刘亚静

摘 要：钢结构深化设计是钢结构工程中十分重要的一项工作，这项工作是针对钢结构施工设计图纸进行的，将设计图纸中包含的钢结构安装、运输、质量和成本控制等方面进行优化设计，是目前在钢结构工程中必须要进行的环节。本文从设计过程入手，探讨钢结构设计需要满足的各项要求，并加强工程成本的控制，在提高钢结构施工的质量同时减小工程投入成本，使得工程更具经济性。

关键词：钢结构深化设计;工程成本;节约控制;BIM技术

1 前言

在经济快速发展的今天，钢结构施工技术和各项设备正在不断进步，而钢结构工程也已经在各类型建筑工程中运用广泛。为了能够满足当下各项生产活动和人民生活的更深层次需求，还需要对钢结构进行深化设计，将施工图纸中包含的各个层面进行优化，使得后续钢结构施工过程中在保证设计过程符合工程实际情况的条件下能够做到节约工程成本。

2 钢结构深化设计概念

钢结构深化设计一般都是在设计人员进行钢结构施工图纸设计之后，在设计图纸上进行。一般来说，钢结构深化设计会在图纸中所标注的钢结构构件、构建基本参数、钢结构节点构造、工程所需技术和设备、各项操作规范等方面进行升华设计。设计人员需要根据施工现场的情况，将各项要求和规范进行撰写。在图纸设计过程中，一般都是由工程设计部门进行，但是深化设计却大多数由加工厂进行，因为更加贴近于真实工程情况。在钢结构优化设计过程中，设计人员要依照钢结构工程实际工程数据信息和相关软件来完成设计工作。一般来说，CAD和xsteel等软件都是钢结构深化设计中常用的设计软件，而目前大多数工程中都会利用BIM技术来进行深化设计[1]。

3 案例工程概况

为了更好地阐述钢结构深化设计工作的要点，本文以某地发电厂为案例来展开说明。该发电厂所使用的的钢结构工程包括有主厂房结构、电气系统、输煤系统、化学系统、除尘排烟和其他辅助建筑。因为该发电厂的建筑工程量十分巨大，占地面积和钢结构总量也都高于一般的发电厂，各项设施比较分散，无论是施工还是运输过程都需要投入较大的成本，且施工难度也较大，所以该工程的钢结构深化设计具有一般性和全面性。

4 钢结构深化设计工程成本节约控制要点

要想做好钢结构深化设计，还是需要对工程设计图纸进行研究，了解设计部门人员的设计意图，对一些不合理和不注重实际的地方进行改进。

4.1 对横梁和柱强轴刚接焊缝的深化设计

本段对本工程中的横梁与柱强轴的焊缝进行分析。在工程图纸的设计中，其梁翼缘和腹板与柱连接都是采用强焊接节点，并且柱的水平加勁肋分布在腹板两端，其水平中心线是与梁翼缘的相重合。水平加劲肋和柱翼都是采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，而与柱腹板的连接则是采用了双面角焊缝。在上述的设计中，针对水平加劲肋和柱翼缘的焊接是过于严格的，施工人员想要达到标准具有较大的困难。针对这一情况，可以参照我国《钢结构设计规范》等文件的指导要求来将水平加劲肋和柱翼缘的接缝方式更改为三级焊缝，这样就可以在保证工程要求的情况下减少施工过程的环节，节约工程成本。根据调查，在更换了焊接缝方式后，此工程大约节约了20万人民币[2]。

4.2 对钢结构节点的深化设计

在设计图纸的钢结构中，某两段轴钢柱的变径处是处于27.9层上方1.3米处，而下端的钢柱截面是BH1100*600*30*40，上端的钢柱截面BH800*500*30*40，这部分节点的设计可以概括为：首先是在上端钢柱可以与下端钢柱进行重合，根据计算其重合长度在0.9米左右，并利用40mm肋板焊接在下柱翼缘板上，且钢柱对接节点需要移动到上方标高29.9米处。在实际的工程中，采取上述办法较为复杂，质量无法得到保证，钢柱对接部分与钢梁的距离也不符合相关规定，所以在深化设计中，将采用：将下部钢柱在框架梁处进行变径，其斜率要在六分之一以下，并且在标高29.9米处要与上端钢柱截面相同，钢柱对接节点则仍然保持与梁顶1.3米的距离。在深化设计之后，不仅在节点质量上有了更深的保证，在总工程中也节约了大量的钢材。根据调查，更改了节点方式后，此工程节约了18万元人民币。

4.3 对钢柱分段的深化设计

因为发电厂的属于一种高层建筑，所以需要较长的钢柱，在深化设计中，不仅要保证国家相关规定的要求，考虑到钢柱分段法，还需要深化设计人员能够注意到吊装钢结构的机械设备和吊装计划，需要保证吊装设备的吊装能力能够支撑起钢柱的重量。在运输方面，需要做好限额工作，禁止出现超载的情况，限额需要依据钢结构的负载和形变能力进行确定。因为在运输方面的影响，钢柱是无法一整根进行运输的，只能够分段进行，所以在确定好分段运输的方案时，要以最小分段为原则进行，因为减小钢柱分段就能够有效减小节点板和连接螺栓的使用，大大提高钢结构的稳定性，减小工程成本。在本工程内，经过计算，一个节点需要用钢276.4kg，在进行以最小钢柱分段为原则的分段工作后，钢结构工程总共减少了76个，换算成人民币大约在26万元左右。

4.4 对运输方案的深化设计

在深化设计方面，本文只针对货装方案进行优化，对运输方式不做讨论。钢结构工程中三面或者四面牛腿结构较多，并且均具有较高的长度，这样在运输过程中所占用的空间较大，并且货装过程也较为繁琐。本工程中的钢柱牛腿一般在1.5米左右，运输过程中不可能全部安装上再进行运输，这是非常浪费货运资源的情况。在深化设计过程中，采取了在牛腿加工地安装好同方向的牛腿，在工程所在地安装另一方向的牛腿，最后进行焊接，这样就可以避免占用空间过大的问题，节约运输资源。

4.5 附属结构设计

在附属结构的设计环节中，以加劲肋和补强板设计为例，在装配式建筑结构设计的过程中，如果对应的梁、柱节点结构不满足对应的结构抗剪设计要求，则需要在柱腹板的梁柱节点处进行加厚设计，并对 H 形钢柱的截面体系进行加焊贴板的连接，并在贴板的边缘结构处，伸出加劲肋外部>150mm 的长度，在连接贴板的焊接过程中，主要以>5mm 的角焊接缝为主，实现柱翼缘角焊缝的对接缝连接。此外，从成本控制的角度进行分析，在装配式钢结构设计要点中，应结合相关设计实践思路，重点分析装配式钢结构的成本控制，并在设计、安装施工环节中，采取有效措施，实现成本最优化。尤其是装配式结构构件的设计，应以预制钢结构的设计水平、加工工艺、标准尺寸等的构件设计为主，以保障钢结构构件尺寸的准确化、合理化和科学化。

5 结束语

综上所述，本文以实际案例为主，从横梁和柱强轴刚接焊缝、钢结构节点、钢柱分段、运输方案四个方面阐述深化设计要点，通过做好深化设计可以为工程带来非常好的收益，在保证质量的情况下节约工程成本。另外，本文还介绍了BIM技术在深化设计工作中的应用，希望能够相关从业人员提供参考。

参考文献

[1]周峥，邓朗妮，廖羚，雷丽贞，刘睿敏.BIM技术在钢结构深化设计与施工中应用热点的知识图谱构建方法研究[J/OL].土木建筑工程信息技术：1-9.

[2]曾贵祥.钢结构深化设计中构件分段分节探讨[J].四川建材，2020，46（02）：80+85.