解析钢结构二次设计的重要性

邹秀平

（福建省固成建设工程管理有限公司）

解析钢结构二次设计的重要性

邹秀平

（福建省固成建设工程管理有限公司）

近几年来，钢结构在建筑领域的使用越来越广泛，与传统的混凝土结构相比，钢结构自重轻、施工工期短、强度高，已成为众多高层建筑的首选。然而，在实际的施工设计中，传统混凝土结构无论在设计方面还是施工图绘制方面都已经非常成熟，钢结构的设计还远没有达到这样的程度。因此还存在诸多问题，主要表现在钢结构图纸节点的深化设计方面。本文拟对钢结构的节点设计与深化设计的联系和不同进行分析，进而寻找提升钢结构节点设计的措施，以此来提升工作效率，减少生产的成本。

钢结构；建筑工程；二次设计

随着现代建筑工艺的不断发展，钢结构的应用越来越受到青睐。使用钢结构不仅能节约建材，而且可以大大的缩短建筑工期，同时还具有良好的抗震性能。所以，在一些高层、超高层建筑上采用钢结构已成为一种趋势。高层建筑钢结构设计的关键点在于钢结构的节点设计，只有确保节点设计良好，才能保证钢结构的稳定性，进而确保高层建筑整体的安全性。因此，加强对钢结构的二次设计就显得非常重要了。

1　钢结构设计概述及二次设计的重要性

1.1概述

在高层建筑、大跨度空间结构、工业厂房，钢结构越来越受到欢迎。它的主要优点在于自身的重量较轻、强度比较高、抗震性能好，同时施工工期较短，比传统的混凝土结构有着很明显的优势。传统钢筋混凝土结构的设计经过多年的发展，已经非常成熟，而对于钢结构来说，由于发展历史较短，节点设计相对复杂一些。随着时代的发展，人们的审美也在发生着变化，建筑外形也变得多样化。这些结构复杂的建筑势必对钢结构的设计提出了新的挑战。主要表现在以下几个方面：

（1）节点种类多，受力复杂。与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构的节点比较多，同时种类也很多，受力以及造型的复杂程度较高。除此之外，在具体的设计中还必须对工厂的加工工艺以及现场的安装等问题加以考虑，这就更加剧了钢结构设计的复杂性。与传统钢筋混凝土结构相比，最大的一个特点在于焊接上。节点设计是钢结构设计的关键所在。

（2）发展历史短，技术不成熟。传统的钢筋混凝土结构经过几百年的发展，其设计与施工技术已经非常成熟。图纸设计出来之后，拿到施工现场，施工人员依据以往的经验和建筑本身的实际情况，就可以进行高质量的施工。像钢筋放样以及梁板柱支等都在施工现场进行。但对于钢结构工程来说，设计完成，在现场安装之前，还必须对钢结构进行二次深化设计后才能进行加工制作。

1.2钢结构二次设计的重要性

钢结构二次深化设计是非常重要的，尤其是一些大型的钢结构工程，比如北京的鸟巢以及大型的体育场馆等，二次深化设计的质量高低对于整个建筑的质量有着非常重要的影响。

进行钢结构二次深化设计，不仅仅是对一次设计理念的执行和贯彻，同时还能够最大限度的弥补一次设计的不足。目前，在我国每个建筑一次所设计的钢结构图纸无论是在深度上、还是在广度上，都存在较大的差异。当然，国内一些比较有名的建筑设计院设计的图纸比较规范，因此所出的问题就很少，进行二次设计就相对容易一些。近年来随着我国钢结构的不断发展，钢结构设计中非关键节点设计通常依据施工合同，交由中标单位来承担。一次设计的图纸所包含的只有结构主框架和关键节点部分，非关键节点设计没有包含在里面。这就需要中标单位来对节点进行二次深化设计。

设计院和中标单位分别进行设计的主要原因表现在两方面：①设计院只是负责钢结构工程的关键部分，对于一些次要的部分可以交由制作工厂来进行；②一些大型的结构加工厂有着丰富的加工经验，将节点设计交给制作工厂，这样设计出来的节点能够更加的符合实际情况，对于安装也有利。一次设计关键不菲与二次深化设计次要部分相互配合，能够最大限度的提升效率、节省建设成本。通过几年的实践，使用这种方法确实给企业带来了双重利益，既取得了很大的经济效益，同时又减少了现场安装出错的概率。

2　当前钢结构节点设计现状

随着国家提倡使用节能、新型建筑材料以及材料的循环再利用，我国钢结构施工、加工企业迅速发展起来。但在对全国的钢结构施工企业进行分析后，可以看到既有比较强的钢结构加工能力，同时又具有高水平钢结构设计实力的企业还是比较少。造成这种现象的原因主要有以下几个方面：①一些有设计能力的企业，在设计方法上存在一些问题，比如结构内力计算模式和构建承载力计算模式不相一致，或者是结构整体失稳计算模式和实际的失稳状态不符，再就是对于结构的破坏模式和极限承载力不能比较精确的预测出来；②还有一些企业虽然有着较为超强的加工能力，但平时对于钢结构设计不够重视，如果接到二次设计的任务，通常会将设计任务外包出去；③由于施工单位本身性质以及体制上的问题，一些设计能力优秀的人才一般都愿意去设计院工作，不愿意留在施工单位。这样一来，就造成了施工单位大量设计人才的流失，钢结构二次深化设计中的节点设计就出现了人才断层，另外，一些具有设计能力的施工单位，由于各种原因所致，各个钢结构制作企业的设计能力与设计质量也存在较大的差异，这也是我国当前钢结构二次深化设计的现状，急需要进行改观。

3　钢结构节点设计的方法

3.1传统的钢结构二次设计中节点设计方法

3.1.1设计中使用的软件

在进行钢结构节点设计的时候，所需要的软件有绘图软件与分析软件。在我国，各个设计院通常使用的分析软件主要有PKPM中sts钢结构模块以及3D3S等，绘图时所采用的软件主要是最基本的绘图软件AutoCAD，对于一些设施比较好的设计院，还设有专门的程序设计办公室，他们会开发一些小程序，来帮助设计人员绘制施工图纸，这样能够大大的提升图纸的绘图效率。三维放样大多数情况下会使用CAD来进行，一些条件较好的设计院还会采用Tekla以及Revit等来进行建模。

3.1.2施工图存在的利弊

传统的施工图通常采用CAD进行绘制，它与早期的施工图相比，已经有了很大的改观。然而，钢结构工程比传统的钢筋混凝土工程要复杂，在使用传统绘图方式进行绘图时存在着比较明显的缺陷，主要分为两点：①钢结构较为复杂，且节点非常多，经常会出现遗漏节点的现象；②节点的表达方式比较单调，不能够全方位的进行表达。比如，一个复杂的节点，其周围的情况也是比较复杂的，常常有冲突发生。

3.2钢结构节点设计新型设计方法

对于传统钢结构节点设计的缺陷，经过多次的探索，终于找到了一个能够很有效提升节点设计质量的方法。在节点设计之前，设计人员先与施工现场的工程师进行接触沟通，然后使用详图深化模型，进行全方位的节点设计施工。

深化设计所用软件：

在对钢结构节点进行深化设计时，所用的软件种类选择很多，但大多数单位采用的是Tekla Structures软件，它是由芬兰的一家公司研发的。这种软件的性能非常好，不仅有强大的三维建模性能，而且操作起来也不复杂，成型之后，立体感强，比较直观。对于钢结构中一些比较复杂的节点，使用它能够取得非常好的效果，此外，使用这种软件还可以与一次设计进行节点的探讨，更加准确便捷。

4　工程应用实例

福建省厦门市某研发设计中心大楼项目，结构为钢-混凝土组合结构，承担着对本项目施工图纸以及节点设计的审核工作。

4.1设计前得准备

在设计之前，首先要做的是要编写设计任务书，包括施工工艺、建筑、电气以及水暖等，对各个部分的使用功能、结构图、零件表以及节点详图，提出要求，另外所用的材料明细也要做出。

4.2选择合理的方案

在进行节点设计之前，与一次设计院进行了沟通交流。此项目的工程量比较大，同时工期也比较紧张，施工的工艺相对更加复杂。而且这个工程是我公司承担的较大项目。因此，必须更加谨慎小心，所有的工艺方案应该交由项目的业主方及总包方进行确认，得到确认之后再进行施工。

4.3对图纸进行审核

首先要明确每个部分的构件焊接要求是否与国家的规范相符合，每个截面型材料的用钢量是否超标；节点有无遗漏发生、是否与混凝土的钢筋位置发生碰撞。除此之外，还要对一些细节进行注意，比如，天沟、雨水管以及屋面泛水的做法等，尽可能的把能出现的问题都在施工前解决，确保施工按时完成。

4.4对图纸进行二次设计

在正式施工之前，要对图纸进行二次深化设计。深化设计时，要以一次设计图纸为基础，在此基础上进行修补。

5　结语

综上所述，随着我国高层、超高层建筑的不断增加，大型体育公共设施建设项目的兴建，以及抗震设计等级的提高，钢结构需求量也在不断加大。钢结构由于设计比较复杂，在施工之前，需要对钢结构的节点进行二次深化设计，以避免出现问题。本文先论述了钢结构二次设计的重要性，进而分析了目前的现状，然后提出了新的深化节点设计的方法，并通过具体的实例进行了论证，期待本文的分析能够有利于我国钢结构建筑质量的提升。

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[2]程炜.浅谈高层钢结构节点设计[J].科技与企业，2015，03：133+136.

[3]谭坚，区彤，李松柏，方国华.钢结构节点研究[J].建筑结构，2011，S1：829～835.

TU391

A

1673-0038（2015）27-0033-02

2015-6-19

邹秀平（1980-），工程师，大学本科，主要从事钢结构深化设计方面的工作。