列布設(shè)，且每個(gè)部位要對(duì)齊，各個(gè)構(gòu)件尺寸應(yīng)以結(jié)構(gòu)受力情況和特點(diǎn)、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要求為基準(zhǔn)[4]。其次，在立面和外墻的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策，達(dá)到立面多樣性、結(jié)構(gòu)美觀性和經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。另外，在門窗和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方面，需注意每個(gè)參數(shù)的精度控制，可以選用無(wú)門窗副框的安裝方式。最后，細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧防滲漏、拼接和接縫等的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.7 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，附屬加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)等均是主要的設(shè)計(jì)方面。在附屬加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注連接板、加強(qiáng)板、加強(qiáng)肋的設(shè)計(jì)，而主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)包含了鋼節(jié)點(diǎn)、鋼柱和鋼梁設(shè)計(jì)。總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需嚴(yán)格遵守以下方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）整體結(jié)構(gòu)中應(yīng)遵循規(guī)范化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少臨時(shí)支撐預(yù)埋件和固定連接件的預(yù)埋吊件使用；（2）安裝、運(yùn)輸和制作的各個(gè)環(huán)節(jié)，必須要做好對(duì)各個(gè)預(yù)制構(gòu)件的受力檢驗(yàn)，保障每個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)都能夠符合結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；（3）分析在地震條件下的結(jié)構(gòu)受力情況，計(jì)算和檢驗(yàn)每個(gè)構(gòu)件的承載力是否可以達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性、穩(wěn)定性的要求；（4）為提升結(jié)構(gòu)耐久性，設(shè)計(jì)工作中應(yīng)加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件裂縫、變形和承載力的計(jì)算和檢驗(yàn)。

以某裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，從以下方面對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）鋼與梁腹部的連接處理，利用全熔透坡口焊縫方式。當(dāng)板厚在16 mm 以下時(shí)，采用雙面角焊縫，且包含焊縫厚度在5 mm 以上；當(dāng)板厚超過(guò)16 mm 的情況下，利用K 字形坡口對(duì)接焊縫。（2）柱與梁翼緣的連接，重點(diǎn)是要保障焊接方式的科學(xué)選擇。焊接工序開展時(shí)，需在焊縫連接部位進(jìn)行襯板的布設(shè)，形成全熔透坡口焊縫，將弧板設(shè)置在翼緣坡口兩側(cè)，在梁腹板的上下端構(gòu)成扇形切角，最后通過(guò)圓弧過(guò)渡保障端部和鋼梁翼緣的連接處理效果。

3.8 機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)

3.8.1 給排水管道預(yù)留預(yù)埋

由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的各個(gè)構(gòu)件多為預(yù)制構(gòu)件，在給排水管道設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注重預(yù)埋預(yù)留處理的效果，結(jié)合廚衛(wèi)布設(shè)要求，在廚衛(wèi)的預(yù)制墻體中開展管道布設(shè)。通常情況下，給排水管道的預(yù)留和預(yù)埋主要包含了預(yù)埋管線和預(yù)留管道槽。為保障設(shè)計(jì)的質(zhì)量，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)留預(yù)埋方式。具體實(shí)踐中應(yīng)注意以下要點(diǎn)：（1）預(yù)留管道槽的絕對(duì)位置確定方面，應(yīng)根據(jù)管線型號(hào)等來(lái)確定，且要準(zhǔn)確標(biāo)注在施工圖紙上；（2）預(yù)留管道槽設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)給后續(xù)的管道安裝調(diào)試留有一定的空間，對(duì)于彎頭等特殊位置，應(yīng)適當(dāng)加大預(yù)留槽的深度；（3）預(yù)留管道槽深度必須要與預(yù)埋管道的尺寸完全一致。

3.8.2 燃?xì)夤艿李A(yù)留預(yù)埋

對(duì)于燃?xì)夤艿蓝?，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引起嚴(yán)重的事故，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)燃?xì)夤艿赖念A(yù)留預(yù)埋處理，在入戶管道外墻板的預(yù)留中，尤其要注意對(duì)預(yù)留數(shù)量、尺寸的控制，并保障預(yù)留位置的正確性。

3.9 管線設(shè)計(jì)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，因?yàn)樯婕暗墓芫€種類繁多，各類管線存在交叉，因此，為提升建筑結(jié)構(gòu)中的管線設(shè)計(jì)水平，應(yīng)進(jìn)行管線優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其要注重裝修層和預(yù)制構(gòu)件之間的管線優(yōu)化[5]。主要從以下方面來(lái)進(jìn)行管線的細(xì)節(jié)優(yōu)化：（1）小管徑管線避讓大管徑管線，結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的現(xiàn)場(chǎng)情況，首先進(jìn)行大管徑管線的布設(shè)；（2）壓力管線避讓重力管線，當(dāng)存在壓力管線和重力管線的沖突和碰撞時(shí)，首先進(jìn)行重力管線的布設(shè)，在重力管線的布設(shè)基本要求都符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行壓力管線的布設(shè)；（3）冷水管線避讓熱水管線，因?yàn)闊崴芫€的施工中，往往需進(jìn)行保溫層的處理，因此，其施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高且成本也高，在施工作業(yè)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)進(jìn)行熱水管道的優(yōu)先布設(shè)；（4）保持電纜橋架和流體管道各自的獨(dú)立性，如果工程現(xiàn)場(chǎng)的具體情況無(wú)法滿足分開布設(shè)的要求，應(yīng)將電纜橋架優(yōu)先布設(shè)在流體管道的上方，因?yàn)橐坏┝黧w管道被破壞以后，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，而流體的滲漏會(huì)對(duì)電纜產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工工藝和技術(shù)取得了一定的發(fā)展，雖然裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有多方面的性能優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于設(shè)計(jì)的要求非常高，涉及的設(shè)計(jì)內(nèi)容多，且每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。為提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高和優(yōu)化設(shè)計(jì)水平，從而更好地推動(dòng)我國(guó)建筑工程行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。