預制裝配式鋼結構建筑設計的相關問題研究

塔娜

0 引言

當前，我國建筑工程施工開發數量持續增加，工程施工規模不斷擴大，人們對于建筑設計要求越發嚴格。相關設計人員如果依舊應用以往的設計理念，那么難以使建筑領域緊跟社會步伐一同發展。而預制裝配式建筑施工，需要預先在工廠中進行結構構件加工，再將其運送至施工現場進行組裝工作，在應用此種施工形式時會大幅度減少施工過程中為周邊自然生態環境帶來的影響，同時還可提升工程施工效率。由此可見，對預制裝配式鋼結構設計進行深入分析，具備十分重要的現實意義。

1 預制裝配式鋼結構在工程項目中應用的亮點

在我國現代化城市建設的理念推進過程中，建筑工程施工數量以及質量飛速提高，預制裝配式鋼結構建筑發展、盛行，成為社會需要的一種趨勢。因此，預制裝配式鋼結構在建筑工程項目施工中取得普遍運用，并且因其具有的突出亮點和顯著成效，給應用過程帶來了諸多良益。

（1）抗震性能好：鋼管和熱軋鋼料結合在一起會構成建筑物的主要承重結構。另外，以上兩種材料的材質相對較為輕盈，橫截面所受的作用力較為均勻。

（2）抗變形能力強：建筑物主體鋼結構是延展性材料，即使發生形變，也不易斷裂，抵抗變形的能力相對較強。

（3）綠色環保：鋼結構屬于可回收材料，不論是施工過程，或是施工后的處置處理，都不會對項目周圍環境造成污染。

（4）經濟性較好：因為鋼結構自身的承重能力比較好，所以在項目實際施工過程中，為了避免材料的浪費、節省施工成本，可以采用縮減橫截面積的方法。

（5）安裝速度快：預制件與現場澆筑件相比，沒有現場澆筑節點，能夠顯著提高施工速度，把控建筑物整體質量。

2 淺析預制裝配式鋼結構建筑設計內容

2.1 結構體系的擇取

在具體設計環節，相關設計人員需要著重選取建筑結構體系，綜合考量建筑需求、項目投資額、客戶要求等因素，一般會重點選取以下幾類結構體系：鋼框架結構、鋼框架—支撐結構、鋼框架—剪力墻結構。鋼框架結構，可以歸屬于柔性結構一類，靈活性比較強，明顯可以看出力的傳遞路徑，既適合對抗震要求不高的建筑，又適合低層建筑。并且在具體應用過程中，該結構中梁柱的抗彎承載能力已然可以決定結構的抗側剛度。而鋼框架—支撐結構，可以歸屬于雙重抗側力結構一類，具有較強穩定性，可以大大削弱梁柱截面，布局較為固定化。此結構的工作原理主要是將橫向鋼支撐放置于框架結構的部分柱間，最大程度體現出對水平荷載的支撐作用，同時也不會對豎向荷載的承載力產生影響。在鋼框架—剪力墻結構應用中，主要可以顯著提高建筑側向剛度，并有效處理結構側向位移過大問題，目前在高層建筑設計中應用也尤為廣泛。

2.2 主要構造

在構造設計環節，設計師通常采用方案比較分析法，在諸多備選方案中選擇最適宜的建筑構造方案，從使用功能、藝術造型要求、投入成本等方面進行計算、分析及比較。建筑構造備選方案上榜頻率較高的有：現澆筑鋼筋混凝土樓板，鋼筋桁架混凝土組合樓板，壓型鋼板—混凝土組合樓板?，F澆筑鋼筋混凝土樓板，具備施工方便、鋪設簡單等特征，把其與鋼梁組合在一起，形成組合梁，其優勢在于能夠縮短梁界面高度，價格比較合理。但是，也存在其自身重量過大，承載力不足等問題。因此，并不適合應用于大跨度的結構中。鋼筋桁架混凝土組合樓板，一般此類構造都是將綁扎的鋼板鋼筋作為鋼筋桁架，并提前與鋼板進行焊接操作，進而形成組合模板。壓型鋼板—混凝土組合樓板，通常情況下，此類構造是采用薄鋼板作為襯板，并利用鋼梁上展開栓釘焊接，從而進一步提升結構總體性能。在具體作業環節時，可以一同展開多層施工，并大幅度降低模板費用，具有較為良好的性能及較強剛度。而設計師則應經過多方面考慮和權衡之后，從3 個結構體系中，選擇1 個最為貼近、最符合要求與需求的構造。

3 預制裝配式建筑設計的具體應用

3.1 節點防水設計

以往的結構節點防水設計通常只可杜絕自然降水進入到建筑結構之中，一旦空氣濕度較大，則很難充分發揮出其真正作用，因此無法充分符合預制裝配式建筑設計在防水方面的要求。鑒于此，設計師則應對節點防水設計展開合理優化，不但應設置排水通道，同時還需處理好墻體裂縫，借此加強建筑工程防水性能，防止出現滲水情況而降低工程的可靠性、穩定性。

3.2 環境適應性設計

現階段，綠色設計得到了建筑行業的高度重視，因此，設計師首先應當運用有效對策，來進一步提升建筑環境的適應性，并在設計階段，全方面貫徹落實綠色、環保理念；其次，設計師還應合理運用施工現場周圍環境資源，在此環節時，應對建筑周邊環境及氣候條件展開全面調查，掌握其具體特征，通過科學選址，明確建筑朝向，提升建筑工程采光及通風條件，降低建筑暖通空調及照明設備的不必要能源消耗情況，加強裝配式建筑設計的綠色、節能效果。

4 預制裝配式鋼結構建筑設計分析

4.1 建筑設計深化

針對建筑設計而言，其主要是通過總體層面來對預制裝配式鋼結構類建筑展開科學把控，使其能夠充分滿足工程施工的綠色性、環保性、美觀性、經濟性等要求。而建筑平面及空間設計、局部節點設計、細部構造設計等作為集成化建設設計的關鍵內容，工程設計師應當在前期策劃階段對其進行充分考量，以求能夠充分減少需在工程施工現場處理的內容。與此同時，工程設計師應當做好前期施工現場的調查研究工作，以便于與工程施工現場實際情況相結合，制定出一套科學、合理的工程設計方案，并保證設計方案能夠充分符合社會實際需求，滿足建筑設計提出的實際要求。在運用多元化設計觀念展開立面設計、外墻設計時，可以在進一步提高建筑物美觀性的同時，使其真正符合圍護墻體對保溫、隔熱、一體化裝飾的實際需求。保溫隔噪處理對策的運用，大量降低了外部環境噪聲為建筑物產生的不良影響，減少了建筑運轉過程中能源的不必要消耗情況，特別是對門窗洞口與內、外墻板的接縫位置，可以通過雙重防水設計方法的科學運用，提升建筑工程的總體效能。

4.2 結構設計深化

首先，對預制件進行科學設計。針對預制件而言，其作為預制裝配式鋼結構建筑之中的一個基礎要素，在對其展開設計環節時，需要相關人員能夠嚴格根據模數化、標準化需求，按照簡潔、規整原則開展，合理控制構件類型，盡量使其處于建筑工程造價規定額度之內。而且，在設計環節中，相關人員還應深層次探究預制件生產的切實可行性，保證預制件可以充分符合生產要求，提升預制件安全性、穩定性，從而為后期保護作業的合理開展，構建良好環境。其次，合理進行構造節點的設計工作。追究其根本原因，主要是因為構造節點的設計質量，直接影響到最終施工效果。再加上具體作業時，因為結構對于安全和成型外觀會起到極大干擾，所以設計深化在慎重考慮安全的同時，也應確保后期的實用性和合理性。在此情況下，則要求相關設計工作人員可以與作業實際要求相結合，來進行設計工作，并在此過程中，密切關注結構連接節點、主體結構設計，尤其是需要充分掌握鋼節點、鋼柱的實際受力情況。例如，某一鋼結構大樓的梁柱節點設計，其深化內容如下：（1）鋼和梁腹部連接，在運用全熔透坡口焊縫手段時，若是厚板小于16mm，則可運用雙面角焊縫，且焊縫厚度應大于5mm；若厚板大于16mm，應采用“K”字形坡口來進行焊縫。（2）于節點處，若節點板的厚度大于30mm 時，需展開預熱及后熱處理。如此才可真正達成合理控制各項標準的根本目標，使工程施工取得高效開展。但在此環節時，設計人員應注意，不可把具有臨時支撐作用的預埋件表現在設計方案中，借此避免給工程實際施工帶來任何消極影響；最終，在制作及安裝預制構件環節時，應當嚴格遵循有關要求標準，正確計算出預制構件的承載力，合理采用預制構件結構形式，防止人們在后期居住使用時，出現裂縫或者是形變等問題。比如：在地震自然災害多發區域，應當合理開展抗震設計工作，保證結構性能可以完全符合抗震要求。

4.3 機電設計一體化深化

建筑機電一體化設計一般包含：給排水管道、電氣管線的預留及預埋設計。其中廚房及衛生間的墻體是給排水管道預留、預埋設計的重點操作場所。因此，在對這部分結構進行實際施工時，可以應用管線預埋方式進行施工，在此前提下，有關人員應全面考量到管道安裝、調試時所需的空間需求，提前預留好充足空間，借此降低后期工程施工強度。

在管道拐彎處位置，如果并未高度重視起彎道位置安裝作業，就會很難在后期進行精細化安裝作業。對于穿管道洞口存在的間隙問題，可以運用專用的砂漿對其進行填充，若是管道間隙較大，則需要利用灰砂磚等來對其進行封堵。例如：深圳超高層雙子塔鋼結構建筑，其洞口間隙大于1 200mm，施工作業人員僅是運用一條角鋼與射釘、膨脹螺絲的配合，來對其展開加固操作，使其和周圍墻體能夠做到緊密連接。其中，施工企業可以安排專人來現場安裝與填充套管，而在工廠安裝其他連接件、構件。

5 其他預制裝配式鋼結構建筑設計的要求

5.1 防火

在展開預制裝配式鋼結構建筑設計環節時，設計師應當高度重視起與防火有關的設計，唯有嚴格依照防火規范，確定預制裝配式鋼結構建筑的特征，及其對于防火所提出的需求之后，再來進行日常工作，才可真正提高建筑物自身的防火性能。尤其是針對一部分大型公共建筑而言，其中變電站與大型庫房這兩個區域極為危險，這則需要設計師高度重視這兩個區域的防火設計，并在具體設計環節時，在彩色鋼板外層中涂抹防腐涂層，如此不但可以進一步提升建筑物防火功能，同時還能夠確保設計美觀性，延伸建筑物的使用年限。此外，在建筑泄爆墻中，石膏板有著大量運用，此材料不但具有較強的防火性能，并且還可以有效確保建筑物的安全性、穩定性。

5.2 防水

設計師在進行防水設計環節時，應當與預制裝配式鋼結構自身所具有的特征相結合，提高對各環節重點的關注度，在選擇裝配式屋面系統時，設計師應確保鋼結構需具備良好的安全性、可靠性，并科學調節排水坡度。此外，在展開設計工作時，懸浮技術有著大量運用，其不止具有一定的懸浮效果，而且可以進一步強化屋面的應力控制效果，以便在炎熱夏季或寒冷冬季時，可以呈現出良好的室內外溫度控制作用。因此，設計師在對其進行設計時，應當高度重視其對于排水坡度的合理控制，注重提高排水的總體速度。

5.3 防雷

在各個領域中，預制裝配式鋼結構建筑自身所具有的特征存在一定差異，并且所需安裝的設備種類也各有不同。這則需要設計師做好前期的調查研究工作，借此來進一步加強接地防雷設計的整體效果。針對雷電而言，其作為直接影響到建筑物安全性的重要因素，特別是在現階段建筑電氣設備數量與類型的持續增加情況下，唯有科學、合理地展開防雷設計，才可確保人們的安全使用。鑒于此，設計師應當結合當前地區的氣候環境，來明確接地防雷設備的類型及系統結構形式，以求能夠大大減少雷電為建筑物及室內設施所帶來的嚴重威脅。

6 預制裝配式鋼結構建筑設計注意事項

6.1 科學選擇結構體系

在設計預制裝配式鋼結構建筑時，設計師應當與工程施工現場實際情況相結合，對設計方案進行深層次分析，優化與完善結構體系，科學展開梁柱截面的設計，最大程度體現出結構構件所具有的特征。另外，施工企業應當科學選擇板面體系，在對預制裝配式鋼結構建筑進行設計工作時，進一步提高樓板使用量，完善總體結構的經濟性，科學采用樓面板體系，減少裝配樓板的工作難度，以便于使其充分滿足工程施工的經濟性需求。

6.2 加強造價控制力度

工程造價主要指的是一個工程施工的所有成本支出，具體來講，投資決策環節所具有的影響力最大，大約在70%～95%，之后為設計環節，影響力占據30%～70%，再次是施工環節，影響力在5%～30%左右，影響力最小的為竣工階段，低于5%。因此，在對預制裝配式鋼結構建筑工程造價進行合理控制過程中，結構選型工作體現出了重要價值。因此，設計師在開展設計工作環節時，應當明確掌握建筑結構形式及建筑功能，以此確保建筑物的適用性、經濟性，依據建筑設計要求來做好設計工作，完善梁柱截面，科學掌握鋼結構中的材料應用數量。另外，在對預制混凝土外掛墻板進行設計時，應科學選用模板類型，提升構件結構的合理性、規范性，高效使用模具，嚴格掌控工程施工成本支出。在安裝構件環節時，施工企業可以應用分段式操作手段，要求施工作業人員間通過流水施工方式，來對各個施工工序進行合理協調，以便于建筑工程如期竣工。

6.3 提升設計水平

設計師應當充分考量其中各個因素，一方面，應當在確保工程施工資金成本支出力度不會超出限定額度的前提下，提高設計工作的總體效率；另外一方面，在設計預制裝配式鋼結構建筑時，設計師需使用標準化構件，優化設計的總體效果。同時設計師應當使設計工作具有一定的系統化、規范化，并與各個構件的特征相結合，科學采用設計方式，借此確保各個構件能夠充分滿足建筑工程施工的實際風格。

7 結語

總而言之，預制裝配式建筑結構作為我國建筑行業日后發展的重點趨向，可以有效緩解以往工程施工的高消耗、高污染、高排放等諸多問題，充分符合國家如今所提倡的可持續綠色發展目標。鑒于此，建筑企業應當深入探究預制裝配式結構的設計要點，結合目前裝配式建筑中所存有的問題，來運用有效對策對其進行妥善解決，以求促進我國建筑行業的可持續健康發展。