解析鋼結構二次設計的重要性

鄒秀平

（福建省固成建設工程管理有限公司）

解析鋼結構二次設計的重要性

鄒秀平

（福建省固成建設工程管理有限公司）

近幾年來，鋼結構在建筑領域的使用越來越廣泛，與傳統的混凝土結構相比，鋼結構自重輕、施工工期短、強度高，已成為眾多高層建筑的首選。然而，在實際的施工設計中，傳統混凝土結構無論在設計方面還是施工圖繪制方面都已經非常成熟，鋼結構的設計還遠沒有達到這樣的程度。因此還存在諸多問題，主要表現在鋼結構圖紙節點的深化設計方面。本文擬對鋼結構的節點設計與深化設計的聯系和不同進行分析，進而尋找提升鋼結構節點設計的措施，以此來提升工作效率，減少生產的成本。

鋼結構；建筑工程；二次設計

隨著現代建筑工藝的不斷發展，鋼結構的應用越來越受到青睞。使用鋼結構不僅能節約建材，而且可以大大的縮短建筑工期，同時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構已成為一種趨勢。高層建筑鋼結構設計的關鍵點在于鋼結構的節點設計，只有確保節點設計良好，才能保證鋼結構的穩定性，進而確保高層建筑整體的安全性。因此，加強對鋼結構的二次設計就顯得非常重要了。

1　鋼結構設計概述及二次設計的重要性

1.1概述

在高層建筑、大跨度空間結構、工業廠房，鋼結構越來越受到歡迎。它的主要優點在于自身的重量較輕、強度比較高、抗震性能好，同時施工工期較短，比傳統的混凝土結構有著很明顯的優勢。傳統鋼筋混凝土結構的設計經過多年的發展，已經非常成熟，而對于鋼結構來說，由于發展歷史較短，節點設計相對復雜一些。隨著時代的發展，人們的審美也在發生著變化，建筑外形也變得多樣化。這些結構復雜的建筑勢必對鋼結構的設計提出了新的挑戰。主要表現在以下幾個方面：

（1）節點種類多，受力復雜。與傳統的鋼筋混凝土結構相比，鋼結構的節點比較多，同時種類也很多，受力以及造型的復雜程度較高。除此之外，在具體的設計中還必須對工廠的加工工藝以及現場的安裝等問題加以考慮，這就更加劇了鋼結構設計的復雜性。與傳統鋼筋混凝土結構相比，最大的一個特點在于焊接上。節點設計是鋼結構設計的關鍵所在。

（2）發展歷史短，技術不成熟。傳統的鋼筋混凝土結構經過幾百年的發展，其設計與施工技術已經非常成熟。圖紙設計出來之后，拿到施工現場，施工人員依據以往的經驗和建筑本身的實際情況，就可以進行高質量的施工。像鋼筋放樣以及梁板柱支等都在施工現場進行。但對于鋼結構工程來說，設計完成，在現場安裝之前，還必須對鋼結構進行二次深化設計后才能進行加工制作。

1.2鋼結構二次設計的重要性

鋼結構二次深化設計是非常重要的，尤其是一些大型的鋼結構工程，比如北京的鳥巢以及大型的體育場館等，二次深化設計的質量高低對于整個建筑的質量有著非常重要的影響。

進行鋼結構二次深化設計，不僅僅是對一次設計理念的執行和貫徹，同時還能夠最大限度的彌補一次設計的不足。目前，在我國每個建筑一次所設計的鋼結構圖紙無論是在深度上、還是在廣度上，都存在較大的差異。當然，國內一些比較有名的建筑設計院設計的圖紙比較規范，因此所出的問題就很少，進行二次設計就相對容易一些。近年來隨著我國鋼結構的不斷發展，鋼結構設計中非關鍵節點設計通常依據施工合同，交由中標單位來承擔。一次設計的圖紙所包含的只有結構主框架和關鍵節點部分，非關鍵節點設計沒有包含在里面。這就需要中標單位來對節點進行二次深化設計。

設計院和中標單位分別進行設計的主要原因表現在兩方面：①設計院只是負責鋼結構工程的關鍵部分，對于一些次要的部分可以交由制作工廠來進行；②一些大型的結構加工廠有著豐富的加工經驗，將節點設計交給制作工廠，這樣設計出來的節點能夠更加的符合實際情況，對于安裝也有利。一次設計關鍵不菲與二次深化設計次要部分相互配合，能夠最大限度的提升效率、節省建設成本。通過幾年的實踐，使用這種方法確實給企業帶來了雙重利益，既取得了很大的經濟效益，同時又減少了現場安裝出錯的概率。

2　當前鋼結構節點設計現狀

隨著國家提倡使用節能、新型建筑材料以及材料的循環再利用，我國鋼結構施工、加工企業迅速發展起來。但在對全國的鋼結構施工企業進行分析后，可以看到既有比較強的鋼結構加工能力，同時又具有高水平鋼結構設計實力的企業還是比較少。造成這種現象的原因主要有以下幾個方面：①一些有設計能力的企業，在設計方法上存在一些問題，比如結構內力計算模式和構建承載力計算模式不相一致，或者是結構整體失穩計算模式和實際的失穩狀態不符，再就是對于結構的破壞模式和極限承載力不能比較精確的預測出來；②還有一些企業雖然有著較為超強的加工能力，但平時對于鋼結構設計不夠重視，如果接到二次設計的任務，通常會將設計任務外包出去；③由于施工單位本身性質以及體制上的問題，一些設計能力優秀的人才一般都愿意去設計院工作，不愿意留在施工單位。這樣一來，就造成了施工單位大量設計人才的流失，鋼結構二次深化設計中的節點設計就出現了人才斷層，另外，一些具有設計能力的施工單位，由于各種原因所致，各個鋼結構制作企業的設計能力與設計質量也存在較大的差異，這也是我國當前鋼結構二次深化設計的現狀，急需要進行改觀。

3　鋼結構節點設計的方法

3.1傳統的鋼結構二次設計中節點設計方法

3.1.1設計中使用的軟件

在進行鋼結構節點設計的時候，所需要的軟件有繪圖軟件與分析軟件。在我國，各個設計院通常使用的分析軟件主要有PKPM中sts鋼結構模塊以及3D3S等，繪圖時所采用的軟件主要是最基本的繪圖軟件AutoCAD，對于一些設施比較好的設計院，還設有專門的程序設計辦公室，他們會開發一些小程序，來幫助設計人員繪制施工圖紙，這樣能夠大大的提升圖紙的繪圖效率。三維放樣大多數情況下會使用CAD來進行，一些條件較好的設計院還會采用Tekla以及Revit等來進行建模。

3.1.2施工圖存在的利弊

傳統的施工圖通常采用CAD進行繪制，它與早期的施工圖相比，已經有了很大的改觀。然而，鋼結構工程比傳統的鋼筋混凝土工程要復雜，在使用傳統繪圖方式進行繪圖時存在著比較明顯的缺陷，主要分為兩點：①鋼結構較為復雜，且節點非常多，經常會出現遺漏節點的現象；②節點的表達方式比較單調，不能夠全方位的進行表達。比如，一個復雜的節點，其周圍的情況也是比較復雜的，常常有沖突發生。

3.2鋼結構節點設計新型設計方法

對于傳統鋼結構節點設計的缺陷，經過多次的探索，終于找到了一個能夠很有效提升節點設計質量的方法。在節點設計之前，設計人員先與施工現場的工程師進行接觸溝通，然后使用詳圖深化模型，進行全方位的節點設計施工。

深化設計所用軟件：

在對鋼結構節點進行深化設計時，所用的軟件種類選擇很多，但大多數單位采用的是Tekla Structures軟件，它是由芬蘭的一家公司研發的。這種軟件的性能非常好，不僅有強大的三維建模性能，而且操作起來也不復雜，成型之后，立體感強，比較直觀。對于鋼結構中一些比較復雜的節點，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計進行節點的探討，更加準確便捷。

4　工程應用實例

福建省廈門市某研發設計中心大樓項目，結構為鋼-混凝土組合結構，承擔著對本項目施工圖紙以及節點設計的審核工作。

4.1設計前得準備

在設計之前，首先要做的是要編寫設計任務書，包括施工工藝、建筑、電氣以及水暖等，對各個部分的使用功能、結構圖、零件表以及節點詳圖，提出要求，另外所用的材料明細也要做出。

4.2選擇合理的方案

在進行節點設計之前，與一次設計院進行了溝通交流。此項目的工程量比較大，同時工期也比較緊張，施工的工藝相對更加復雜。而且這個工程是我公司承擔的較大項目。因此，必須更加謹慎小心，所有的工藝方案應該交由項目的業主方及總包方進行確認，得到確認之后再進行施工。

4.3對圖紙進行審核

首先要明確每個部分的構件焊接要求是否與國家的規范相符合，每個截面型材料的用鋼量是否超標；節點有無遺漏發生、是否與混凝土的鋼筋位置發生碰撞。除此之外，還要對一些細節進行注意，比如，天溝、雨水管以及屋面泛水的做法等，盡可能的把能出現的問題都在施工前解決，確保施工按時完成。

4.4對圖紙進行二次設計

在正式施工之前，要對圖紙進行二次深化設計。深化設計時，要以一次設計圖紙為基礎，在此基礎上進行修補。

5　結語

綜上所述，隨著我國高層、超高層建筑的不斷增加，大型體育公共設施建設項目的興建，以及抗震設計等級的提高，鋼結構需求量也在不斷加大。鋼結構由于設計比較復雜，在施工之前，需要對鋼結構的節點進行二次深化設計，以避免出現問題。本文先論述了鋼結構二次設計的重要性，進而分析了目前的現狀，然后提出了新的深化節點設計的方法，并通過具體的實例進行了論證，期待本文的分析能夠有利于我國鋼結構建筑質量的提升。

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[3]譚堅，區彤，李松柏，方國華.鋼結構節點研究[J].建筑結構，2011，S1：829～835.

TU391

A

1673-0038（2015）27-0033-02

2015-6-19

鄒秀平（1980-），工程師，大學本科，主要從事鋼結構深化設計方面的工作。