钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工过程中的应用

钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工过程中的应用

赵世伟

浙江东南绿建集成科技有限公司

摘要：在劲性混凝土结构的施工过程中，钢结构深化设计起到了不可或缺的作用。随着城市地下空间工程建设的迅速发展，特别是地铁车辆检修基地的上盖物业楼房开发，劲性钢筋混凝土结构因其高荷载承受能力而得到广泛应用。然而，由于其结构特性——如钢筋直径大、数量多、排布密集以及交叉节点多等，给实际施工带来了诸多挑战。为解决这些问题，钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工中发挥了重要作用。希望通过本文的探究，能够为相关工作起到参考作用。

关键词：钢结构；深化设计；劲性混凝土

1.钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工中的必要性

在劲性混凝土结构施工过程中，钢结构深化设计的必要性不容忽视。这种深化设计不仅关乎结构的安全性，更是优化结构设计、提高施工可行性和节约成本的关键环节。劲性混凝土结构因其型钢与钢筋混凝土的组合特性，使得受力分析和设计计算变得复杂而精细。通过深化设计，能够对结构的受力状态、荷载传递路径进行精确计算，从而选取最合适的材料规格和尺寸，确保结构在各类条件下均能达到预期的安全性能。此外，深化设计还有助于解决节点复杂、施工难题等问题，通过细致的设计图纸和准确的施工要求，为加工制造和现场安装提供必要依据，避免误解和纠纷，提高施工效率和质量[1]。同时，深化设计还能在保障结构性能的基础上，优化结构布置和构件连接方式，减少材料浪费，降低工程成本。因此，钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工中的应用是至关重要且不可或缺的。

2.钢结构深化设计与劲性混凝土结构的基本理论

2.1钢结构深化设计的流程

钢结构深化设计流程涵盖四个核心步骤：（1）设计需求分析：分析项目需求，包括功能、荷载条件和使用环境，为后续结构选型和优化奠定基础。（2）结构选型与优化：根据项目现场工况、塔吊情况等，选择合适结构形式，优化截面尺寸、材料等级等参数，提升性能、降低成本。（3）节点设计与计算：详细设计和计算关键节点，确保满足结构要求且便于施工，保障整体稳定性和安全性。（4）深化详图绘制：绘制详细施工图，标明构件尺寸、位置、连接方式、钢筋排布准则、钢筋连接方式、搭板、套筒、开孔等信息，指导施工单位顺利进行施工[2]。

2.2劲性混凝土结构的力学性能

劲性混凝土结构的力学性能主要体现在以下方面：（1）抗压强度：远超常规混凝土标准，提供强大抗压能力。（2）延性和裂缝控制：优越的延性和裂缝控制能力确保结构在受拉状态下保持稳定。（3）抗剪能力：型钢和钢筋有效抵抗剪切力，提升抗剪能力。（4）弹性模量：较高弹性模量保持结构在外力作用下的形状和尺寸稳定性。正是基于劲性混凝土结构的上述性能，使其在各类建筑和基础设施中得到了广泛应用。

3.钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工中的应用

3.1钢结构深化设计在模板设计中的应用

在劲性混凝土结构施工中，钢结构深化设计的应用尤为关键，特别是在模板设计方面。首先，模板尺寸与形状的确定是基于结构的详细尺寸和形状，利用三维建模TEKLA或3D3S软件及CAD等工具进行精确计算。模板的长度、宽度、高度等参数需严格遵循结构设计图纸，确保误差控制在毫米级。对于复杂的曲线和折角形状，设计团队会采用高级算法和公式进行精确拟合，如使用贝塞尔曲线或NURBS曲面等数学工具。其次，模板支撑体系的设计需要依据模板的重量、尺寸和受力情况，通过力学分析和计算确定支撑点的位置和数量。支撑体系的设计需满足结构稳定性要求，同时考虑施工安全和便利性。例如，采用受力分析公式和有限元分析软件，可以精确计算支撑体系的受力情况和稳定性[3]。此外，模板与钢结构的连接方式是确保模板稳定性的关键。钢结构深化设计会针对每种连接方式进行详细设计和计算，包括连接件的选型、连接力的计算和验证等。通过精确计算和验证，能够确保模板与钢结构之间可靠连接，避免在浇筑过程中发生漏浆或模板移位等问题。

3.2钢结构深化设计在钢筋骨架制作中的应用

钢结构深化设计在钢筋骨架制作中起到了不可或缺的作用，从钢筋的选型到连接节点的设计，再到整个骨架的稳定性分析，每一步都凝聚了设计团队的智慧和专业技能。首先，钢筋的选型与规格确定是整个过程的起点。设计团队会依据结构的设计要求和受力特点，从Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级钢筋中选取合适的类型，并精确选择6.5至32等不同规格的钢筋。这种精确的选择旨在确保钢筋骨架能够满足结构强度和刚度的要求，同时考虑到使用环境和经济效益。在此基础之上，进行钢筋连接节点的设计。设计师需运用专业知识，采用焊接、套筒、穿孔连接等多种连接方式，并根据节点的受力情况和设计要求，选择最适宜的连接方式和节点构造。在此过程中，团队还需充分考虑施工便捷性和维护成本，确保设计方案的实用性和可行性[4]。特别是劲性结构内钢筋的排布方式，需要在施工前考虑在钢筋满足锚固长度等要求时，如何绕过、穿过、搭接在劲性结构上，并与施工现场交底尤为重要。在完成了连接节点的设计后，设计团队会进行钢筋骨架的稳定性分析。具体而言，要用一阶弹性分析法、二阶P-∆弹性分析法、直接分析设计法等先进的稳定性分析方法，全面评估钢筋骨架的稳定性。在评估过程中，还需要考虑结构的变形、材料非线性、节点连接刚度等多种因素，以确保分析结果的准确性和可靠性。

在钢筋连接节点的设计中，设计人员需运用强度计算公式验证节点的强度。例如，在焊接连接中，焊缝强度的计算公式通常涉及焊缝长度（L）、焊脚尺寸（h）、材料强度（σ）等因素，如公式P_w=σ×L×h（其中P_w为焊缝强度）。该公式的应用需要团队具备深厚的专业知识和丰富的实践经验，以确保节点的设计和计算都符合相关标准和规范。

3.3钢结构深化设计在混凝土浇筑与养护中的应用

在劲性混凝土结构的构建过程中，钢结构深化设计不仅贯穿于钢筋骨架的精细制作，还深入渗透至混凝土浇筑与养护的关键阶段。在这一阶段，设计团队首先会根据工程的具体情况和混凝土的性能要求，制定出合理的浇筑计划。通过精心规划浇筑顺序，实现就近浇筑，减少运输时间和成本，同时确保浇筑速度适中，避免过快或过慢带来的不利影响，如混凝土分层、空洞等问题。其次，钢结构与混凝土的协同工作分析是确保结构性能的关键。设计团队会深入分析钢结构和混凝土在受力过程中的相互作用，确保两者能够紧密协作，共同承担荷载。这种协同分析不仅有助于优化结构设计，还能提高整体结构的稳定性和耐久性。在混凝土养护期间，温度与湿度的控制对于保证混凝土质量至关重要[5]。设计团队会依据相关标准，制定严格的养护方案，确保混凝土在适宜的温度和湿度条件下进行养护。通过控制养护条件，可以有效防止混凝土开裂、变形等问题的发生，提高结构的长期性能，从而确保混凝土结构的质量和安全。

结束语：

综上，钢结构深化设计在劲性混凝土结构施工过程中发挥了至关重要的作用。其不仅解决了复杂节点问题，优化了施工流程，还确保了施工质量和结构的安全性。随着技术的不断进步和应用，钢结构深化设计将在未来继续发挥更大的作用，为劲性混凝土结构施工提供更多支持。

参考文献：

[1]丘先德,魏钰,祁迪,韩龑,丛震.劲性混凝土V撑+屈曲约束支撑复杂节点施工技术[J].建筑机械化,2022,43(10):94-96.

[2]李婷婷,宋丹雅.变截面劲性混凝土结构深化设计方法[J].建筑施工,2021,43(09):1758-1760.

[3]侯建军.复杂劲性混凝土梁柱逆作时的节点施工研究[J].建筑施工,2019,41(09):1643-1645.

[4]黄运武.劲性混凝土梁柱节点处深化设计方法[J].江西建材,2019,(06):62-63.

[5]姚建兵,石萌,谢群,郭笑冰.超高层劲性混凝土梁、柱节点深化设计[J].建筑技术,2019,50(03):273-276.