裝配式鋼結構設計要點

李旭輝

（中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，長沙 410014）

1 引言

隨著國家對建筑行業現代化發展的支持，工程企業已然意識到了綠色化發展的優勢，也在積極探索綠色環保的發展道路。裝配式鋼結構建筑的技術優勢明顯，并且符合建筑施工中節能環保的總體要求。為促進施工目標的總體實現，相關工作人員需嚴格遵守各個環節的設計要點，提升裝配式鋼結構的建筑質量。

2 裝配式鋼結構建筑特點

現階段的建筑工程中，人們越來越傾向于裝配式鋼結構建筑的使用。裝配式鋼結構在當下廣受歡迎主要是由于其特殊的設計和施工方式，在具體的施工作業中，表現出明顯的工業化特點，符合建筑行業現代化發展的要求。隨著技術的日漸進步，在裝配式鋼結構施工中，通過現代化技術軟件的使用，可以在建模基礎上進行結構分析和設計優化，克服了傳統設計的局限，不僅可以提高設計的總體質量和水平，更可以縮短設計周期。結構內力分析和尺寸設計是裝配式鋼結構設計中的關鍵環節，施工人員需通過專業建模軟件和結構軟件的使用來實現，并且可以很好地進行設計細節優化。這些專業模型具備可視化和協調性優勢，對結構設計起到了重要的輔助作用[1]。從裝配式鋼結構的安裝來看，因為總體的結構相對簡單，再加上構件生產的便捷性，結構中所涉及的鋼構件和預制墻板，均可以實現現場組裝，設計和安裝環節有效結合起來，現場的一切施工作業可有序開展。

3 裝配式鋼結構設計要點分析

3.1 結構標準化設計

結構標準化設計中應嚴格注意以下要點：（1）平面和空間的設計上，利用統一模塊化和標準化接口來完成；（2）剖面設計上，設計人員應結合最終所需要達到的功能要求，綜合全部因素和設計標準，確定主體結構、設備管線、層高和凈高尺寸；（3）在各個構件生產和裝配前提下，綜合主體結構層間變形、密封材料變形能力、施工誤差、溫差變形等各個設計標準和要點，保持構件尺寸、安裝位置的公差協調。

隨著信息技術的廣泛應用，在裝配式鋼結構設計中就融合了信息技術，這種新型的設計理念，要求相關設計人員在設計過程中遵循一體化設計標準。由于裝配式建筑中包含了結構、給水、排水、燃氣和供暖等設計方面，設計人員在總體的設計工作中，應保持不同專業之間的協調性，使得裝配式鋼結構建筑設計更具完整性和協同性的特點。為保證信息化設計目標的完全實現，整個設計工作要嚴格做好全過程的信息化管理，在條件允許的情況下，工程企業應建立完善可行的構件生產管理系統和構件生產信息數據庫，設計人員在設計工作中，可以直接從數據庫中調取相應的構件信息來開展規范化設計[2]。一體化設計下，設計、生產、施工和運維階段的一切工作開展，完全可以實現信息共享，裝配式鋼結構施工建設的全過程中，動態化追溯、數字化管理更為便捷。

3.2 連接件的設計和承載力的計算

在裝配式鋼結構中，因為涉及不同構件的安裝，在結構施工中要注意連接件的設計。首先，在連接件設計中，為提升總體的結構穩定性，最好減少臨時支撐預埋件和固定連接件的預埋吊件設置，在不得不使用的情況下，需遵守標準化設計要求。連接件制作、運輸和安裝中，專業人員需詳細了解預制件的演算，在精確計算的基礎上進行各個細節的優化。其次，加強預制構件承載力的檢驗，使得這些連接件可以在裝配式鋼結構中發揮其連接作用，即使在地震作用力下，整體結構依舊可以保持完整性。最后，加強對預制構件裂縫、變形、承載力的計算和檢驗，做好耐久性優化。

3.3 裝配式鋼結構接地防雷設計要求

裝配式鋼結構建筑中配備有多種的電氣設備和設施，在高強度的雷電作用下，這些電氣設備設施可能遭遇雷電侵襲，增大電氣設備的使用風險，因此，任何的裝配式鋼結構設計中，都不可忽視防雷接地設計。在開展防雷接地設計的過程中，設計人員應結合裝配式鋼結構所處地區的氣候特點來開展有針對性的設計[3]。比如，在相應的設計規范中明確規定：如果裝配式鋼結構建筑為輕鋼建筑結構，當主鋼構件、次鋼構件和彩鋼圍護體系實現了可靠連接，形成持久電氣通道以后，只需要接地裝置可靠就可將鋼柱直接作為防雷接地中的下引線。整體的設計工作開展時，專業設計人員應將全部的預埋地腳螺栓與基礎箍筋可靠焊接，達到相應的連接標準。此外，裝配式建筑結構的防雷設計方面，根據部分結構自身的特性，可以在防雷系統中配備防雷接閃器。

3.4 裝配式鋼結構的屋面防水設計要求

裝配式鋼結構的屋面防水設計也極為重要，如果屋面的防水性能不夠，水分向建筑結構中的滲入可能會導致整個結構被破壞。裝配式鋼結構建筑的屋面防水設計要求較高，在設計工作進行時，應遵循相應的設計標準，提升屋面防水等級和性能，避免屋面防水設計不當所引起的屋面漏水和滲水。設計人員應結合裝配式鋼結構的建筑特點、屋面類型，建立高性能的屋面防水系統。在工程實踐中，可適當增大屋面的排水坡度，對相應的因素加以綜合考慮，采用直立鎖縫技術，經由懸浮技術使得屋面可以懸浮于建筑內的指定部位。直立鎖縫技術下所形成的屋面系統的溫度應力相對較好，雖然夏季和冬季的溫度差異相對較大，但直立鎖縫屋面系統依舊可以保持良好的溫度條件。

3.5 裝配式建筑鋼結構防火設計要求

在現階段的各類建筑中，人們對建筑防火等級提出了越來越高的要求。因此，裝配式鋼結構建筑設計中，同樣要加強防火設計。不同使用條件下的裝配式鋼結構建筑，也有著不同的防火等級和防火設計要求，比如，配電站和變電站的防火等級相對較高。裝配式鋼結構防火設計總體上應遵守以下要點：（1）外墻裝飾材料選用巖面夾芯板或者水泥纖維板等材料，因為這些材料的防火性能相對較好；（2）室內裝飾裝修方面，盡可能采用A 級不燃無機涂料或者其他防火性能好的材料；（3）主要受力構件需涂防火涂料、包裹耐火材料。

3.6 建筑平面設計

裝配式鋼結構建筑設計中，應兼顧美觀性、實用性、經濟性和安全性要求。首先，在平面設計中，對于豎向承重構件最后成列布設，且每個部位要對齊，各個構件尺寸應以結構受力情況和特點、預制構件設計要求為基準[4]。其次，在立面和外墻的設計方面，應采取相應的設計優化對策，達到立面多樣性、結構美觀性和經濟性的目標。另外，在門窗和節點的設計方面，需注意每個參數的精度控制，可以選用無門窗副框的安裝方式。最后，細部構造設計應兼顧防滲漏、拼接和接縫等的設計標準。

3.7 結構設計

結構設計中，附屬加強結構和主體結構等均是主要的設計方面。在附屬加強結構設計的過程中，需重點關注連接板、加強板、加強肋的設計，而主體結構設計重點包含了鋼節點、鋼柱和鋼梁設計。總體的結構設計中，需嚴格遵守以下方面的設計要點：（1）整體結構中應遵循規范化設計標準，盡量減少臨時支撐預埋件和固定連接件的預埋吊件使用；（2）安裝、運輸和制作的各個環節，必須要做好對各個預制構件的受力檢驗，保障每個設計細節都能夠符合結構標準；（3）分析在地震條件下的結構受力情況，計算和檢驗每個構件的承載力是否可以達到結構抗震性、穩定性的要求；（4）為提升結構耐久性，設計工作中應加強預制構件裂縫、變形和承載力的計算和檢驗。

以某裝配式鋼結構建筑的結構設計為例，從以下方面對于梁柱節點進行設計：（1）鋼與梁腹部的連接處理，利用全熔透坡口焊縫方式。當板厚在16 mm 以下時，采用雙面角焊縫，且包含焊縫厚度在5 mm 以上；當板厚超過16 mm 的情況下，利用K 字形坡口對接焊縫。（2）柱與梁翼緣的連接，重點是要保障焊接方式的科學選擇。焊接工序開展時，需在焊縫連接部位進行襯板的布設，形成全熔透坡口焊縫，將弧板設置在翼緣坡口兩側，在梁腹板的上下端構成扇形切角，最后通過圓弧過渡保障端部和鋼梁翼緣的連接處理效果。

3.8 機電設備設計

3.8.1 給排水管道預留預埋

由于裝配式鋼結構建筑的各個構件多為預制構件，在給排水管道設計時，尤其要注重預埋預留處理的效果，結合廚衛布設要求，在廚衛的預制墻體中開展管道布設。通常情況下，給排水管道的預留和預埋主要包含了預埋管線和預留管道槽。為保障設計的質量，應結合結構特點來選擇恰當的預留預埋方式。具體實踐中應注意以下要點：（1）預留管道槽的絕對位置確定方面，應根據管線型號等來確定，且要準確標注在施工圖紙上；（2）預留管道槽設計時，應給后續的管道安裝調試留有一定的空間，對于彎頭等特殊位置，應適當加大預留槽的深度；（3）預留管道槽深度必須要與預埋管道的尺寸完全一致。

3.8.2 燃氣管道預留預埋

對于燃氣管道而言，因為其設計不當會引起嚴重的事故，因此，在設計過程中，應加強燃氣管道的預留預埋處理，在入戶管道外墻板的預留中，尤其要注意對預留數量、尺寸的控制，并保障預留位置的正確性。

3.9 管線設計

裝配式鋼結構建筑設計中，因為涉及的管線種類繁多，各類管線存在交叉，因此，為提升建筑結構中的管線設計水平，應進行管線優化設計，尤其要注重裝修層和預制構件之間的管線優化[5]。主要從以下方面來進行管線的細節優化：（1）小管徑管線避讓大管徑管線，結合裝配式鋼結構建筑的現場情況，首先進行大管徑管線的布設；（2）壓力管線避讓重力管線，當存在壓力管線和重力管線的沖突和碰撞時，首先進行重力管線的布設，在重力管線的布設基本要求都符合設計標準后，再進行壓力管線的布設；（3）冷水管線避讓熱水管線，因為熱水管線的施工中，往往需進行保溫層的處理，因此，其施工的技術標準高且成本也高，在施工作業進行時，應結合現場情況來進行熱水管道的優先布設；（4）保持電纜橋架和流體管道各自的獨立性，如果工程現場的具體情況無法滿足分開布設的要求，應將電纜橋架優先布設在流體管道的上方，因為一旦流體管道被破壞以后，可能會出現嚴重的滲漏現象，而流體的滲漏會對電纜產生嚴重的破壞。

4 結語

綜上所述，隨著建筑行業的快速發展，裝配式鋼結構施工工藝和技術取得了一定的發展，雖然裝配式鋼結構建筑具有多方面的性能優勢，但對于設計的要求非常高，涉及的設計內容多，且每個設計環節都有嚴格的設計要求。為提升裝配式鋼結構施工質量，設計人員要嚴格遵守相應的設計標準，不斷提高和優化設計水平，從而更好地推動我國建筑工程行業的可持續發展。