裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計摘要：本文以裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計為研究對象，結(jié)合實際工程，探索裝配式建筑在施工過程中深化的技術(shù)應(yīng)用，對裝配式建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行了應(yīng)用探索。

關(guān)鍵詞：裝配式；建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計

1裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要特點

（1)可以借助工程設(shè)計軟件進行設(shè)計建模和分析，合理縮短設(shè)計周期。由于可以借助工程建模軟件和結(jié)構(gòu)分析軟件進行構(gòu)件內(nèi)力分析和幾何尺寸設(shè)計，這種信息化設(shè)計技術(shù)有利于修改(變更)的快速實現(xiàn)。在構(gòu)件制作時，通過三維模型和數(shù)控機床結(jié)合，使得設(shè)計完成后可以直接投入到生產(chǎn)線進行產(chǎn)品制作，具有極高的效率和精確度，可以大大縮短項目建設(shè)周期。

（2)將設(shè)計和施工緊密結(jié)合，提高生產(chǎn)率。由于鋼構(gòu)件和預(yù)制墻板能夠在工廠進行制作、在施工現(xiàn)場進行安裝，因此可以將設(shè)計和安裝緊密結(jié)合起來，合理協(xié)調(diào)各工序之間搭接，提高整體工作效率。

（3)構(gòu)件的標準化生產(chǎn)可以提供施工的工業(yè)化程度。采用構(gòu)件工廠化生產(chǎn)的制作方式比傳統(tǒng)工藝更為先進，更能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。生產(chǎn)后鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件可以直接運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場通過焊接或螺栓進行配套安裝，對于天氣的敏感度不高，更容易實現(xiàn)全天候作業(yè)。

2建筑設(shè)計

建筑設(shè)計應(yīng)滿足建筑功能要求，講究經(jīng)濟效果，考慮美觀要求。在設(shè)計時應(yīng)盡量考慮主體建筑結(jié)構(gòu)與機電安裝工程的集成，保證工廠化制作和現(xiàn)場安裝的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.1平面設(shè)計

豎向承重構(gòu)件如墻、柱等宜上、下連續(xù)。建筑門窗洞口宜成列布置、上下對齊，其平面位置和幾何尺寸應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)受力及預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計要求。廚房和衛(wèi)生間的平面布置應(yīng)合理，其平面尺寸宜滿足標準化整體櫥柜及整體衛(wèi)浴的要求。

2.2立面、外墻設(shè)計

建筑外墻設(shè)計應(yīng)滿足外立面多樣化以及整體建筑美觀經(jīng)濟的要求。內(nèi)外墻板的接縫應(yīng)滿足防水、防火、保溫、隔聲的要求，內(nèi)外墻板接縫及門窗洞口等部位宜采用材料和構(gòu)造雙重防水相結(jié)合的設(shè)計。

2.3門窗安裝節(jié)點設(shè)計

在工廠制作的預(yù)制內(nèi)外墻板，其幾何尺寸可以達到很高的精度，進行門窗設(shè)計時可充分利用此特點，選擇無門窗副框的安裝方式，在制作時宜直接將門窗與預(yù)制墻板進行連接，從建筑構(gòu)造設(shè)計上來解決外墻和外窗洞口的接縫防滲問題。

2.4小型金屬構(gòu)件設(shè)計

小型金屬構(gòu)件主要包括空調(diào)板、室內(nèi)外欄桿、裝飾裝修的構(gòu)件中的金屬連接件等。在深化設(shè)計時需要考慮的方面有:預(yù)埋件的定位是否精確、與其他專業(yè)構(gòu)件是否有沖突，錨固長度是否滿足要求等。

2.5細部構(gòu)造設(shè)計

主要需要考慮的要點有:接縫、防水、防滲漏等方面。如上下層相鄰墻板的拼接設(shè)計，墻板上下側(cè)的接縫設(shè)計，墻板的空腔構(gòu)造及導(dǎo)水管措施設(shè)計等。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1梁－柱節(jié)點設(shè)計

以某鋼結(jié)構(gòu)大廈為例(圖1)，其梁柱節(jié)點設(shè)計涉及的內(nèi)容如下。

（1)梁翼緣與柱的連接。采用焊接形式時應(yīng)采用全熔透坡口焊縫，在焊縫連接處加設(shè)襯板。在翼緣坡口兩側(cè)應(yīng)設(shè)引弧板，在梁腹板上下端作扇形切角，鋼梁翼緣與扇形切角端部連接處，應(yīng)采用圓弧過渡，鋼柱翼緣與襯板反面相接處宜適當(dāng)點焊固定。所有規(guī)定應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2)梁腹部與鋼的連接。當(dāng)采用焊接時，應(yīng)采用全熔透的坡口焊縫，板厚小于16mm時應(yīng)采用雙面角焊縫，焊縫有效厚度應(yīng)不小于5mm且滿足等強要求；板厚不小于16mm時應(yīng)采用K字形坡口對接焊縫。

（3)在節(jié)點區(qū)，當(dāng)節(jié)點板厚度不小于30mm時，焊接時要求進行預(yù)熱處理和后熱處理。

圖1某鋼結(jié)構(gòu)大廈的梁柱設(shè)計節(jié)點模型

3.2梁－梁節(jié)點設(shè)計。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的梁截面形式一般設(shè)計為工字形或H形，梁－梁連接節(jié)點設(shè)計為剛性連接時所采用的連接設(shè)計形式主要有:

a.翼緣和腹板連接采用摩擦型連接高強螺栓。

b.翼緣采用全焊透的坡口對接焊縫連接，腹板采用摩擦型連接高強螺栓連接。

c.翼緣和腹板均用全焊透的坡口對接焊縫連接。

3.3柱－柱節(jié)點設(shè)計

常見的柱－柱連接類型有:a.柱截面采用H形時，腹板間的連接采用高強螺栓，翼緣間的連接采用全焊透的坡口對接焊縫。b.柱截面采用H形時，腹板和翼緣全部采用高強螺栓連接。c.柱截面采用箱形截面或圓管形截面時，截面間采用全焊接的坡口對接焊縫連接。柱－柱節(jié)點設(shè)計如圖2所示。其柱－柱連接設(shè)計的具體內(nèi)容有:a.將箱形截面的鋼柱的拼接位置設(shè)置于柱腳處承臺面以上1.5m附近。B.鋼柱的側(cè)板與節(jié)點板的連接設(shè)計為坡口全焊透對接焊縫。c.鋼柱的連接設(shè)計為全熔透焊縫的全焊連接或者栓焊連接。栓焊連接的翼緣接頭采用坡口全熔透焊縫。鋼柱的腹板采用高強螺栓連接。

圖2鋼結(jié)構(gòu)柱－柱設(shè)計連接模型

3.4樓板、墻板與主體連接節(jié)點。

以裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的外墻為例，目前大部分使用的預(yù)制墻板主要是輕質(zhì)均質(zhì)墻板，如ALC板(蒸壓加氣混凝土板)，樓板則是使用預(yù)制混凝土疊合樓板。預(yù)制墻板與主體框架一般通過拉結(jié)筋、螺栓、連接件等進行連接。預(yù)制樓板與主體結(jié)構(gòu)的連接件以抗剪連接件(栓釘、四角彎筋)為主。預(yù)制墻板與傳統(tǒng)現(xiàn)澆和砌筑墻體的不同之處在于其是以連接的形式與主體結(jié)構(gòu)搭接在一起的。由于預(yù)制墻板連接部位是結(jié)構(gòu)傳力的關(guān)鍵部位，對圍護體系的強度和穩(wěn)定性有著重要影響。在高烈度地震區(qū)如果節(jié)點受力過大產(chǎn)生破壞，會導(dǎo)致預(yù)制墻板脫落從而引起嚴重的次生災(zāi)害，因此在深化設(shè)計時需重點考慮預(yù)制墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接形式。

在采用輕質(zhì)均質(zhì)墻板作為圍護結(jié)構(gòu)時，墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造的設(shè)計主要考慮的原則是在確保節(jié)點強度的條件下保證連接節(jié)點的延性和變形，確保圍護體系能與主體受力體系在不同方位產(chǎn)生的層間位移相協(xié)調(diào)，滿足在抗震設(shè)防烈度下主體結(jié)構(gòu)層間變形的要求。

4結(jié)束語

本文以裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計作為研究對象，首先對裝配式鋼結(jié)構(gòu)的特點進行了分析，參照實際工程應(yīng)用，初步研究了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑深化設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)。對設(shè)計中各方面涉及的具體內(nèi)容進行了探討，可供后續(xù)類似工程的設(shè)計施工參考借鑒。

參考文