涉外钢结构工程设计的几点体会

　　摘要：以工程实例说明，适当选择结构设计方案，加强设计细节控制，降低风险，使得远程控制钢结构建筑的设计施工质量较为理想，为开拓国际设计市场积累经验。

　　随着国际间交流的不断增多，越来越多的外国企业了解了中国的现状，中国的巨大人力及原料资源，使国外企业越来越多地寻求与中国合作的机会。以中国的钢材加工企业来说，在传统的单一的来料加工的基础之上，更加希望提高自己的技术附加值，以期望在国际市场上有更多的机会。在这种共识之下，促成了这一次的合作机会。在中国进行钢结构的设计、加工，在国外进行工程安装。这是一次试探，结果是非常理想的。这次的尝试之后，后续又有几个工程陆续采取了这种合作形式。这使得中国的中等结构设计人员也具有开拓国际设计市场的可能，使中国的建筑业可以不再以纯粹的劳务输出方式参与国际市场。

　　一 综合考虑本工程的实际情况，确定切实可行的设计方案和实施方案。

　　项目是一个多层钢结构工业建筑，一至三层层高6.500米左右，上部层高基本为3.600米。大约长60米，宽50米;主体高度30米，局部高度60米。我方面临的主要问题之一是语言障碍，工艺设备的使用及荷载情况以我们目前的设计人员的外语水平情况是不太可能全部转化的，且设备众多均需要在设计过程中与生产厂家协调。因此，与设备使用情况有关的问题均由外方负责。另外一个较大的问题是远距离施工配合和远距离构件运输，还有一个问题是中国的设计规范与工程所在地的规范协调。在基本的建筑平面，工艺设备确定之后，结构方案选择了梁柱铰接的空间桁架体系，基本上间隔一个柱距设立一道垂直支撑。在局部带有吊车的区域，沿柱主要受力轴方向屋面采用了刚接节点。结构的整体稳定性和水平变形均能较好地控制。原始的结构计算由外方计算，以符合当地的抗震等要求。实际的制造加工则需以中国的材料替代原有设计的构件。这样考虑是基于几个条件：

　　(一) 结构的主体分析可以采用空间计算模型进行分析，主体结构的安全可以得到保证。比较原设计的钢材材性和中国钢材市场的材料之后，确定采用 Q345-B为主钢结构材料，楼梯等较为附属的构件采用 Q235材料。主要结构构件的截面高度：梁400~600mm，柱截面高度 600mm主要支撑均采用矩形空心钢管。这些材料在中国采购加工没有问题。主结构采用铰接节点使得结构的节点分析大大简化，不再考虑弯矩影响，节点螺栓基本上以剪力、轴拉力为主，以节点强于构件的原则较好控制节点的螺栓数量。节点形式可以采用标准铰接节点形式，且按照构件梁构件的截面归并成有限的几种尺寸，节省设计周期。中国基本习惯采用钢框架结构。框架构件的刚接节点计算由于各个节点弯矩分配的影响不同，常常会出现很多种类，加工制作较为复杂，且实际安装时需占用一定的人工;受拉翼缘的现场焊接质量还需达到二级焊缝标准，现场的人工费用及工时相对增加。一旦发生截面尺寸的调整，节点刚度发生变化，节点的计算需要按照整体刚度分析之后才能重新核实，不利于后期条件变化时的修改。甲方对工期要求较为严格，应尽量减低工期压力。计算之后，主体结构的用钢量也较为合适。

　　(二) 桁架构件以轴力为主，替换时较为方便。结构梁均为简支梁计算模式，截面尺寸较为容易控制，适当归并之后，大量成批购买同一种钢材也更为经济。虽然从单根构件(以梁为例)梁端刚接比较接能减低梁截面高度，但由于刚接梁需要满足的构造要求较为严格，在变形满足要求的情况下，由于框架节点还需考虑梁端扭转的不利影响，梁截面翼缘尺寸较大，往往应力不能充分的利用，对于强度较高的钢材尤其明显，采用简支梁形式对于本工程更为有利。构件的稳定性以支撑解决较为理想。为减低结构自重，且考虑到本工程的实际使用条件，本工程楼板均采用成品格栅板。有利于减低结构的水平位移变形。格栅板可以在主体结构加工时同时加工，现场施工方便。

　　(三) 这种结构体系在当地较为常见，甲方可以接受，结构形式的简化使得中外双方更容易达成共识，减少语言障碍带来的不便。实际设计过程中，发现即使是专业的翻译，也不可能准确地表达结构的专业问题，但结构传力简单的构件，即使双方语言交流有一定障碍，公式交流就可以解决很多问题，这也可以说是另外的收获。

　　(四) 基础施工在国外进行，采用这种结构，基础的计算和施工要求较容易达到要求。

　　(五) 实际现场的安装须派驻工地安装指导。铰接节点避免现场大量的焊接工作，较为简便易行，选择这样的模式大大减低了现场安装指导的工作强度，减低了远距离和语言交流不便的影响，有利于加快安装进度。

　　(六) 这个工程对工期要求较为严格，在设计前期，由于甲方工艺设计的变更较多，使得后期设计施工的工期均较为紧张。当时有日本、印度等国外的公司同时参与竞争，因为工期紧张，这些公司都非常慎重。所以，在设计中，尽量从各个环节考虑减少工期显得尤为重要。

　　二 加工图设计阶段的控制。

　　(一) 甲方习惯使用英制单位，在本国的工艺设备的设计上均采用了英制单位。但中国的加工厂大部分的工人习惯使用公制单位，短期之内让工人习惯英制单位显然是困难较大的。为减少实际加工过程中的误差，采用误差分解的方法减低误差的累计。首先，以轴线为单位将轴线尺寸误差调整到正负1毫米(基本以 5 毫米为单位)。既满足安装误差要求，又符合中国工人的习惯。构件分尺寸加工误差限定为负1~2毫米。简支梁的一端均为短长圆孔，以方便现场调整。这里充分体现了铰接节点的优势。梁加工误差为负1~2毫米更利于现场安装的施工。

　　(二) 加工图设计阶段，采用 X-STEEL 软件进行制作。设计人员参与模型制作。需要尺寸调整以适应节点安装要求时可以及时沟通，且涉及设备孔洞定位等及时与外方人员沟通。一般至少每周都会有一次与外方电话会议沟通意见的机会。使得构件在加工过程中的返工修改等现象得到较好的控制。在加工图的最初阶段，还根据目前市场的钢材价格，做适当的构件截面调整，以减低加工费用。这时，采用铰接节点的优越性又一次得到体现。首先确定较大截面的钢材用量。一般是柱子。柱截面确定之后，在调整梁截面或支撑截面时，因为没有弯矩分配的影响，基本对柱截面无影响。材料可及时开始采买，加快加工备料时间。

　　(三) 加工图制作阶段不仅仅注意常规的设计要求：图面尺寸清晰，焊缝等技术要求标示明确……还需考虑运输要求。构件以集装箱运输为主，在海运过程中需尽量减低损伤，且需要考虑尽量减低大尺寸集装箱的使用，以控制运输费用。成品构件长度规格较为整齐，还有利于提高集装箱的利用率，大大减低运输费用。

　　(四) 安装图均带有构件的区域定位图，各层构件分别编号。编号采用编码形式，相当于产品的条形码，信息包括：工程编号，子项分号，层编号，构件种类等。整体结构中不出现重号现象。

　　三 构件加工阶段的控制。

　　(一) 甲方明确表示选用具有国际认证的钢结构加工厂。其诸如焊接工序方法，喷漆涂装等要求均由双方协商，并明确签订合约。

　　(二) 设计方派驻工厂设计代表以控制主要构件加工阶段的质量及加工过程中解决由材料代换等产生的问题。

　　(三) 每加工一部分构件(以安装顺序为时间控制)必须进行工厂预拼接。

　　四 现场安装指导。

　　设计方和加工方各派代表进行现场安装指导。由于前期准备和设计加工阶段的质量控制均较好，实际到了这一步，工作的压力已经大大减轻，也较容易进行。由我们的人员带回来的现场照片来看，工地现场井然有序。构件排放场地明确，不同安装阶段的构件分区排放标识清楚。整个工地工人并不多，大量采用机械手安装。这里充分展现了设计采用的这一结构形式给实际施工带来的大量便利条件。由于现场安装极其顺利，工程提前一个月完工。

　　这个项目的项目经理圆满地完成了项目，并且由于他的推荐，后续的一系列工程进展也非常顺利。这个工程可以说是一次成功的尝试，使得中国的大量的中等水平的设计人员可以有条件走出国门，为中国的技术输出积累了经验。

　　结语：

　　设计初期方案的确定为后续工作带来了相当大的便利。设计越来越不仅仅限于结构的模型分析，还应更多地考虑不同项目的具体条件。结构设计也不能仅仅从截面尺寸考虑经济与否，而是要全面考虑加工条件、现场施工条件、工期条件、使用条件等诸多因素。整体的经济性才能更好的体现。中国的加工制造业增加了技术附加值之后，是完全可以在国际市场上享有更多机会的。中国的中等技术人才也因此可以与国际交流。

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