浅析钢结构建筑深化设计

浅析钢结构建筑深化设计

王怀鹏

天元建设集团有限公司山东临沂276000

摘要：随着社会的进步，钢结构建筑的应用越来越广泛，钢结构的建筑也越来越多，钢结构深化设计越显得重要。钢结构深化设计对确保工程施工质量的重要性，介绍了钢结构深化设计的实施方法，有着明确的目的，需要对其深化设计进行分析，最大限度的提高钢结构工程设计水平，从而确保钢结构工程的质量。

关键词：钢结构；深化设计；内容及意义；分析

引言

近年来随着现代建筑材料及施工技术的快速发展，钢结构工程由于具有强度高、刚度大、自重轻、便于标准化加工、施工周期短、造型美观等特点，越来越广泛的应用于高层、超高层建筑、大跨大空间建筑以及大型公共建筑中，如北京奥运会主场馆-鸟巢、水立方、上海金茂大厦、天津体育中心等等。钢结构构件节点的数量及种类多，造型和受力复杂，它的每一个构件都需要施工详图，即所谓的钢结构深化设计。因此，深化设计在钢结构施工中占有重要地位，深化设计的好坏不仅是对设计图纸的贯彻和执行，更是对设计图纸的补充和完善，将直接影响到整个工程的进度和质量。

一、钢结构深化设计的主要内容及意义

1、深化设计的主要内容

深化设计是在钢结构工程原设计图的基础上，结合工程情况，构件制作，运输及安装等施工工艺和其他专业的配合要求进行的二次设计。主要包括：主体钢结构节点设计，绘制施工详图，解决核心筒钢结构与外部框架钢结构的相互关系，复杂节点，使其构件在工厂加工及现场安装过程中能够顺利进行，作好土建钢筋预留洞，机电设备留洞，幕墙连接件等前期工作[1]。

2、深化设计的重要性与必要性

深化设计是钢结构设计与施工中不可缺少的一个重要环节，它贯穿于设计和施工的全过程。提供施工详图，配合制定合理的施工方案，临时施工支撑设计，施工安全性分析，结构变形分析与控制，结构安装仿真等工作。对于提高设计和施工速度，施工质量，降低成本，保证施工安全等起着积极作用。施工详图的设计质量，直接影响着钢结构构件的制作和安装。尤其是现在，市场行情大多数工程处于边设计边施工阶段状态，工期比较紧迫，设计院一次图纸设计又不能配套完成。因此深化设计这一环节更是起着举足轻重的作用。钢结构的构件制作及安装必须有安装布置图及制作详图，施工详图要详细地设计钢结构的每一个构件，为钢结构制作单位和安装单位提供必要的，更为详尽的，便于进行施工操作的技术文件。通过图纸的深化设计，使复杂分散的节点细化成为有规律的、一目了然的施工图。使施工过程中每个构件的制作与安装都能顺利进行，使工程能够保质保量地完成。

二、分析钢结构深化设计

1、钢结构深化设计说明

设计说明一般作为工厂加工和现场安装指导用，说明中一般都应包含有：设计依据、工程概况、材料说明（钢材、焊接材料、螺栓等）、下料加工要求、构件拼装要求、焊缝连接方式、板件坡口形式、制孔要求、焊接质量要求、抛丸除锈要求、涂装要求、构件编号说明、尺寸标注说明、安装顺序及安装要求、构件加工安装过程中应注意的事项等。通过钢结构深化设计说明归纳汇总，将项目的基本要求展现给加工、安装人员[2]。

2、构件布置图设计

构件布置图主要作为现场安装用，设计人员根据结构图中构件截面大小、构件长度、不同用途的构件进行归并、分类，将构件编号反映到建筑结构的实际位置中去，采用平面布置图、剖面图、索引图等不同方式进行表达，构件的定位应根据其轴线定位、标高、细部尺寸、文字说明加以表达，以满足现场安装要求。当对结构构件进行人工归并分类时，要特别注意构件的关联性，否则很容易误编而导致构件拼装错误。构件的外形可采用粗单线或简单的外形来表示，在同一张图或同一套图中不应采用相同编号的构件。因细节或孔位不同的梁就应单独编号。对安装关系相反的构件，编号后可采用加后缀的方式来区别。

3、构件详图设计

构件详图主要作为生产车间加工组装用，根据钢结构设计图和构件布置图采用较大比例来绘制，对组成构件的各类大、小零件均应有详细的编号、尺寸、孔定位、坡口做法、板件拼装详图、焊缝详图，并应在构件详图中提供零件材料表和本图的构件加工说明要求，材料表中应至少包含零件编号、厚度、规格、数量、重量、材质等。在表达方式上可采用正视图、侧视图、轴侧图、断面图、索引详图、零件详图等。每一构件编号均应与构件布置图中相对应，零件应尽可能按主次部件顺序编号。构件详图中应有定位尺寸、标高控制和零件定位，构件重心位置等。构件绘制时应尽量按实际尺寸绘制，对细长构件，在长宽方向可采用不同的比例绘制。对于斜尺寸应注明斜度，当构件为多弧段时，应注明其曲率半径和弧高。总之，构件详图设计图纸表达深度应该以满足构件加工制作为最低要求，在图纸表达上应尽量做到详细。

建筑钢结构构件深化详图绘制相当繁琐，如果采用传统的手工绘制，对拆图人员的业务水平要求的相当苛刻，也不可避免的出现错误。深化详图软件的使用可以大大的提高图纸的正确性和精确度，也大大的减少了钢结构详图的设计周期，使企业更有竞争力。深化设计的常用软件有许多如SAP2000、MIDAS/GEN、PKPM、MST、ANSYS等，每个软件具有不同的特点，适用不同的条件，在实际工程中可以根据不同的需要进行合理的选择。构件详图的常用设计软件主要有AutoCAD、TEKLA和StruCAD[3]。

4、安装节点详图设计

当结构施工图中已经有节点详图时，深化设计过程可以不考虑这些节点的设计、绘制。但当结构设计图中节点不详或属于深化设计阶段增加的节点图，则在安装节点详图中应该表达出来，以满足现场安装需要。节点详图应能明确表达构件的连接方式、螺栓数量、焊缝做法、连接板编号、索引图号等。节点中的孔位、螺栓规格、孔径应与构件详图中统一。钢结构深化设计是耗费大量人力物力的工作，目前国内采用三种方式来做钢结构深化设计：AUTOCAD、struCAD、Xsteel等专业软件，大大提高了钢结构深化设计的出图效率。

5、构造节点优化

深化设计前应审查设计文件是否提供齐全，是否合法有效。应明确合同加工范围，避免构件多做或少做。加工详图应具备可追溯性：构件图中应注明所有零、部件的图号，无需下料图的应注明“本页无下料图”，避免零、部件多做；零、部件详图中应注明所属构件的图号。H型钢屋面梁的下料图中，宜标识坡度及对角线，便于精确加工和有效检验。复核锚栓露出柱脚的有效长度。基础设有二次浇灌层，检查柱底是否设有固定支座或固定垫片及螺母。

三、结束语

总而言之，钢结构深化设计应特别注意细节处理，还要对细节进行多重考虑，确保在施工中不出现遗漏与错误，确保施工可操作性，使得钢结构工程各阶段的工作顺利进行。

参考文献

[1]汤金华，钢结构制造与安装，东南大学出版社，2012；

[2]兰虹，杨甄，白民哲，钢结构详图设计的几点思考[J]，陕西建筑，2013（215）；

[3]中国钢结构协会，建筑钢结构施工手册[J]，2016（13）。