淺析建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及其注意事項(xiàng)

朱旭升

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)槠渥陨淼馁|(zhì)地輕、強(qiáng)度大，被普遍的應(yīng)用在高層和一些大跨度以及異形的建筑工程里。在工程進(jìn)行實(shí)踐過程中，鋼結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)當(dāng)前盡管已經(jīng)十分完善可是還是存在較多問題，包括：設(shè)計(jì)方各自為政的情況屢見不鮮，銜接位置處置不適宜；構(gòu)配件在設(shè)計(jì)與施工中出現(xiàn)的碰撞；施工過程中因?yàn)榈跹b和拼接出現(xiàn)的偏差還有施工成本概預(yù)算存在較大的偏差等。文章基于此本文針對(duì)以上提到的幾個(gè)方面，站在BIM 技術(shù)的視角上，提出了一些切實(shí)可行的處置方案。

關(guān)鍵詞：建筑工程；BIM技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化要點(diǎn)

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)規(guī)劃的整個(gè)演變，設(shè)計(jì)藍(lán)圖到實(shí)物，以及鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。一方面，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反映了建筑的整體質(zhì)量，反過來又影響了建筑業(yè)的發(fā)展。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也影響了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅對(duì)幾何設(shè)計(jì)提出了更高的要求，而且對(duì)具體的施工技術(shù)提出了專業(yè)要求。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須具備高水平的專業(yè)技能和工作經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的整合素質(zhì)素養(yǎng)。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度是很大的。設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合施工項(xiàng)目的施工性質(zhì)和工程圖紙，準(zhǔn)確把握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，在頭腦中形成清晰的立體結(jié)構(gòu)，并通過設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行展示，確保鋼結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和原則，充分把握結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力特性的要求，在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下合理設(shè)計(jì)。同時(shí)，要結(jié)合施工項(xiàng)目的施工要求，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)，確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保施工項(xiàng)目順利施工，使得建筑企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力得到提升。

2、鋼結(jié)構(gòu)存在的問題

2.1鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問題

當(dāng)前有很多的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示出，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)安全事故的的核心原因就是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身的不穩(wěn)造成的。首先，鋼結(jié)構(gòu)其自身的不穩(wěn)定性主要有：局部不穩(wěn)定性，以及局部不穩(wěn)定引起的間接整體不穩(wěn)定性。

當(dāng)彎曲部分不穩(wěn)定且尺寸超出公差范圍時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目的質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。如果設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的支撐功能，也會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定問題；如果鋼結(jié)構(gòu)吊裝不當(dāng)，會(huì)造成桁架和桁架桿。作品力量的巨大變化也會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定問題。

導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的因素很多。設(shè)計(jì)人員和施工人員應(yīng)注意并做好相應(yīng)的預(yù)防措施，確保施工項(xiàng)目的施工質(zhì)量。

2.2鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題

鋼材料其自身的耐腐蝕性是比較差的，特別是其在濕度較大的時(shí)候、還有就是出現(xiàn)侵蝕性比較強(qiáng)的環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)生銹和腐蝕的情況，這樣的一種情況會(huì)令構(gòu)件自身的承載能力被減弱，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)使其出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。通過對(duì)于木屋架和鋼木屋架以及鋼筋混凝土屋架還有鋼屋架產(chǎn)生安全事故的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和調(diào)查的結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，鋼屋架產(chǎn)生的安全事故當(dāng)前的占比已經(jīng)達(dá)到了60%，而產(chǎn)生這一問題的主要原因是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)的腐蝕問題而產(chǎn)生的。

2.3鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)問題

鋼材自身的耐高溫性并不是很高，其自身的性能會(huì)伴隨著溫度上的轉(zhuǎn)變而出現(xiàn)變化，在溫度提升到430至540攝氏度區(qū)間的時(shí)候，鋼材其自身的屈服點(diǎn)以及抗拉強(qiáng)度和其彈性模量都快速的降低，其本身所具備的承載能力也就會(huì)消失。建筑物其自身的構(gòu)件耐火性能較弱，在出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候這種承載能力不能夠得到快速的延續(xù)，會(huì)為安全疏散和物資搶救與撲滅火災(zāi)等相關(guān)的消防活動(dòng)帶來阻礙。

3、基于BIM視角的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單體銜接處理

在Tekla Structures里去把建筑施工平面有關(guān)的設(shè)計(jì)信息輸入其中挖槽三維建模，處理二維模型無法可視而產(chǎn)生的錯(cuò)誤判斷；按照經(jīng)驗(yàn)，去將結(jié)構(gòu)類型輸入其中，并且把BIM軟件里模擬建筑受力進(jìn)行確認(rèn)，判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是不是合理；輸入給排水還有電氣設(shè)施，并且去對(duì)綠色建筑進(jìn)行評(píng)定，同時(shí)使用BIM軟件去對(duì)整體設(shè)計(jì)給予優(yōu)化。BIM設(shè)計(jì)過程中，需要使得全部設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)值能夠保持在一個(gè)界面上進(jìn)行運(yùn)行，使其構(gòu)成不同設(shè)計(jì)單體的成果，使得結(jié)構(gòu)更為合理。在這樣的一個(gè)模塊中對(duì)其給予更改，降低多個(gè)部門產(chǎn)生的摩擦，并且還可以節(jié)約時(shí)間，提升效率。

3.2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)配件碰撞處理

BIM可以通過仿真技術(shù)模擬建筑結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息，形成三維構(gòu)圖。并且相關(guān)部件可以通過navisworks軟件檢查，以最大限度地減少施工期間部件的設(shè)計(jì)變化。同時(shí)，BIM還可以處理不同構(gòu)造類型之間的碰撞：例如，首先構(gòu)造某個(gè)構(gòu)件，但占用的空間相對(duì)較大，導(dǎo)致后續(xù)構(gòu)件的構(gòu)造平面被占用和重新加工；使用BIM，鋼結(jié)構(gòu)模型通過VR技術(shù)虛擬化。模擬，保留必要的通道孔以避免施工碰撞。

3.3鋼結(jié)構(gòu)施工過程中偏差處理

在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中，嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)，并定期將現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)輸入BIM平臺(tái)，評(píng)估施工質(zhì)量。根據(jù)BIM平臺(tái)的實(shí)際信息反饋，改變鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

BIM平臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控來源信息源，及時(shí)提取鋼結(jié)構(gòu)部件的出廠信息，通過三維建模和VR技術(shù)形成圖紙的視覺效果，模擬真實(shí)的拼接情況，反饋形成的錯(cuò)誤進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)獲得的信息，設(shè)計(jì)人員執(zhí)行偏心計(jì)算，以檢查設(shè)計(jì)是否符合預(yù)期的質(zhì)量要求。徐州奧林匹克體育中心采用BIM技術(shù)進(jìn)行奧運(yùn)中心采用的關(guān)鍵部件（如收縮夾和施工焊縫）的施工和安裝，并通過VR技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)安裝動(dòng)畫，使其對(duì)施工起到指導(dǎo)作用。

3.4鋼結(jié)構(gòu)成本概預(yù)算分析

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)預(yù)算是指通過廣利達(dá)等軟件對(duì)數(shù)量清單進(jìn)行計(jì)量和定價(jià)，但計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)更具有程序性，不考慮市場(chǎng)變化。BIM技術(shù)使用SD建模來考慮時(shí)間因素對(duì)項(xiàng)目的影響。例如，市場(chǎng)上工程材料的價(jià)格變化和施工技術(shù)水平將影響現(xiàn)場(chǎng)施工過程，最終影響施工項(xiàng)目的質(zhì)量。

BIM技術(shù)可以準(zhǔn)確地估算工程成本，使用現(xiàn)場(chǎng)模擬技術(shù)，并選擇合理和經(jīng)濟(jì)的鋼結(jié)構(gòu)部件，以降低工程成本。以徐州奧體中心為例，工程部件采用箱式彎扭構(gòu)件，變截面錐形管和大直徑彎管等，采用BIM技術(shù)輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，模擬施工環(huán)境，驗(yàn)證每個(gè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)應(yīng)力的準(zhǔn)確性，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。這種設(shè)計(jì)策略一方面滿足了形狀的設(shè)計(jì)要求，另一方面降低了修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)，降低了項(xiàng)目成本，并注重市場(chǎng)材料的價(jià)格變化，綜合考慮各種因素影響建筑施工，改善施工，使得預(yù)算自身的準(zhǔn)確性得到了有效提升。

參考文獻(xiàn)

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（作者身份證號(hào)碼：321322198706270835）