装配式钢结构设计要点

李旭辉

（中国水利水电建设工程咨询中南有限公司，长沙 410014）

1 引言

随着国家对建筑行业现代化发展的支持，工程企业已然意识到了绿色化发展的优势，也在积极探索绿色环保的发展道路。装配式钢结构建筑的技术优势明显，并且符合建筑施工中节能环保的总体要求。为促进施工目标的总体实现，相关工作人员需严格遵守各个环节的设计要点，提升装配式钢结构的建筑质量。

2 装配式钢结构建筑特点

现阶段的建筑工程中，人们越来越倾向于装配式钢结构建筑的使用。装配式钢结构在当下广受欢迎主要是由于其特殊的设计和施工方式，在具体的施工作业中，表现出明显的工业化特点，符合建筑行业现代化发展的要求。随着技术的日渐进步，在装配式钢结构施工中，通过现代化技术软件的使用，可以在建模基础上进行结构分析和设计优化，克服了传统设计的局限，不仅可以提高设计的总体质量和水平，更可以缩短设计周期。结构内力分析和尺寸设计是装配式钢结构设计中的关键环节，施工人员需通过专业建模软件和结构软件的使用来实现，并且可以很好地进行设计细节优化。这些专业模型具备可视化和协调性优势，对结构设计起到了重要的辅助作用[1]。从装配式钢结构的安装来看，因为总体的结构相对简单，再加上构件生产的便捷性，结构中所涉及的钢构件和预制墙板，均可以实现现场组装，设计和安装环节有效结合起来，现场的一切施工作业可有序开展。

3 装配式钢结构设计要点分析

3.1 结构标准化设计

结构标准化设计中应严格注意以下要点：（1）平面和空间的设计上，利用统一模块化和标准化接口来完成；（2）剖面设计上，设计人员应结合最终所需要达到的功能要求，综合全部因素和设计标准，确定主体结构、设备管线、层高和净高尺寸；（3）在各个构件生产和装配前提下，综合主体结构层间变形、密封材料变形能力、施工误差、温差变形等各个设计标准和要点，保持构件尺寸、安装位置的公差协调。

随着信息技术的广泛应用，在装配式钢结构设计中就融合了信息技术，这种新型的设计理念，要求相关设计人员在设计过程中遵循一体化设计标准。由于装配式建筑中包含了结构、给水、排水、燃气和供暖等设计方面，设计人员在总体的设计工作中，应保持不同专业之间的协调性，使得装配式钢结构建筑设计更具完整性和协同性的特点。为保证信息化设计目标的完全实现，整个设计工作要严格做好全过程的信息化管理，在条件允许的情况下，工程企业应建立完善可行的构件生产管理系统和构件生产信息数据库，设计人员在设计工作中，可以直接从数据库中调取相应的构件信息来开展规范化设计[2]。一体化设计下，设计、生产、施工和运维阶段的一切工作开展，完全可以实现信息共享，装配式钢结构施工建设的全过程中，动态化追溯、数字化管理更为便捷。

3.2 连接件的设计和承载力的计算

在装配式钢结构中，因为涉及不同构件的安装，在结构施工中要注意连接件的设计。首先，在连接件设计中，为提升总体的结构稳定性，最好减少临时支撑预埋件和固定连接件的预埋吊件设置，在不得不使用的情况下，需遵守标准化设计要求。连接件制作、运输和安装中，专业人员需详细了解预制件的演算，在精确计算的基础上进行各个细节的优化。其次，加强预制构件承载力的检验，使得这些连接件可以在装配式钢结构中发挥其连接作用，即使在地震作用力下，整体结构依旧可以保持完整性。最后，加强对预制构件裂缝、变形、承载力的计算和检验，做好耐久性优化。

3.3 装配式钢结构接地防雷设计要求

装配式钢结构建筑中配备有多种的电气设备和设施，在高强度的雷电作用下，这些电气设备设施可能遭遇雷电侵袭，增大电气设备的使用风险，因此，任何的装配式钢结构设计中，都不可忽视防雷接地设计。在开展防雷接地设计的过程中，设计人员应结合装配式钢结构所处地区的气候特点来开展有针对性的设计[3]。比如，在相应的设计规范中明确规定：如果装配式钢结构建筑为轻钢建筑结构，当主钢构件、次钢构件和彩钢围护体系实现了可靠连接，形成持久电气通道以后，只需要接地装置可靠就可将钢柱直接作为防雷接地中的下引线。整体的设计工作开展时，专业设计人员应将全部的预埋地脚螺栓与基础箍筋可靠焊接，达到相应的连接标准。此外，装配式建筑结构的防雷设计方面，根据部分结构自身的特性，可以在防雷系统中配备防雷接闪器。

3.4 装配式钢结构的屋面防水设计要求

装配式钢结构的屋面防水设计也极为重要，如果屋面的防水性能不够，水分向建筑结构中的渗入可能会导致整个结构被破坏。装配式钢结构建筑的屋面防水设计要求较高，在设计工作进行时，应遵循相应的设计标准，提升屋面防水等级和性能，避免屋面防水设计不当所引起的屋面漏水和渗水。设计人员应结合装配式钢结构的建筑特点、屋面类型，建立高性能的屋面防水系统。在工程实践中，可适当增大屋面的排水坡度，对相应的因素加以综合考虑，采用直立锁缝技术，经由悬浮技术使得屋面可以悬浮于建筑内的指定部位。直立锁缝技术下所形成的屋面系统的温度应力相对较好，虽然夏季和冬季的温度差异相对较大，但直立锁缝屋面系统依旧可以保持良好的温度条件。

3.5 装配式建筑钢结构防火设计要求

在现阶段的各类建筑中，人们对建筑防火等级提出了越来越高的要求。因此，装配式钢结构建筑设计中，同样要加强防火设计。不同使用条件下的装配式钢结构建筑，也有着不同的防火等级和防火设计要求，比如，配电站和变电站的防火等级相对较高。装配式钢结构防火设计总体上应遵守以下要点：（1）外墙装饰材料选用岩面夹芯板或者水泥纤维板等材料，因为这些材料的防火性能相对较好；（2）室内装饰装修方面，尽可能采用A 级不燃无机涂料或者其他防火性能好的材料；（3）主要受力构件需涂防火涂料、包裹耐火材料。

3.6 建筑平面设计

装配式钢结构建筑设计中，应兼顾美观性、实用性、经济性和安全性要求。首先，在平面设计中，对于竖向承重构件最后成列布设，且每个部位要对齐，各个构件尺寸应以结构受力情况和特点、预制构件设计要求为基准[4]。其次，在立面和外墙的设计方面，应采取相应的设计优化对策，达到立面多样性、结构美观性和经济性的目标。另外，在门窗和节点的设计方面，需注意每个参数的精度控制，可以选用无门窗副框的安装方式。最后，细部构造设计应兼顾防渗漏、拼接和接缝等的设计标准。

3.7 结构设计

结构设计中，附属加强结构和主体结构等均是主要的设计方面。在附属加强结构设计的过程中，需重点关注连接板、加强板、加强肋的设计，而主体结构设计重点包含了钢节点、钢柱和钢梁设计。总体的结构设计中，需严格遵守以下方面的设计要点：（1）整体结构中应遵循规范化设计标准，尽量减少临时支撑预埋件和固定连接件的预埋吊件使用；（2）安装、运输和制作的各个环节，必须要做好对各个预制构件的受力检验，保障每个设计细节都能够符合结构标准；（3）分析在地震条件下的结构受力情况，计算和检验每个构件的承载力是否可以达到结构抗震性、稳定性的要求；（4）为提升结构耐久性，设计工作中应加强预制构件裂缝、变形和承载力的计算和检验。

以某装配式钢结构建筑的结构设计为例，从以下方面对于梁柱节点进行设计：（1）钢与梁腹部的连接处理，利用全熔透坡口焊缝方式。当板厚在16 mm 以下时，采用双面角焊缝，且包含焊缝厚度在5 mm 以上；当板厚超过16 mm 的情况下，利用K 字形坡口对接焊缝。（2）柱与梁翼缘的连接，重点是要保障焊接方式的科学选择。焊接工序开展时，需在焊缝连接部位进行衬板的布设，形成全熔透坡口焊缝，将弧板设置在翼缘坡口两侧，在梁腹板的上下端构成扇形切角，最后通过圆弧过渡保障端部和钢梁翼缘的连接处理效果。

3.8 机电设备设计

3.8.1 给排水管道预留预埋

由于装配式钢结构建筑的各个构件多为预制构件，在给排水管道设计时，尤其要注重预埋预留处理的效果，结合厨卫布设要求，在厨卫的预制墙体中开展管道布设。通常情况下，给排水管道的预留和预埋主要包含了预埋管线和预留管道槽。为保障设计的质量，应结合结构特点来选择恰当的预留预埋方式。具体实践中应注意以下要点：（1）预留管道槽的绝对位置确定方面，应根据管线型号等来确定，且要准确标注在施工图纸上；（2）预留管道槽设计时，应给后续的管道安装调试留有一定的空间，对于弯头等特殊位置，应适当加大预留槽的深度；（3）预留管道槽深度必须要与预埋管道的尺寸完全一致。

3.8.2 燃气管道预留预埋

对于燃气管道而言，因为其设计不当会引起严重的事故，因此，在设计过程中，应加强燃气管道的预留预埋处理，在入户管道外墙板的预留中，尤其要注意对预留数量、尺寸的控制，并保障预留位置的正确性。

3.9 管线设计

装配式钢结构建筑设计中，因为涉及的管线种类繁多，各类管线存在交叉，因此，为提升建筑结构中的管线设计水平，应进行管线优化设计，尤其要注重装修层和预制构件之间的管线优化[5]。主要从以下方面来进行管线的细节优化：（1）小管径管线避让大管径管线，结合装配式钢结构建筑的现场情况，首先进行大管径管线的布设；（2）压力管线避让重力管线，当存在压力管线和重力管线的冲突和碰撞时，首先进行重力管线的布设，在重力管线的布设基本要求都符合设计标准后，再进行压力管线的布设；（3）冷水管线避让热水管线，因为热水管线的施工中，往往需进行保温层的处理，因此，其施工的技术标准高且成本也高，在施工作业进行时，应结合现场情况来进行热水管道的优先布设；（4）保持电缆桥架和流体管道各自的独立性，如果工程现场的具体情况无法满足分开布设的要求，应将电缆桥架优先布设在流体管道的上方，因为一旦流体管道被破坏以后，可能会出现严重的渗漏现象，而流体的渗漏会对电缆产生严重的破坏。

4 结语

综上所述，随着建筑行业的快速发展，装配式钢结构施工工艺和技术取得了一定的发展，虽然装配式钢结构建筑具有多方面的性能优势，但对于设计的要求非常高，涉及的设计内容多，且每个设计环节都有严格的设计要求。为提升装配式钢结构施工质量，设计人员要严格遵守相应的设计标准，不断提高和优化设计水平，从而更好地推动我国建筑工程行业的可持续发展。