鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計問題淺談

陳文臺 孟石平 陳洪官

摘 要：伴隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的建筑產(chǎn)品消費需求。同時，在建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級后，建筑產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，也推動了建筑設(shè)計向多元化方向發(fā)展，如建筑設(shè)計理念的多樣化、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的層次化、建筑產(chǎn)品生產(chǎn)制造的產(chǎn)業(yè)化等。加上新時期要素市場配置資源功能的增強，在市場機制作用下，消費者對性價比的普遍重視等，共同造成了對鋼結(jié)構(gòu)的廣泛需求。本文以此為出發(fā)點，選取鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計問題淺談作為研究題目，概述了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義，剖析了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中在的問題。并以此為基礎(chǔ)，提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);工程設(shè)計;問題

鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計，旨在通過力學原理與計算方法，對建筑物進行基本的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，突出其骨架與主體，為其賦予整體格局。從鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的內(nèi)容看，它包括結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算、圖紙設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)工程采用鋼基骨架結(jié)構(gòu)，主要由鋼板、熱軋鋼板等材料與構(gòu)件共同組成。與傳統(tǒng)時期采用的磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，強度高、韌性大、結(jié)構(gòu)內(nèi)部緊密性好、均勻分布程度高。由于鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢相對較多，所以范圍正在逐漸擴大。從應用意義方面看，可以起到節(jié)約資源、保護環(huán)境、改善居住環(huán)境等實際效果，有利于鋼結(jié)構(gòu)工程產(chǎn)出綜合效益。

1 鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計現(xiàn)狀

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于新興領(lǐng)域，雖然發(fā)展較晚，發(fā)展速度相對較快。正是由于鋼結(jié)構(gòu)的比較優(yōu)勢較大，應用范圍較大，所以，在要素市場資源配置功能增強的情況下，鋼結(jié)構(gòu)工程行業(yè)發(fā)生了諸多問題。以鋼結(jié)構(gòu)工程生產(chǎn)建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈條中居于主導地位的設(shè)計環(huán)節(jié)為例，一方面，在防火設(shè)計方面仍然存在對連接部位安全設(shè)計不全面的情況。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)中使用的鋼材截面相對較小且強大較大，所以，在使用過程中強度控制與優(yōu)勢發(fā)揮也不太充分。尤其是在設(shè)計人員的綜合素質(zhì)方面，對于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量體系管理標準的轉(zhuǎn)換能力相對較弱，在設(shè)計穩(wěn)定性、設(shè)計安全性方面，容易埋下隱患。

2 鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計問題分析

2.1設(shè)計質(zhì)量問題

鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計質(zhì)量問題與其設(shè)計難度趨于一致。具體而言，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計流程相對復雜。加上專業(yè)化程度較高，在實際的設(shè)計過程中，一些設(shè)計院即使接到了此類項目，也會委托第三方公司進行設(shè)計。在這種情況下，存在設(shè)計監(jiān)督不到位、設(shè)計質(zhì)量復審不全面、設(shè)計質(zhì)量評估難等實際問題。另一方面，即使設(shè)計院自行設(shè)計，也缺乏相應的經(jīng)驗與數(shù)據(jù)積累，其中存在一定的創(chuàng)新性、探索性，也不能提除風險性。所以，設(shè)計中的質(zhì)量問題仍然十分嚴峻。

2.2防火設(shè)計問題

建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計不到位的問題相對明顯。從原因方面看，主要是對于鋼結(jié)構(gòu)中使用的鋼材料的性能的全要素分析不足，而且，對于實際使用鋼材耐火性的界限范圍缺乏匹配的實驗論證。例如，鋼材雖然可以起到一定的防火作用，但是導熱性能較好，當溫度過高時，仍然會引起附屬物發(fā)生火災，并且產(chǎn)生熱膨脹現(xiàn)象，從而導致材料變形、結(jié)構(gòu)受損、承載力下降等實際問題。根據(jù)當前的研究看，溫度在600攝氏度左右時，鋼材料的韌性、強度均會趨于無效，在脆性增加的同時，極容易造成安全事故。

2.3設(shè)計人員素質(zhì)問題

由于鋼結(jié)構(gòu)工程屬于新興領(lǐng)域，設(shè)計人員在這方面積累的設(shè)計經(jīng)驗相對較少。加上現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計環(huán)節(jié)發(fā)生了一些變化，需要對整條產(chǎn)業(yè)鏈條進行統(tǒng)籌分析。目前，鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計人員對于產(chǎn)業(yè)鏈知識相對欠缺，加上在BIM技術(shù)等配套的設(shè)計技術(shù)應用方面，熟練性與各類軟件的操作全面性，也存在一定的問題。整體上看，設(shè)計人員綜合素質(zhì)仍然有待提升。尤其在數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用、設(shè)計指標設(shè)置等方面，也存在較為明顯的短板。

3 鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計優(yōu)化對策

3.1提升設(shè)計穩(wěn)定性

第一，設(shè)計人員應該先對鋼結(jié)構(gòu)工程中的剛度參數(shù)進行細致分析，并針對桿件安裝實際情況調(diào)研，認識到桿件安裝偏心的實際問題。從而在設(shè)計環(huán)節(jié)盡可能保障設(shè)計指標的全面性、數(shù)據(jù)分析有效性。第二，需要針對鋼結(jié)構(gòu)框架，計算其穩(wěn)定性。目前通過BIM技術(shù)中使用的參數(shù)計算軟件、結(jié)構(gòu)模型，均可以細化構(gòu)件要素，進而更為細致的分析每個部分的穩(wěn)定性與整體穩(wěn)定性。需要注意的是，鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計經(jīng)驗相對較少，通?？梢酝高^對施工中發(fā)生的問題的總結(jié)，逆向收集設(shè)計中容易發(fā)生的問題。例如，施工時的附加荷載應力集中的問題容易發(fā)生，設(shè)計人員在實際設(shè)計時應該做好相應的抗應力計算。再如，在無熱橋輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，鋼結(jié)構(gòu)工程中的冷熱橋問題的解決相對棘手。此時，設(shè)計人員應該加強對相關(guān)工程的案例分析，如通過對洪珠澳大橋中應用連接件解決冷熱橋問題的案例進行細致分析，均有利于增強設(shè)計穩(wěn)定性。

3.2增強防火設(shè)計

應該從鋼結(jié)構(gòu)材料本身出發(fā)，針對其導熱性、耐火性能分析，再采用有效的防火設(shè)計方案。例如，目前在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中已經(jīng)獲得有效應用的截流法、疏導法，既能夠起到較好的阻熱效果、保護原材料，也能夠運用充水冷卻的辦法，消耗掉鋼結(jié)構(gòu)材料中的熱量。以疏導法為例，可以通過對自動噴水系統(tǒng)滅火系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化，增強其防火功能。具體而言，在噴頭數(shù)量方面，應該滿足鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計標準配置需求。在自噴配水管的規(guī)格方面進行一致性匹配，噴頭的連接，應該與暖通、電力等管線進行相關(guān)性分析，避免阻礙。在位置的選擇方面，噴頭應該結(jié)合實際鋼結(jié)構(gòu)梁柱結(jié)構(gòu)圖，進行位置定位分析，規(guī)避間距問題。另外，需要將自動噴水滅火系統(tǒng)的安裝與周邊環(huán)境進行綜合檢查，并確保其清潔性，這樣才能確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，在嚴格安裝施工與使用時的可用性。

3.3提升設(shè)計人才綜合素質(zhì)

鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計環(huán)節(jié)的綜合性要求非常高，除了不同設(shè)計人員之間的密切配合之外，還需要作為個體的設(shè)計人員具備一定的綜合素質(zhì)，包括全面的知識素質(zhì)、專業(yè)化的技術(shù)素質(zhì)，以及行業(yè)標準內(nèi)較高的職業(yè)倫理素養(yǎng)。具體而言，要做到全知、專能。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性與生產(chǎn)制造其它環(huán)節(jié)的體系化操作密切關(guān)聯(lián)。因此，設(shè)計人員需要考慮到技術(shù)路徑與管理路徑的融合問題，并在資源融合的思路基礎(chǔ)上，使技術(shù)與管理實現(xiàn)“兩管齊下”目標。因此，建議在新時期根據(jù)實際的鋼結(jié)構(gòu)工程行業(yè)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化運營需求，從鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計風險管理的角度，對設(shè)計人員實施鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計專題化培訓，以此使其綜合素質(zhì)得到全面提升。比如，嚴格培訓、考核上崗、按能安排分配任務等，均可以促進其素質(zhì)培育。

4 結(jié)束語

總之，鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，具有較大的比較優(yōu)勢。因此，在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計環(huán)節(jié)，應該綜合考慮設(shè)計、材料、施工、訂單、銷售、運維管理等多個環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性。同時，根據(jù)在施工方案的設(shè)計環(huán)節(jié)，應該在嚴格的對其施工工藝進行細化剖析，確保設(shè)計時，選擇的制作技術(shù)、安裝技術(shù)、焊接技術(shù)等，與設(shè)計方案相一致。結(jié)合以上初步分析，建議在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計過程中，盡可能按照建筑工程項目產(chǎn)品的生產(chǎn)建設(shè)構(gòu)成要素與鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)管理指標需求為準。在系統(tǒng)性設(shè)計與配套性設(shè)計相結(jié)合的路徑下，實施對鋼結(jié)構(gòu)工程的合理設(shè)計，保障設(shè)計的安全性，預防后續(xù)施工中發(fā)生設(shè)計方案與施工方案實施時發(fā)生矛盾問題。

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