浅谈钢结构细部设计对施工的影响

1浅谈钢结构细部设计对施工的影响摘要：本文从钢结构实际施工的角度来反思钢结构设计中存在的一些问题，并提出了解决这些问题的方案，从而达到优化设计，方便施工，降低造价的最终目的。关键词：钢结构设计，钢结构施工，细部节点，合理经济随着国家经济的快速发展，钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用，扮演着越来越重要的角色，尤其在工业建筑中，钢结构以其强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好、工业化程度高等突出的特点迅速地占领了越来越广的市场。但在钢结构设计中，我们一些设计人员往往只从设计的角度来关注结构构件的强度、刚度及稳定性，或者是主体框架的一些连接节点，却忽略了一些细部节点的处理，从而大大增加了钢结构构件运输及现场安装的困难，以致施工过程增加了一些不必要的费用支出，使工程造价提高。以下本文将以门式钢架厂房为例，具体地提出一些设计中存在的问题及其解决方法。一、柱脚抗剪键抗剪键在整个结构中属于小构件，但它在柱脚中的抗剪作用却是相当大的，门式钢架厂房多采用外露式柱脚，主要由柱脚底板与混凝土的摩阻力和抗剪键来抵抗水平剪力，柱脚锚栓一般不考虑承受柱脚底板的水平反力，这在《钢结构设计规范》中是有所规定的，但我们在结构设计中往往设置了抗剪键，却忽略了要在基础的混凝土短柱上留孔。出现这种问题的解决方法一是混凝土短柱重新凿孔，这是需要2现场花费大量人工且影响工期的；二是改为插入式柱脚或埋入式柱脚，由柱外混凝土来抵抗水平剪力，此方法增加了工程成本，却是比较省力的。有时设计人员都考虑了这些细部问题，但施工单位尤其是土建施工单位忽略了抗剪键的留孔问题，而后钢结构施工单位进场发现混凝土短柱均未留孔，考虑到工期各方面因素将抗剪键自作主张的割去，而未通知设计单位，给建筑本身留下了安全隐患。二、柱脚锚栓在柱脚锚栓设计中，通过计算得到其截面后，再按锚固要求计算其长度，通常情况下，基础的埋置深度都可满足锚栓的锚固长度要求，但有时地质情况相当不错，而厂房上部结构又不是很重，基础只需浅埋时，设计人员往往会忽略锚栓的锚固长度，或是未考虑锚栓与基础钢筋的关系，从而在实际施工过程中发生锚栓触底或锚栓预埋困难的情况，大大增加了施工难度，所以设计过程中一定要注意柱脚锚栓与混凝土短柱及钢筋之间的位置关系，设计时就考虑留有施工余量，可节约工期及降低成本。三、钢柱一般钢柱设计及施工都不会有太大问题，只是在牛腿详图的表达中，有时设计人员会忽略加劲板的设置，这样的细部问题一般不会影响的整个的结构安全，但却容易导致后续焊接牛腿时节点板变形。四、钢梁在钢梁的设计中我们一般满足强度和挠度要求后，要尽可能地做到节约钢材，有时钢梁翼缘宽度做到180mm即可满足设计要求，但在3实际施工过程中180mm宽的梁翼缘可能会大大增加施工难度或增加施工成本，尤其是构件相对来说较长时，在吊车吊装过程中往往为了满足起吊点的要求需配多台吊车，仅仅是因为翼缘为180mm的钢梁的吊装挠度太大，虽然是节约的一些钢材，却是增加了吊装成本，提高吊装难度，有点得不偿失的感觉。五、高强螺栓首先是高强螺栓的种类，在设计时我们一般都是从满足设计要求的角度去考虑螺栓的大小，可能会出现横向主梁与柱连接是一种规格的高强螺栓，纵向主梁与柱连接是另一种规格的高强螺栓，主梁与次梁连接又是另一种规格的高强螺栓的情况，这种设计存在了一定的不合理性，一是如M20、M22、M24的高强螺栓的市场价格差很小，而实际施工时，不同规格的高强螺栓是要分别做试验的，高强螺栓的检验试验费却是一笔不小的费用，尤其是异地施工的施工单位，有的现场监理不承认工厂所做的试验，还需现场请当地的有资质检验试验单位现场做检测，又是增加了很多的费用；另外在加工及实际安装过程中，高强螺栓种类多了会增加发生错误的可能性，所以在合理地满足设计要求的前提下应尽量减少高强螺栓的规格。其次高强螺栓的连接板在设计中应尽可能地采用上下对称的布置方法，一般的轻钢结构设计中，螺栓群布置都能满足设计要求，更多的则是要考虑施工的方便，减小施工单位的安装难度。以前曾有施工单位就提出这样的问题，高强螺栓连接板中接点上面6个螺栓，下面10个螺栓，车间工人搭装不小心将一部分搞反了，现场对不起来4了，造成了很大的麻烦。再次高强螺栓的位置一定要合理，要考虑扭断器或扭矩扳手的施工空间，设计人员往往对这点感触不深，经常是忽略了，在安装时常常因为空间太小，扭断器或扭矩扳手无法就位，导致高强螺栓梅花头无法拧断或高强螺栓无法拧紧，大大增加了施工难度，所以此处细部设计时应尽量考虑全面。六、系杆在设计系杆与梁柱连接节点时，设计人员同样没有考虑安装尺寸，没有适当地将系杆与梁柱上的连接孔外伸，导致系杆无法放入柱间或是很难放入需现场花费大量时间才可安装到位。另外如有天沟，系杆不能设计到紧贴着柱顶的部位，否则将可能导致无法安装落水管。与柱间支撑的位置也要考虑好，否则都是要碰到一起无法安装的。七、檩条檩条与檩托板的连接孔设计时往往显得很随意，只需满足构造要求即可，但同样考虑施工时也应将檩条孔对称布置，减小檩条制作及安装时的错误率。墙面檩条还应考虑檩托板加劲肋的位置不可朝向窗口位置，否则会导致窗无法安装。檩条上的拉条孔同样存在类似的问题，我们在设计时通常只片面的考虑了檩条的受拉边、受压边的问题，而忽视了檩条上的拉条孔上下边距不等时，会给现场施工带来很多不必要的麻烦。八、围护结构围护结构我们在设计时都是在满足规范的前提下按照甲方的意5愿选材，实际施工过程中不管是全砖墙围护还是砖墙加彩板围护，经常会发生因土建施工单位留给钢结构施工单位门洞口净尺寸而未考虑门框柱的位置最终导致门洞变小的情况，实际施工过程中，土建施工单位可能认为钢结构这块不是他们施工所以根本未看图纸或是在交底过程中土建施工单位与钢结构施工单位从未就些问题做过衔接，这在施工过程中不是大问题，但却是会给钢结构施工单位带来一些小麻烦，比如钢结构施工单位已经按图纸要求将所有墙面檩条加工完毕发至现场，但现场的门洞因上述原因发生了变更，门洞两侧处的檩条实际比原图的都要加长了，钢结构施工单位肯定不可能因为这样的问题再重新加工新的檩条运至现场，只能在现场进场拼接。这样的问题不涉及结构安全，一般我们设计人员也不多做要求，但实际却是增加了现场人工，拖延了施工进度，工程质量也是打了一点小折扣。所以这样的问题我们设计人员其实有时是可以在交底时做出提醒的。一些要求较高的业主会提出要使用质量较好的夹芯墙面板的要求，这在檐口标高不是很高时（一般10m以下）不存在问题，但当檐口高度超过一定值后就有很大问题了，墙面夹芯板一般不考虑分段，这就给夹芯板的运输、安装提出了问题，十几米的墙面夹芯板因为挠度问题根本无法用机械吊运或安装，这就需要花费大量的人工搬运及安装，施工难度大大提高，其实这个问题目前已得到了很好的解决，只是有时业主不是很有经验，提出要做夹芯墙面板时不会考虑到这些问题，但我们做为设计人员应该可以给他们提出更合理更经济的方案，即我们可以采用非成品的夹芯板，用两层单板包在檩条两侧，中6间再安装业主要求的保温棉，这样的做法对现场的施工质量提出了较高的要求，也增加了人工，但却是降低了施工难度，减少了材料成本。屋面板同样有此问题，但屋面板采用夹芯板还容易漏水，屋面板在太阳底下反复热胀冷缩，外层板就会产生断痕，然后就会出现漏水问题，所以现在我们一般不建议甲方围护结构采用成品夹芯板（大跨度、高檐口）。结语：以上几点在整个钢结构设计中都是一些细部问题，其中部分仅是构造问题，不涉及结构安全问题，但作为我们设计人员来说，很多细部问题也不可忽略，否则会给施工带来很多麻烦，还会影响到整个工程的造价，更甚者会因为设计问题而产生很多施工安全的隐患，笔者坚信的一个设计理念，就是要在满足结构设计安全的前提下，尽量地要与施工结合，站在施工的角度去考虑一些问题，会更加完善自己的设计，提高自己的设计水平。