浅析建筑钢结构工程设计及其注意事项

朱旭升

摘 要：钢结构因为其自身的质地轻、强度大，被普遍的应用在高层和一些大跨度以及异形的建筑工程里。在工程进行实践过程中，钢结构所进行的设计当前尽管已经十分完善可是还是存在较多问题，包括：设计方各自为政的情况屡见不鲜，衔接位置处置不适宜；构配件在设计与施工中出现的碰撞；施工过程中因为吊装和拼接出现的偏差还有施工成本概预算存在较大的偏差等。文章基于此本文针对以上提到的几个方面，站在BIM 技术的视角上，提出了一些切实可行的处置方案。

关键词：建筑工程；BIM技术；钢结构设计；优化要点

1、建筑结构设计中钢结构设计的重要性

钢结构设计包括设计规划的整个演变，设计蓝图到实物，以及钢结构产品。一方面，钢结构设计反映了建筑的整体质量，反过来又影响了建筑业的发展。另一方面，钢结构设计也影响了现代钢结构制造业的发展。从建筑结构设计的角度来看，钢结构设计不仅对几何设计提出了更高的要求，而且对具体的施工技术提出了专业要求。因此，钢结构设计师必须具备高水平的专业技能和工作经验和强大的整合素质素养。

钢结构设计的难度是很大的。设计人员需要结合施工项目的施工性质和工程图纸，准确把握钢结构设计的关键点，在头脑中形成清晰的立体结构，并通过设计图纸进行展示，确保钢结构整体的设计质量。

在钢结构设计过程中，设计人员必须严格遵守相关的设计规范和原则，充分把握结构和结构应力特性的要求，在符合国家标准的前提下合理设计。同时，要结合施工项目的施工要求，优化钢结构关键部位的设计，确保钢结构设计质量，确保施工项目顺利施工，使得建筑企业在市场上的竞争力得到提升。

2、钢结构存在的问题

2.1钢结构的失稳问题

当前有很多的调查数据显示出，建筑工程钢结构安全事故的的核心原因就是因为钢结构自身的不稳造成的。首先，钢结构其自身的不稳定性主要有：局部不稳定性，以及局部不稳定引起的间接整体不稳定性。

当弯曲部分不稳定且尺寸超出公差范围时，钢结构施工项目的质量受到严重影响。如果设计者在进行建筑结构的钢结构设计时没有充分考虑钢结构的支撑功能，也会导致不稳定问题；如果钢结构吊装不当，会造成桁架和桁架杆。作品力量的巨大变化也会导致不稳定问题。

导致钢结构不稳定的因素很多。设计人员和施工人员应注意并做好相应的预防措施，确保施工项目的施工质量。

2.2钢结构的腐蚀问题

钢材料其自身的耐腐蚀性是比较差的，特別是其在湿度较大的时候、还有就是出现侵蚀性比较强的环境中，钢结构就会出现生锈和腐蚀的情况，这样的一种情况会令构件自身的承载能力被减弱，严重的时候会使其出现严重的安全事故。通过对于木屋架和钢木屋架以及钢筋混凝土屋架还有钢屋架产生安全事故的相关数据进行统计和调查的结果不难发现，钢屋架产生的安全事故当前的占比已经达到了60%，而产生这一问题的主要原因是因为钢结构出现的腐蚀问题而产生的。

2.3钢结构的火灾问题

钢材自身的耐高温性并不是很高，其自身的性能会伴随着温度上的转变而出现变化，在温度提升到430至540摄氏度区间的时候，钢材其自身的屈服点以及抗拉强度和其弹性模量都快速的降低，其本身所具备的承载能力也就会消失。建筑物其自身的构件耐火性能较弱，在出现火灾的时候这种承载能力不能够得到快速的延续，会为安全疏散和物资抢救与扑灭火灾等相关的消防活动带来阻碍。

3、基于BIM视角的钢结构设计优化

3.1钢结构设计单体衔接处理

在Tekla Structures里去把建筑施工平面有关的设计信息输入其中挖槽三维建模，处理二维模型无法可视而产生的错误判断；按照经验，去将结构类型输入其中，并且把BIM软件里模拟建筑受力进行确认，判断结构设计上是不是合理；输入给排水还有电气设施，并且去对绿色建筑进行评定，同时使用BIM软件去对整体设计给予优化。BIM设计过程中，需要使得全部设计参数的数值能够保持在一个界面上进行运行，使其构成不同设计单体的成果，使得结构更为合理。在这样的一个模块中对其给予更改，降低多个部门产生的摩擦，并且还可以节约时间，提升效率。

3.2钢结构构配件碰撞处理

BIM可以通过仿真技术模拟建筑结构的真实信息，形成三维构图。并且相关部件可以通过navisworks软件检查，以最大限度地减少施工期间部件的设计变化。同时，BIM还可以处理不同构造类型之间的碰撞：例如，首先构造某个构件，但占用的空间相对较大，导致后续构件的构造平面被占用和重新加工；使用BIM，钢结构模型通过VR技术虚拟化。模拟，保留必要的通道孔以避免施工碰撞。

3.3钢结构施工过程中偏差处理

在钢结构的设计和施工中，严格控制现场，并定期将现场施工数据输入BIM平台，评估施工质量。根据BIM平台的实际信息反馈，改变钢结构设计，修复现场施工质量。

BIM平台可以实时监控来源信息源，及时提取钢结构部件的出厂信息，通过三维建模和VR技术形成图纸的视觉效果，模拟真实的拼接情况，反馈形成的错误进入结构设计。根据获得的信息，设计人员执行偏心计算，以检查设计是否符合预期的质量要求。徐州奥林匹克体育中心采用BIM技术进行奥运中心采用的关键部件（如收缩夹和施工焊缝）的施工和安装，并通过VR技术模拟现场安装动画，使其对施工起到指导作用。

3.4钢结构成本概预算分析

传统的钢结构预算是指通过广利达等软件对数量清单进行计量和定价，但计算机设计更具有程序性，不考虑市场变化。BIM技术使用SD建模来考虑时间因素对项目的影响。例如，市场上工程材料的价格变化和施工技术水平将影响现场施工过程，最终影响施工项目的质量。

BIM技术可以准确地估算工程成本，使用现场模拟技术，并选择合理和经济的钢结构部件，以降低工程成本。以徐州奥体中心为例，工程部件采用箱式弯扭构件，变截面锥形管和大直径弯管等，采用BIM技术输入设计参数，模拟施工环境，验证每个节点和每个应力的准确性，然后进行现场施工。这种设计策略一方面满足了形状的设计要求，另一方面降低了修复的风险，降低了项目成本，并注重市场材料的价格变化，综合考虑各种因素影响建筑施工，改善施工，使得预算自身的准确性得到了有效提升。

参考文献

[1]蔡建友.建筑钢结构节点主要分类及设计要点[J].商品与质量，2015，（26）.

[2]韩春阳，杜行宇，建筑钢结构节点分类及设计要点分析[J].住宅与房地产，2017，（24）.

（作者身份证号码：321322198706270835）