解析鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)的重要性

鄒秀平

（福建省固成建設(shè)工程管理有限公司）

解析鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)的重要性

鄒秀平

（福建省固成建設(shè)工程管理有限公司）

近幾年來，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的使用越來越廣泛，與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)自重輕、施工工期短、強(qiáng)度高，已成為眾多高層建筑的首選。然而，在實(shí)際的施工設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)無論在設(shè)計(jì)方面還是施工圖繪制方面都已經(jīng)非常成熟，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還遠(yuǎn)沒有達(dá)到這樣的程度。因此還存在諸多問題，主要表現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)圖紙節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)方面。本文擬對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與深化設(shè)計(jì)的聯(lián)系和不同進(jìn)行分析，進(jìn)而尋找提升鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的措施，以此來提升工作效率，減少生產(chǎn)的成本。

鋼結(jié)構(gòu)；建筑工程；二次設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代建筑工藝的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越受到青睞。使用鋼結(jié)構(gòu)不僅能節(jié)約建材，而且可以大大的縮短建筑工期，同時(shí)還具有良好的抗震性能。所以，在一些高層、超高層建筑上采用鋼結(jié)構(gòu)已成為一種趨勢(shì)。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，只有確保節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)良好，才能保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保高層建筑整體的安全性。因此，加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的二次設(shè)計(jì)就顯得非常重要了。

1　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述及二次設(shè)計(jì)的重要性

1.1概述

在高層建筑、大跨度空間結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房，鋼結(jié)構(gòu)越來越受到歡迎。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于自身的重量較輕、強(qiáng)度比較高、抗震性能好，同時(shí)施工工期較短，比傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)有著很明顯的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟，而對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來說，由于發(fā)展歷史較短，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜一些。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的審美也在發(fā)生著變化，建筑外形也變得多樣化。這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑勢(shì)必對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）節(jié)點(diǎn)種類多，受力復(fù)雜。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)比較多，同時(shí)種類也很多，受力以及造型的復(fù)雜程度較高。除此之外，在具體的設(shè)計(jì)中還必須對(duì)工廠的加工工藝以及現(xiàn)場(chǎng)的安裝等問題加以考慮，這就更加劇了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，最大的一個(gè)特點(diǎn)在于焊接上。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

（2）發(fā)展歷史短，技術(shù)不成熟。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過幾百年的發(fā)展，其設(shè)計(jì)與施工技術(shù)已經(jīng)非常成熟。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出來之后，拿到施工現(xiàn)場(chǎng)，施工人員依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和建筑本身的實(shí)際情況，就可以進(jìn)行高質(zhì)量的施工。像鋼筋放樣以及梁板柱支等都在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。但對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程來說，設(shè)計(jì)完成，在現(xiàn)場(chǎng)安裝之前，還必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)后才能進(jìn)行加工制作。

1.2鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)的重要性

鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計(jì)是非常重要的，尤其是一些大型的鋼結(jié)構(gòu)工程，比如北京的鳥巢以及大型的體育場(chǎng)館等，二次深化設(shè)計(jì)的質(zhì)量高低對(duì)于整個(gè)建筑的質(zhì)量有著非常重要的影響。

進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計(jì)，不僅僅是對(duì)一次設(shè)計(jì)理念的執(zhí)行和貫徹，同時(shí)還能夠最大限度的彌補(bǔ)一次設(shè)計(jì)的不足。目前，在我國(guó)每個(gè)建筑一次所設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)圖紙無論是在深度上、還是在廣度上，都存在較大的差異。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)一些比較有名的建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的圖紙比較規(guī)范，因此所出的問題就很少，進(jìn)行二次設(shè)計(jì)就相對(duì)容易一些。近年來隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)通常依據(jù)施工合同，交由中標(biāo)單位來承擔(dān)。一次設(shè)計(jì)的圖紙所包含的只有結(jié)構(gòu)主框架和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部分，非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)沒有包含在里面。這就需要中標(biāo)單位來對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)院和中標(biāo)單位分別進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要原因表現(xiàn)在兩方面：①設(shè)計(jì)院只是負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵部分，對(duì)于一些次要的部分可以交由制作工廠來進(jìn)行；②一些大型的結(jié)構(gòu)加工廠有著豐富的加工經(jīng)驗(yàn)，將節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)交給制作工廠，這樣設(shè)計(jì)出來的節(jié)點(diǎn)能夠更加的符合實(shí)際情況，對(duì)于安裝也有利。一次設(shè)計(jì)關(guān)鍵不菲與二次深化設(shè)計(jì)次要部分相互配合，能夠最大限度的提升效率、節(jié)省建設(shè)成本。通過幾年的實(shí)踐，使用這種方法確實(shí)給企業(yè)帶來了雙重利益，既取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝出錯(cuò)的概率。

2　當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

隨著國(guó)家提倡使用節(jié)能、新型建筑材料以及材料的循環(huán)再利用，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)施工、加工企業(yè)迅速發(fā)展起來。但在對(duì)全國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)進(jìn)行分析后，可以看到既有比較強(qiáng)的鋼結(jié)構(gòu)加工能力，同時(shí)又具有高水平鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)力的企業(yè)還是比較少。造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾個(gè)方面：①一些有設(shè)計(jì)能力的企業(yè)，在設(shè)計(jì)方法上存在一些問題，比如結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模式和構(gòu)建承載力計(jì)算模式不相一致，或者是結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)計(jì)算模式和實(shí)際的失穩(wěn)狀態(tài)不符，再就是對(duì)于結(jié)構(gòu)的破壞模式和極限承載力不能比較精確的預(yù)測(cè)出來；②還有一些企業(yè)雖然有著較為超強(qiáng)的加工能力，但平時(shí)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠重視，如果接到二次設(shè)計(jì)的任務(wù)，通常會(huì)將設(shè)計(jì)任務(wù)外包出去；③由于施工單位本身性質(zhì)以及體制上的問題，一些設(shè)計(jì)能力優(yōu)秀的人才一般都愿意去設(shè)計(jì)院工作，不愿意留在施工單位。這樣一來，就造成了施工單位大量設(shè)計(jì)人才的流失，鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計(jì)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)就出現(xiàn)了人才斷層，另外，一些具有設(shè)計(jì)能力的施工單位，由于各種原因所致，各個(gè)鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)的設(shè)計(jì)能力與設(shè)計(jì)質(zhì)量也存在較大的差異，這也是我國(guó)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)二次深化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，急需要進(jìn)行改觀。

3　鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的方法

3.1傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法

3.1.1設(shè)計(jì)中使用的軟件

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的時(shí)候，所需要的軟件有繪圖軟件與分析軟件。在我國(guó)，各個(gè)設(shè)計(jì)院通常使用的分析軟件主要有PKPM中sts鋼結(jié)構(gòu)模塊以及3D3S等，繪圖時(shí)所采用的軟件主要是最基本的繪圖軟件AutoCAD，對(duì)于一些設(shè)施比較好的設(shè)計(jì)院，還設(shè)有專門的程序設(shè)計(jì)辦公室，他們會(huì)開發(fā)一些小程序，來幫助設(shè)計(jì)人員繪制施工圖紙，這樣能夠大大的提升圖紙的繪圖效率。三維放樣大多數(shù)情況下會(huì)使用CAD來進(jìn)行，一些條件較好的設(shè)計(jì)院還會(huì)采用Tekla以及Revit等來進(jìn)行建模。

3.1.2施工圖存在的利弊

傳統(tǒng)的施工圖通常采用CAD進(jìn)行繪制，它與早期的施工圖相比，已經(jīng)有了很大的改觀。然而，鋼結(jié)構(gòu)工程比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土工程要復(fù)雜，在使用傳統(tǒng)繪圖方式進(jìn)行繪圖時(shí)存在著比較明顯的缺陷，主要分為兩點(diǎn)：①鋼結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且節(jié)點(diǎn)非常多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)遺漏節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象；②節(jié)點(diǎn)的表達(dá)方式比較單調(diào)，不能夠全方位的進(jìn)行表達(dá)。比如，一個(gè)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，其周圍的情況也是比較復(fù)雜的，常常有沖突發(fā)生。

3.2鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)新型設(shè)計(jì)方法

對(duì)于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的缺陷，經(jīng)過多次的探索，終于找到了一個(gè)能夠很有效提升節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的方法。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員先與施工現(xiàn)場(chǎng)的工程師進(jìn)行接觸溝通，然后使用詳圖深化模型，進(jìn)行全方位的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)施工。

深化設(shè)計(jì)所用軟件：

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，所用的軟件種類選擇很多，但大多數(shù)單位采用的是Tekla Structures軟件，它是由芬蘭的一家公司研發(fā)的。這種軟件的性能非常好，不僅有強(qiáng)大的三維建模性能，而且操作起來也不復(fù)雜，成型之后，立體感強(qiáng)，比較直觀。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)中一些比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，使用它能夠取得非常好的效果，此外，使用這種軟件還可以與一次設(shè)計(jì)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的探討，更加準(zhǔn)確便捷。

4　工程應(yīng)用實(shí)例

福建省廈門市某研發(fā)設(shè)計(jì)中心大樓項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著對(duì)本項(xiàng)目施工圖紙以及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的審核工作。

4.1設(shè)計(jì)前得準(zhǔn)備

在設(shè)計(jì)之前，首先要做的是要編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書，包括施工工藝、建筑、電氣以及水暖等，對(duì)各個(gè)部分的使用功能、結(jié)構(gòu)圖、零件表以及節(jié)點(diǎn)詳圖，提出要求，另外所用的材料明細(xì)也要做出。

4.2選擇合理的方案

在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)之前，與一次設(shè)計(jì)院進(jìn)行了溝通交流。此項(xiàng)目的工程量比較大，同時(shí)工期也比較緊張，施工的工藝相對(duì)更加復(fù)雜。而且這個(gè)工程是我公司承擔(dān)的較大項(xiàng)目。因此，必須更加謹(jǐn)慎小心，所有的工藝方案應(yīng)該交由項(xiàng)目的業(yè)主方及總包方進(jìn)行確認(rèn)，得到確認(rèn)之后再進(jìn)行施工。

4.3對(duì)圖紙進(jìn)行審核

首先要明確每個(gè)部分的構(gòu)件焊接要求是否與國(guó)家的規(guī)范相符合，每個(gè)截面型材料的用鋼量是否超標(biāo)；節(jié)點(diǎn)有無遺漏發(fā)生、是否與混凝土的鋼筋位置發(fā)生碰撞。除此之外，還要對(duì)一些細(xì)節(jié)進(jìn)行注意，比如，天溝、雨水管以及屋面泛水的做法等，盡可能的把能出現(xiàn)的問題都在施工前解決，確保施工按時(shí)完成。

4.4對(duì)圖紙進(jìn)行二次設(shè)計(jì)

在正式施工之前，要對(duì)圖紙進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)。深化設(shè)計(jì)時(shí)，要以一次設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修補(bǔ)。

5　結(jié)語

綜上所述，隨著我國(guó)高層、超高層建筑的不斷增加，大型體育公共設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的興建，以及抗震設(shè)計(jì)等級(jí)的提高，鋼結(jié)構(gòu)需求量也在不斷加大。鋼結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，在施工之前，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，以避免出現(xiàn)問題。本文先論述了鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)的重要性，進(jìn)而分析了目前的現(xiàn)狀，然后提出了新的深化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的方法，并通過具體的實(shí)例進(jìn)行了論證，期待本文的分析能夠有利于我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量的提升。

[1]陶明.對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中抗震驗(yàn)算問題的探討[J].價(jià)值工程，2014，21：152～153.

[2]程煒.淺談高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].科技與企業(yè)，2015，03：133+136.

[3]譚堅(jiān)，區(qū)彤，李松柏，方國(guó)華.鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，S1：829～835.

TU391

A

1673-0038（2015）27-0033-02

2015-6-19

鄒秀平（1980-），工程師，大學(xué)本科，主要從事鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方面的工作。