0104第四节 钢结构工程深化设计管理.docx

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0104第四节钢结构工程深化设计管理

第四节钢结构工程深化设计管理

1.深化设计的总体思路

1.1深化设计目的

表深化设计目的

序号

内容

1

通过深化设计，对太平金融大厦钢结构工程施工过程中结构的整体安全性和重要节点的受力进行验算，确保所有的杆件和节点满足设计要求，确保结构施工过程和使用安全

2

通过深化设计，对太平金融大厦钢结构工程的构件和节点进行构造优化，确保加工制作的工艺可行性，确保现场施工的合理和便捷，提高生产和安装效率。

3

通过深化设计，依据设计院的钢结构设计施工图进行详图设计，转化为供工厂加工和现场安装使用的标准加工详图与构件安装详图。

4

通过深化设计，对本工程所有构件进行统一规则的流水编号，并录入公司项目信息库，上至项目指挥部，下至工厂、施工现场，对加工与安装过程进行全程信息化管理与监控，实现项目与制造的对接，确保本项目实施过程的精细化管理。

1.2深化设计总体思路

钢结构深化设计不是简单的细部设计，而是在设计图纸基础上的二次设计。

国内建筑设计院的钢结构设计一般仅对结构受力提出了一些基本的要求，较少考虑钢结构体系变形的特殊性，相对于混凝土结构而言，绝大多数钢结构均为稳定控制，而目前国内外商业程序均没有自动校核压杆稳定的模块，一般设计单位仅验算代表性的杆件，极易留下隐患；

钢结构与混凝土结构相比，最大的不同在于钢结构节点形式的合理及可靠是保证结构体系安全的关键，一般而言，混凝土结构节点可以做到完全刚接，故计算假定与实际结构基本吻合，而钢结构则不同，绝大多数节点既非绝对刚接，亦非绝对铰接，根据节点形式及构造的不同，节点刚度是一个变量，但通常均将节点设定为刚接或铰接，造成理论计算与实际结构不符。

还有，钢结构节点造型日趋复杂，很难按常规的梁、杆或板单元进行计算，必须采用有限元方法才能找出内力分布规律，避免应力集中，保证结构安全。

从上世纪九十年代初开始，随着计算机技术的日益发展，建筑设计行业开始兴起一种新兴的仿真设计方法——计算机虚拟建模技术。

即在电脑上按建筑物的真实尺度实体建模，将建筑物按真实比例显示在屏幕上，这种技术的优点是可以让设计者、建造者及业主看到建筑整体、各个分部、各种构件的相互关系、空间体量、节点连接及支座条件，完全摒弃了传统的三视图设计原理。

随着我国钢结构的迅速发展，钢结构深化设计作为一个新兴行业也得到了发展壮大，深化设计水平逐年提高，基于数字化虚拟建模技术明显的优势，拟在本项目采用这一数字化虚拟建造技术，对所有钢结构工程进行1：

1实体建模，并将每一根构件、每一个节点、每一块零件板从空间模型中调出来，根据加工制作及安装需要进行剖切、投影，生成深化设计详图，因此图纸上的所有尺寸，包括杆件长度、断面尺寸、螺栓孔间距等，在理论上是没有误差的。

高精度、高质量的设计，辅之以数控加工设备，使钢构件制作精度达到理想状态，从源头上保证钢结构安装精度及质量。

经过如上分析，太平金融大厦钢结构工程钢结构工程深化设计的思路为：

以施工图和国家、行业、地方规范规程为依据，进行结构、节点的复核计算及构造优化，以数字化虚拟建模技术为手段进行深化详图设计。

1.3深化设计总体流程

项目立项→搜集、熟悉设计资料→图纸会审，构造优化→人员部署，进度安排→设计交底→深化设计展开→内审、外审→项目实施过程服务→项目结束、竣工图整理、设计存档

1.4深化设计的重点、难点分析及解决对策

表深化设计的重点、难点分析及解决对策

序号

重难点分析及解决方案

1

重、难点

结构构件类型及节点种类非常多，深化设计任务量较大

重、难点分析

本工程包含一幢高层主塔楼。

钢结构分布于地下室劲性柱、核心筒、楼层钢梁等部位，结构总用钢量近6千吨。

其构件种类包括H形、箱型、十字型等，构件规格较多；节点种类较多，深化设计任务量较大。

解决

方案

成立太平金融大厦钢结构工程钢结构工程深化项目部，任命钢结构技术负责人兼任部门负责人，全权把关设计质量及设计工期。

部下分设结构组、工艺组、主体结构组、桁架组四个深化设计组，抽调效率高、技术扎实、设计经验丰富的深化设计工程师参与本项目深化设计。

应用有限元分析软件ANSYS和详图软件XSTEEL以及自行开发的设计软件进行节点分析、设计及详图设计。

设计过程中与原设计单位密切配合，尽量应用其设计成果，减少沟通时间和成本。

及早确定可实施的设计方案，加强设计管理，确保设计的准确度，加快工程进度。

2.深化设计部署及进度计划

2.1深化设计组织机构

图钢结构深化设计组织机构

2.2钢结构深化设计人员部署

表钢结构深化设计人员部署

钢结构技术负责人

1人

结构组

专业负责人

1人

设计人员

2人

工艺组

专业负责人

1人

设计人员

1人

详图设计部

专业负责人

1人

建模人员

2人

制图人员

4人

校对人员

1人

合计

14人

2.3深化设计进度安排

表深化设计进度安排

序号

钢结构深化设计项目

开始日期

结束日期

工期

1

地下室部分

2011年8月15日

2011年9月30日

45工作日

2

F1～F6

2011年10月1日

2011年11月30日

60工作日

3

F7～F48

2011年12月1日

2012年3月30日

120工作日

3.钢柱现场拼接接头深化设计

钢结构制作和安装过程中，由于运输条件的限制，或者柱截面发生变化，需要将柱和柱拼接起来。

柱的拼接节点一般都是刚性节点，为便于现场安装操作，柱拼接接头一般设置在距楼板顶面以上1.1～1.3m的位置，同时避开水平荷载下的最大弯距区，抗震设计时柱的拼接接头应位于框架节点塑性区以外，并按与柱截面等强度原则设计。

本工程柱拼接接头位置已由设计指定并反映在施工图中，为距楼层梁顶面1.3m处。

考虑运输方便及吊装条件等因素，柱的安装单元一般采用二～三层为一节，长度不超过14.5m。

根据设计和施工的具体条件，柱的拼接可采用焊接或高强度螺栓连接。

焊接接头没有拼接节点板，传力简单，外形整齐，节省材料。

但高空焊接作业，需要采取措施保证焊接质量。

有抗震设防要求的焊缝连接，应采用全熔透坡口焊。

箱型柱壁板全熔透坡口焊时，下柱与柱口齐平处设置盖板，厚度一般不小于16mm，用单边V形坡口与柱壁板焊接，其边缘与柱口截面一齐刨去4mm，以便与上柱的焊接垫板有良好的接触面。

下柱盖板与柱壁板焊接时，应保证一定的焊接深度，使柱口铣平后不致将焊根露出。

箱型柱现场焊接接头的上柱也应设置上柱隔板，以防止运输、堆放和焊接时的截面变形，其厚度不小于10mm。

钢柱的现场拼接，4个壁板均采用焊接。

上下柱均设置安装耳板，以便安装就位。

每个耳板上开三个螺栓孔，耳板厚度根据风振及施工荷载确定，并不小于10mm。

拼接时，首先用连接板和螺栓将上下柱的耳板连接固定在一起，再进行柱翼缘和腹板的焊接。

柱焊接好后，用焰割将耳板切除。

连接板为单板时，其厚度宜取耳板厚度的1.2～1.4倍；为双板时，宜取耳板厚度的0.7倍。

连接耳板的螺栓直径不小于M20。

图钢柱现场安装拼接接头

4.深化详图设计方案

4.1深化详图设计内容

深化详图设计的内容包括（但不限于）以下内容：

表深化详图设计内容

序号

内容

1

深化设计图纸目录、钢结构深化设计总说明、焊接通用图

2

构件布置图

3

总装图、成品构件图、零件图

4

成品构件清单、螺栓清单

5

其它需要表达的内容

4.2深化详图设计深度

深化设计图纸的表达至少（但不限于）达到如下要求的深度。

4.2.1图纸目录、图纸清单至少应包含以下内容

表深化设计尚应包含内容

序号

内容

1

应注明详图号

2

构件号、数量、重量、构件类别

3

图纸的版本号以及提交的日期

4

其它资料

4.2.2钢结构设计总说明，主要应包含以下内容

表设计总说明包含内容

序号

内容

1

工程概况及设计依据（主要为遵照的设计、施工规范、规程）

2

钢材、焊接材料、螺栓、涂料等材料选用说明及依据

3

加工、制作、安装及涂装（包括防火）的技术要求和说明

4

焊接、除锈、涂装等工艺的质量要求

5

加工、制作、安装及涂装（包括防火）需要特别强调的事宜

6

图例说明

7

其他需要说明的内容

4.2.3构件清单

准确而详细地表达所有构件和图纸的对应关系以及所有应当表达的构件信息

4.2.4地脚螺栓布置图、平、立面布置图（包括剖面布置图），至少应包含以下内容：

构件编号、安装方向、标高、安装说明等一切安装所必须具有的信息。

4.2.5构件加工图，至少应包含以下内容：

表构件加工图包含内容

序号

内容

1

构件细部、材料表、材质说明、构件编号、焊接标记、连接细部、锁口和索引图等

2

螺栓统计表、螺栓标记、螺栓规格

3

轴线号及相对应的轴线位置

4

加工、安装所必须具有的尺寸

5

方向

6

图纸标题、编号、改版号、出图日期

7

加工厂及安装所需要的必要信息

4.2.6零件详图

尺寸表达完整。

4.3深化详图设计流程

深化详图设计流程见下图。

图深化详图设计流程

4.4深化详图设计软件

结合以往工程深化设计经验，太平金融大厦钢结构工程钢结构工程的钢结构部分详图设计主要采用芬兰TEKLA公司的软件XSTEEL13.0进行，部分节点及构件进行CAD辅助设计、出图。

以XSTEEL为代表的钢结构专用设计软件平台是自主开发的真三维体系，具有较强的技术优势：

表XSTEEL软件功能

序号

内容

1

XSTEEL设有适合中国标准的钢结构设计环境，所有的型材规格、节点形式都是按钢结构设计规范要求来设置，所以建模时选用的构件及截面规格严格按照原结构设计文件的要求，对于非标准的节点，也可以按要求进行自定义节点的设计。

整个节点的“加装”是全参数化的。

2

根据各种钢结构工程特点，该程序可以设定多用户环境，将其中的一台电脑用户设定为主服务器，整个建模工作可以通过局域网由多人分区分楼层进行。

3

可以将模型直接转换成组装图及零件图；

4

模型与图纸间保持三维相关性，即在平面图中还包含三维信息，可以在立面图上切割出剖面图；可以显示相邻部件信息等

5

由于整个深化设计使用程序来完成，钢结构模型经过多次校对审核，若不考虑工厂加工的误差，按深化图加工制作的所有构件理论上完全能达到准确无误的安装就位。

对施工过程中的修改或调整，依然是根据修改或变更的内容先修改好整体模型，然后再次运行“重新编号”，程序会以原来的编号继续顺延下去，并将与之相关联的梁柱的修改以“更新标记”的形式出现，使修改内容一目了然，整个深化图始终保持最终最新的版本。

XSTEEL的出现，是钢结构详图设计的一次革命，不但使设计效率大大提高，而且使设计质量有了保证。

图钢结构工程钢结构深化设计模型界面（XSTEEL）

图钢结构工程钢结构深化设计图纸界面（XSTEEL）

4.5深化详图设计方案

4.5.1整体建模

实体建模前，对设计院提供的钢结构施工图进行仔细的阅读，将图中有不明确或有疑点的问题逐一列出，形成文件资料，经向设计院进行核实确认后再进行建模，整个工程建模在Xsteel平台下完成，建模工作可以通过局域网由多人分区分楼层进行，将其中的一台电脑用户设定为主服务器，可以随时观察和校对其他用户已经完成的模型。

在Xsteel平台下建模，建模时应结合安装方案、制作工艺，在模型中就进行构件的分段处理。

4.5.2平面、立面结构布置图

分层进行梁构件图布置，分轴线进行柱及斜撑构件布置，对各层、各区的构件进行编号。

4.5.3