淺談鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)與工程成本節(jié)約控制

劉亞靜

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)工程中十分重要的一項(xiàng)工作，這項(xiàng)工作是針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行的，將設(shè)計(jì)圖紙中包含的鋼結(jié)構(gòu)安裝、運(yùn)輸、質(zhì)量和成本控制等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是目前在鋼結(jié)構(gòu)工程中必須要進(jìn)行的環(huán)節(jié)。本文從設(shè)計(jì)過(guò)程入手，探討鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足的各項(xiàng)要求，并加強(qiáng)工程成本的控制，在提高鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量同時(shí)減小工程投入成本，使得工程更具經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì);工程成本;節(jié)約控制;BIM技術(shù)

1 前言

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)和各項(xiàng)設(shè)備正在不斷進(jìn)步，而鋼結(jié)構(gòu)工程也已經(jīng)在各類(lèi)型建筑工程中運(yùn)用廣泛。為了能夠滿足當(dāng)下各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)和人民生活的更深層次需求，還需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將施工圖紙中包含的各個(gè)層面進(jìn)行優(yōu)化，使得后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中在保證設(shè)計(jì)過(guò)程符合工程實(shí)際情況的條件下能夠做到節(jié)約工程成本。

2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)概念

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)一般都是在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之后，在設(shè)計(jì)圖紙上進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)會(huì)在圖紙中所標(biāo)注的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、構(gòu)建基本參數(shù)、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、工程所需技術(shù)和設(shè)備、各項(xiàng)操作規(guī)范等方面進(jìn)行升華設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，將各項(xiàng)要求和規(guī)范進(jìn)行撰寫(xiě)。在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過(guò)程中，一般都是由工程設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行，但是深化設(shè)計(jì)卻大多數(shù)由加工廠進(jìn)行，因?yàn)楦淤N近于真實(shí)工程情況。在鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要依照鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)際工程數(shù)據(jù)信息和相關(guān)軟件來(lái)完成設(shè)計(jì)工作。一般來(lái)說(shuō)，CAD和xsteel等軟件都是鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中常用的設(shè)計(jì)軟件，而目前大多數(shù)工程中都會(huì)利用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)[1]。

3 案例工程概況

為了更好地闡述鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)工作的要點(diǎn)，本文以某地發(fā)電廠為案例來(lái)展開(kāi)說(shuō)明。該發(fā)電廠所使用的的鋼結(jié)構(gòu)工程包括有主廠房結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)、除塵排煙和其他輔助建筑。因?yàn)樵摪l(fā)電廠的建筑工程量十分巨大，占地面積和鋼結(jié)構(gòu)總量也都高于一般的發(fā)電廠，各項(xiàng)設(shè)施比較分散，無(wú)論是施工還是運(yùn)輸過(guò)程都需要投入較大的成本，且施工難度也較大，所以該工程的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)具有一般性和全面性。

4 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)工程成本節(jié)約控制要點(diǎn)

要想做好鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，還是需要對(duì)工程設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行研究，了解設(shè)計(jì)部門(mén)人員的設(shè)計(jì)意圖，對(duì)一些不合理和不注重實(shí)際的地方進(jìn)行改進(jìn)。

4.1 對(duì)橫梁和柱強(qiáng)軸剛接焊縫的深化設(shè)計(jì)

本段對(duì)本工程中的橫梁與柱強(qiáng)軸的焊縫進(jìn)行分析。在工程圖紙的設(shè)計(jì)中，其梁翼緣和腹板與柱連接都是采用強(qiáng)焊接節(jié)點(diǎn)，并且柱的水平加勁肋分布在腹板兩端，其水平中心線是與梁翼緣的相重合。水平加勁肋和柱翼都是采用完全焊透的坡口對(duì)接焊縫連接，而與柱腹板的連接則是采用了雙面角焊縫。在上述的設(shè)計(jì)中，針對(duì)水平加勁肋和柱翼緣的焊接是過(guò)于嚴(yán)格的，施工人員想要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)具有較大的困難。針對(duì)這一情況，可以參照我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等文件的指導(dǎo)要求來(lái)將水平加勁肋和柱翼緣的接縫方式更改為三級(jí)焊縫，這樣就可以在保證工程要求的情況下減少施工過(guò)程的環(huán)節(jié)，節(jié)約工程成本。根據(jù)調(diào)查，在更換了焊接縫方式后，此工程大約節(jié)約了20萬(wàn)人民幣[2]。

4.2 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)圖紙的鋼結(jié)構(gòu)中，某兩段軸鋼柱的變徑處是處于27.9層上方1.3米處，而下端的鋼柱截面是BH1100*600*30*40，上端的鋼柱截面BH800*500*30*40，這部分節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以概括為：首先是在上端鋼柱可以與下端鋼柱進(jìn)行重合，根據(jù)計(jì)算其重合長(zhǎng)度在0.9米左右，并利用40mm肋板焊接在下柱翼緣板上，且鋼柱對(duì)接節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)到上方標(biāo)高29.9米處。在實(shí)際的工程中，采取上述辦法較為復(fù)雜，質(zhì)量無(wú)法得到保證，鋼柱對(duì)接部分與鋼梁的距離也不符合相關(guān)規(guī)定，所以在深化設(shè)計(jì)中，將采用：將下部鋼柱在框架梁處進(jìn)行變徑，其斜率要在六分之一以下，并且在標(biāo)高29.9米處要與上端鋼柱截面相同，鋼柱對(duì)接節(jié)點(diǎn)則仍然保持與梁頂1.3米的距離。在深化設(shè)計(jì)之后，不僅在節(jié)點(diǎn)質(zhì)量上有了更深的保證，在總工程中也節(jié)約了大量的鋼材。根據(jù)調(diào)查，更改了節(jié)點(diǎn)方式后，此工程節(jié)約了18萬(wàn)元人民幣。

4.3 對(duì)鋼柱分段的深化設(shè)計(jì)

因?yàn)榘l(fā)電廠的屬于一種高層建筑，所以需要較長(zhǎng)的鋼柱，在深化設(shè)計(jì)中，不僅要保證國(guó)家相關(guān)規(guī)定的要求，考慮到鋼柱分段法，還需要深化設(shè)計(jì)人員能夠注意到吊裝鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備和吊裝計(jì)劃，需要保證吊裝設(shè)備的吊裝能力能夠支撐起鋼柱的重量。在運(yùn)輸方面，需要做好限額工作，禁止出現(xiàn)超載的情況，限額需要依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)載和形變能力進(jìn)行確定。因?yàn)樵谶\(yùn)輸方面的影響，鋼柱是無(wú)法一整根進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?，只能夠分段進(jìn)行，所以在確定好分段運(yùn)輸?shù)姆桨笗r(shí)，要以最小分段為原則進(jìn)行，因?yàn)闇p小鋼柱分段就能夠有效減小節(jié)點(diǎn)板和連接螺栓的使用，大大提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減小工程成本。在本工程內(nèi)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要用鋼276.4kg，在進(jìn)行以最小鋼柱分段為原則的分段工作后，鋼結(jié)構(gòu)工程總共減少了76個(gè)，換算成人民幣大約在26萬(wàn)元左右。

4.4 對(duì)運(yùn)輸方案的深化設(shè)計(jì)

在深化設(shè)計(jì)方面，本文只針對(duì)貨裝方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)運(yùn)輸方式不做討論。鋼結(jié)構(gòu)工程中三面或者四面牛腿結(jié)構(gòu)較多，并且均具有較高的長(zhǎng)度，這樣在運(yùn)輸過(guò)程中所占用的空間較大，并且貨裝過(guò)程也較為繁瑣。本工程中的鋼柱牛腿一般在1.5米左右，運(yùn)輸過(guò)程中不可能全部安裝上再進(jìn)行運(yùn)輸，這是非常浪費(fèi)貨運(yùn)資源的情況。在深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，采取了在牛腿加工地安裝好同方向的牛腿，在工程所在地安裝另一方向的牛腿，最后進(jìn)行焊接，這樣就可以避免占用空間過(guò)大的問(wèn)題，節(jié)約運(yùn)輸資源。

4.5 附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，以加勁肋和補(bǔ)強(qiáng)板設(shè)計(jì)為例，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果對(duì)應(yīng)的梁、柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)不滿足對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗剪設(shè)計(jì)要求，則需要在柱腹板的梁柱節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加厚設(shè)計(jì)，并對(duì) H 形鋼柱的截面體系進(jìn)行加焊貼板的連接，并在貼板的邊緣結(jié)構(gòu)處，伸出加勁肋外部>150mm 的長(zhǎng)度，在連接貼板的焊接過(guò)程中，主要以>5mm 的角焊接縫為主，實(shí)現(xiàn)柱翼緣角焊縫的對(duì)接縫連接。此外，從成本控制的角度進(jìn)行分析，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)踐思路，重點(diǎn)分析裝配式鋼結(jié)構(gòu)的成本控制，并在設(shè)計(jì)、安裝施工環(huán)節(jié)中，采取有效措施，實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)化。尤其是裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，應(yīng)以預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平、加工工藝、標(biāo)準(zhǔn)尺寸等的構(gòu)件設(shè)計(jì)為主，以保障鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的準(zhǔn)確化、合理化和科學(xué)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文以實(shí)際案例為主，從橫梁和柱強(qiáng)軸剛接焊縫、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、鋼柱分段、運(yùn)輸方案四個(gè)方面闡述深化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過(guò)做好深化設(shè)計(jì)可以為工程帶來(lái)非常好的收益，在保證質(zhì)量的情況下節(jié)約工程成本。另外，本文還介紹了BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用，希望能夠相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]周崢，鄧?yán)誓?，廖羚，雷麗貞，劉睿?BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)用熱點(diǎn)的知識(shí)圖譜構(gòu)建方法研究[J/OL].土木建筑工程信息技術(shù)：1-9.

[2]曾貴祥.鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中構(gòu)件分段分節(jié)探討[J].四川建材，2020，46（02）：80+85.