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摘要：随着社会经济文化的不断进步与发展，国家综合国力日益提升，在信息化网络时代的新形势下，装配式钢结构以其独特的设计要求和理念在社会各行业中的应用体现出其建筑工业化的优势，装配式钢结构在社会各领域中得到广泛性的应用，本文以装配式钢结构深化设计为研究对象，结合实际工程，探索装配式钢建筑设计要点与经济性。
关键词：装配式；钢结构建筑；设计要点
1、前言
随着建筑行业的迅猛发展，对建筑形式提出了更新更高的要求，在一定程度上推动了装配式钢结构建筑的发展。装配式钢结构建筑属于一种全新的建筑形式，主要是通过装配化的生产工艺来制作结构构件，采用工业化制造的方式来取代传统施工方法，进而减少工程造价，优化资源配置，缩短工程建设进度，提高工程施工的安全性和整体质量。
2、相关工作
国外在20世纪50年代后期开始出现装配式钢结构建筑。在英国，装配式钢结构住宅结构体系是将构件预制单元的工厂化程度从构件到整体单元的不同划分为三个等级：1)“stick”结构，钢构件在工厂进行加工制作后运输至现场再用螺栓或自攻螺栓进行连接；2)“Panel”结构，将钢构件的主体结构、墙屋面板等围护结构在工厂内进行预制，再运输到施工现场进行安装；3)“Modular”结构，将整个房间设计为一个预制单元进行生产，再运输到施工现场进行拼装。在法国，住房部于1978年提出钢结构工业化住宅体系的概念，经历了30年的发展目前已经成功过渡至钢结构住宅应用体系。
在国内，最早的钢结构建筑是二十世纪二三十年代出现的，装配式钢结构建筑的推广和应用却是在20世纪90年代才开始，早期的装配式钢结构主要应用在民用住宅方面。住宅的结构形式可分为低层轻钢住宅、多高层轻钢住宅两类。在多高层轻钢结构住宅体系方面，结构形式较为多样，按照受力体系进行划分的主要形式有：框架一支撑体系、纯框架体系、交错桁架体系、框架一核心筒体系、框架剪力墙体系等。按照型钢截面形式又可划分为：H型钢柱体系、钢管混凝土柱体系、内藏加劲肋C型钢柱体系等。
3、设计特征分析
建筑单体的预制装配率是指建筑中墙体、梁柱、楼板、楼梯、阳台等住宅结构中预制构件所占的比重（一般以混凝土用量计）为便于计算，装配整体式住宅的预制装配率按地上部分标准层部分核算，预制装配率是衡量单位建筑结构装配化程度的一项重要指标。与采用现浇结构建筑的建设流程相比，预制装配式建筑的设计工作呈现5个方面的特征：
（1）流程精细化：从施工流程方面分析，预制装配建筑综合性更强，且精细化程度、整体化程度更高，相较于传统建筑设计，其流程增加了前期技术策划和预制构件加工图设计两个设计阶段。
（2）设计模数化：模数化是建筑工业化的基础，通过建筑模数的控制可以实现建筑、构件、部品之间的统一，从模数化协调到模块化组合，进而使预制装配式建筑迈向标准化设计。
（3）配合一体化：在预制装配式建筑设计阶段，应与各专业和构配件厂家充分配合，做到主体结构、预制构件、设备管线、装修部品和施工组织的一体化协作，优化设计成果；
（4）成本精准化：预制件的生产加工以预制装配建筑设计为依据，因而建筑设计直接决定了预制件的相关参数。除此之外，在装配率条件相同的基础下，投资成本会受到拆分方案的影响，因此设计也是影响成本的直接因素之一。
4、装配式钢结构建筑设计分析
4.1建筑设计
建筑设计应满足建筑功能要求，讲究经济效果，考虑美观要求。在深化设计时应尽量考虑主体建筑结构与机电安装工程的集成，保证工厂化制作和现场安装的协调统一。
4.1.1平面设计
竖向承重构件如墙、柱等宜上、下连续。建筑门窗洞口宜成列布置、上下对齐，其平面位置和几何尺寸应满足结构受力及预制构件的设计要求。厨房和卫生间的平面布置应合理，其平面尺寸宜满足标准化整体橱柜及整体卫浴的要求。
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4.1.2立面、外墙设计
建筑外墙设计应满足外立面多样化以及整体建筑美观经济的要求。内外墙板的接缝应满足防水、防火、保温、隔声的要求，内外墙板接缝及门窗洞口等部位宜采用材料和构造双重防水相结合的设计。
4.1.3门窗安装节点设计
在工厂制作的预制内外墙板，其几何尺寸可以达到很高的精度，进行门窗设计时可充分利用此特点，选择无门窗副框的安装方式，在制作时宜直接将门窗与预制墙板进行连接，从建筑构造设计上来解决外墙和外窗洞口的接缝防渗问题。
4.1.4小型金属构件设计
小型金属构件主要包括空调板、室内外栏杆、装饰装修的构件中的金属连接件等。在深化设计时需要考虑的方面有：预埋件的定位是否精确、与其他专业构件是否有冲突，锚固长度是否满足要求等。
4.1.5细部构造深化设计
主要需要考虑的要点有：接缝、防水、防渗漏等方面。如上下层相邻墙板的拼接设计，墙板上下侧的接缝设计，墙板的空腔构造及导水管措施设计等。
4.2 结构设计
进行结构设计时，主要涉及到主体结构和附属加强结构两部分。主体结构的预制构件主要包括钢梁、钢柱以及钢节点等；附属加强结构的设计构件主要有加劲肋、加强板、连接板等。
4.2.1梁一柱节点设计
以某钢结构大厦为例，其梁柱节点深化设计涉及的内容如下。
1)梁翼缘与柱的连接。采用焊接形式时应采用全熔透坡口焊缝，在焊缝连接处加设衬板。在翼缘坡口两侧应设引弧板，在梁腹板上下端作扇形切角，钢梁翼缘与扇形切角端部连接处，应采用圆弧过渡，钢柱翼缘与衬板反面相接处宜适当点焊固定。所有规定应满足相关规范要求。
2)梁腹部与钢的连接。当采用焊接时，应采用全熔透的坡口焊缝，板厚小于16 mm时应采用双面角焊缝，焊缝有效厚度应不小于5 mm且满足等强要求；板厚不小于16 mm时应采用K字形坡口对接焊缝。
3)在节点区，当节点板厚度不小于30 mm时，焊接时要求进行预热处理和后热处理。
4.3机电设备设计
4.3.1 给排水管道预留预埋
给排水专业管道预留预埋主要是在厨卫的预制墙体设计中进行的，一般来说，采用预埋管线和预留管道槽两种形式，在深化设计过程中应考虑以下内容：
1)将预留管道槽的绝对位置根据其管线和型号正确地在构件生产图纸中表达。
2)预留管道槽设计时要考虑管道正常安装与调试所需要的空间，如在管道弯头处的局部增加预留槽的深度，保证后装管道弯头与预留槽的正确匹配。
3)预留管道槽的深度应与预埋管道几何尺寸相匹配，避免由于预留空间过浅而发生完工后产生管道外露的现象。
4.3.2燃气专业预留预埋
燃气专业预留预埋的设计重点主要集中在人户管道在外墙板上预留的设计上，在燃气专业管道预留深化设计时，主要考虑燃气管径的大小与空间定位问题。
4.3.3电气管线预留预埋
电气管线的深化设计主要是预制墙板内的电气管线的预留(预埋)，一般主要考虑以下方面：1)墙板上不同材质线管线盒与强弱电专业相配合的要求。2)后续施工如管线穿线的专业和数量及线径对线管材质的要求。3)电气管线预埋预留与后续施工进行接驳的可行性。
5、结语
经济性是预制装配钢构建筑最主要的优势，并且在实践应用中该结构体系诸多优势不断显现，得到了建筑领域的一致认可，因而在未来发展空间广阔，但是人们对于该结构体系还并未了解，因此无法真正看到该结构体系的优势。基于这一点，在未来的发展中，应当加大预制装配钢结构体系的推广，令其逐步成为建筑行业的主力军，更好地推进我国建筑工业化进程。
参考文献：
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[4]叶之皓．我国装配式钢结构住宅现状及对策研究[D]．南昌：南昌大学，2012．
论文作者:尹稷华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第7期
论文发表时间:2017/8/13
标签：建筑论文; 钢结构论文; 结构论文; 体系论文; 管道论文; 住宅论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2017年第7期论文;