淺析建筑鋼結構工程設計及其注意事項

朱旭升

摘 要：鋼結構因為其自身的質地輕、強度大，被普遍的應用在高層和一些大跨度以及異形的建筑工程里。在工程進行實踐過程中，鋼結構所進行的設計當前盡管已經十分完善可是還是存在較多問題，包括：設計方各自為政的情況屢見不鮮，銜接位置處置不適宜；構配件在設計與施工中出現的碰撞；施工過程中因為吊裝和拼接出現的偏差還有施工成本概預算存在較大的偏差等。文章基于此本文針對以上提到的幾個方面，站在BIM 技術的視角上，提出了一些切實可行的處置方案。

關鍵詞：建筑工程；BIM技術；鋼結構設計；優化要點

1、建筑結構設計中鋼結構設計的重要性

鋼結構設計包括設計規劃的整個演變，設計藍圖到實物，以及鋼結構產品。一方面，鋼結構設計反映了建筑的整體質量，反過來又影響了建筑業的發展。另一方面，鋼結構設計也影響了現代鋼結構制造業的發展。從建筑結構設計的角度來看，鋼結構設計不僅對幾何設計提出了更高的要求，而且對具體的施工技術提出了專業要求。因此，鋼結構設計師必須具備高水平的專業技能和工作經驗和強大的整合素質素養。

鋼結構設計的難度是很大的。設計人員需要結合施工項目的施工性質和工程圖紙，準確把握鋼結構設計的關鍵點，在頭腦中形成清晰的立體結構，并通過設計圖紙進行展示，確保鋼結構整體的設計質量。

在鋼結構設計過程中，設計人員必須嚴格遵守相關的設計規范和原則，充分把握結構和結構應力特性的要求，在符合國家標準的前提下合理設計。同時，要結合施工項目的施工要求，優化鋼結構關鍵部位的設計，確保鋼結構設計質量，確保施工項目順利施工，使得建筑企業在市場上的競爭力得到提升。

2、鋼結構存在的問題

2.1鋼結構的失穩問題

當前有很多的調查數據顯示出，建筑工程鋼結構安全事故的的核心原因就是因為鋼結構自身的不穩造成的。首先，鋼結構其自身的不穩定性主要有：局部不穩定性，以及局部不穩定引起的間接整體不穩定性。

當彎曲部分不穩定且尺寸超出公差范圍時，鋼結構施工項目的質量受到嚴重影響。如果設計者在進行建筑結構的鋼結構設計時沒有充分考慮鋼結構的支撐功能，也會導致不穩定問題；如果鋼結構吊裝不當，會造成桁架和桁架桿。作品力量的巨大變化也會導致不穩定問題。

導致鋼結構不穩定的因素很多。設計人員和施工人員應注意并做好相應的預防措施，確保施工項目的施工質量。

2.2鋼結構的腐蝕問題

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候、還有就是出現侵蝕性比較強的環境中，鋼結構就會出現生銹和腐蝕的情況，這樣的一種情況會令構件自身的承載能力被減弱，嚴重的時候會使其出現嚴重的安全事故。通過對于木屋架和鋼木屋架以及鋼筋混凝土屋架還有鋼屋架產生安全事故的相關數據進行統計和調查的結果不難發現，鋼屋架產生的安全事故當前的占比已經達到了60%，而產生這一問題的主要原因是因為鋼結構出現的腐蝕問題而產生的。

2.3鋼結構的火災問題

鋼材自身的耐高溫性并不是很高，其自身的性能會伴隨著溫度上的轉變而出現變化，在溫度提升到430至540攝氏度區間的時候，鋼材其自身的屈服點以及抗拉強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消失。建筑物其自身的構件耐火性能較弱，在出現火災的時候這種承載能力不能夠得到快速的延續，會為安全疏散和物資搶救與撲滅火災等相關的消防活動帶來阻礙。

3、基于BIM視角的鋼結構設計優化

3.1鋼結構設計單體銜接處理

在Tekla Structures里去把建筑施工平面有關的設計信息輸入其中挖槽三維建模，處理二維模型無法可視而產生的錯誤判斷；按照經驗，去將結構類型輸入其中，并且把BIM軟件里模擬建筑受力進行確認，判斷結構設計上是不是合理；輸入給排水還有電氣設施，并且去對綠色建筑進行評定，同時使用BIM軟件去對整體設計給予優化。BIM設計過程中，需要使得全部設計參數的數值能夠保持在一個界面上進行運行，使其構成不同設計單體的成果，使得結構更為合理。在這樣的一個模塊中對其給予更改，降低多個部門產生的摩擦，并且還可以節約時間，提升效率。

3.2鋼結構構配件碰撞處理

BIM可以通過仿真技術模擬建筑結構的真實信息，形成三維構圖。并且相關部件可以通過navisworks軟件檢查，以最大限度地減少施工期間部件的設計變化。同時，BIM還可以處理不同構造類型之間的碰撞：例如，首先構造某個構件，但占用的空間相對較大，導致后續構件的構造平面被占用和重新加工；使用BIM，鋼結構模型通過VR技術虛擬化。模擬，保留必要的通道孔以避免施工碰撞。

3.3鋼結構施工過程中偏差處理

在鋼結構的設計和施工中，嚴格控制現場，并定期將現場施工數據輸入BIM平臺，評估施工質量。根據BIM平臺的實際信息反饋，改變鋼結構設計，修復現場施工質量。

BIM平臺可以實時監控來源信息源，及時提取鋼結構部件的出廠信息，通過三維建模和VR技術形成圖紙的視覺效果，模擬真實的拼接情況，反饋形成的錯誤進入結構設計。根據獲得的信息，設計人員執行偏心計算，以檢查設計是否符合預期的質量要求。徐州奧林匹克體育中心采用BIM技術進行奧運中心采用的關鍵部件（如收縮夾和施工焊縫）的施工和安裝，并通過VR技術模擬現場安裝動畫，使其對施工起到指導作用。

3.4鋼結構成本概預算分析

傳統的鋼結構預算是指通過廣利達等軟件對數量清單進行計量和定價，但計算機設計更具有程序性，不考慮市場變化。BIM技術使用SD建模來考慮時間因素對項目的影響。例如，市場上工程材料的價格變化和施工技術水平將影響現場施工過程，最終影響施工項目的質量。

BIM技術可以準確地估算工程成本，使用現場模擬技術，并選擇合理和經濟的鋼結構部件，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件，變截面錐形管和大直徑彎管等，采用BIM技術輸入設計參數，模擬施工環境，驗證每個節點和每個應力的準確性，然后進行現場施工。這種設計策略一方面滿足了形狀的設計要求，另一方面降低了修復的風險，降低了項目成本，并注重市場材料的價格變化，綜合考慮各種因素影響建筑施工，改善施工，使得預算自身的準確性得到了有效提升。

參考文獻

[1]蔡建友.建筑鋼結構節點主要分類及設計要點[J].商品與質量，2015，（26）.

[2]韓春陽，杜行宇，建筑鋼結構節點分類及設計要點分析[J].住宅與房地產，2017，（24）.

（作者身份證號碼：321322198706270835）