2021年整理 钢结构工程深化设计

第四节钢结构工程深化设计1.总体思路1.1深化设计目的表9-4-1深化设计目的序号内容1通过深化设计，对大连中心裕景公建部分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，对大连中心裕景的公建部分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，依据东北设计研究院一一大连中心裕景结构招标图中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ERP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。1）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；2）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，大连中心裕景公建部分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f搜集、熟悉设计资料f图纸会审，构造优化f人员部署，进度安排f设计交底f深化设计展开内审、外审f项目实施过程服务项目结束、竣工图整理、设计存档深化设计的重点、难点分析及解决对策表9-4-2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、难点结构单体多、构件类型及节点种类非常多，深化设计任务量大重、难点分析本工程包含两幢超高塔楼及裙房，裙房又通过温度缝将地上结构分为西区、中区、东区三个单体。钢结构分布于地下室劲性柱、核心筒、钢柱、巨柱、转换桁架、巨型支撑、楼层结构、雨蓬、楼梯、天窗等部位，结构总用钢量近6万吨。其构件种类包括箱形、H形、圆管等，构件规格达数十种；节点种类繁多，深化设计任务量非常大。解决万案成立大连中心裕景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、塔楼ST1组、塔楼ST2组、裙房组五个深化设计组，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9-4-1钢结构深化设计组织机构钢结构深化设计人员部署表9-4-3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3人建模人员6人制图人员12人校对人员3人合计30人2.3深化设计进度安排表9-4-4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1ST1、ST2地下室部分2009年5月21日2009年5月26日6工作日2ST1、ST2之F1F62009年5月21日2009年6月21日31工作日3ST1、ST2之F7F122009年6月22日2009年8月31日50工作日4ST1、ST2之F13F352009年9月1日2009年10月15日45工作日5ST1之F36F65ST2之F36屋面层2009年10月16日2009年12月24日70工作日6ST1之F66屋面层2009年12月25日2010年12月25日30工作日7裙房地下部分2009年5月21日2009年6月21日31工作日8裙房地上部分2009年6月21日2009年8月10日50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1.11.3m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，使柱口铳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1.21.4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。t=25钢柱现场安装拼接接头1f图9-4-24.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9-4-5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9-4-6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9-4-7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9-4-8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9-4-3。熟悉图纸详图设计单位确定杆件分段位置、加工工艺、图纸分批情况及图纸提交时间施工图设计沪确认完成一批图纸校对、审核设计方审图纸交底开始下一批图纸及工厂1rr设计结束，提交完整设计图提交图深化详图设计流程图9-4-34.4 深化详图设计软件结合以往工程深化设计经验，大连中心裕景公建部分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9-4-9XSTEEL软件功能序号内容1XSTEEL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。二丈样握邀虚#样w,w捆事劃氏attiftttraWWi+HIM的物住Fa目苗的1燼1图9-4-4大连中心裕景公建部分钢结构深化设计模型界面（XSTEEL）哇inv悝垂电M3他iH讪羽:|沁鲂-亠上叱:：伽丈样275276L16*480P-128.5Q345B480L16*480P-228.5Q345B480P-9L10*20Q345B939P-36L25*135Q345B270P-38L20*100Q345B550P-42L8*189Q345B288P42-曰2i=!_10625.5合计47.25599.8-rM24r-,-5KIP-1等级长度扭剪-I”诞HIfglA-AB-BC-Cfnrtoniuk_-iAHf!l严R0rCz隹小-Jr也：jCT?j-i-M-rjiJT?ainAIMKLIli1+W-F1呻KOI昭逢H.iCJHH-CII01零R-xri*P-WHUUaKSEUH.mKV：nW“率FLICT-IK3fimiuHj-UMIXMSHQ1-IKHLXMSHQUtHhH3.J-nua.IBMB*MOivrQ0tua,0工fl11204w*14Kudn图9-4-6Xsteell构件图纸4.5.4零件图根据构件图、参照节点、分段等要素在Xsteel的构件模型中直接生成零件图和材料清单。4.5.5 照上述步骤完成后，将最后完成的图纸进行“自校互校校对审核签字”。5.工艺设计根据大连中心裕景以建部分钢结构工程具体的焊接坡口及切槽构造，应根据接头的类型、板件的厚度、板件焊缝的类型、质量等级及相关规范、规程，并结合工厂制作工艺要求进行设计。以下为本工程板件焊接坡口的通用图库。表9-4-10本工程焊接坡口通用图库F-36.深化设计质量保证措施6.1深化设计人员本工程的深化设计须组织强大深化设计队伍，深化设计技术负责人为高级工程师职称，从事专业工作年限不少于八年，结构设计分部、详图设计分部、工艺设计分部负责人均为本科以上学历，从事专业工作年限不少于五年，其他成员选择本科以上学历、深化设计工作年限在3年以上人员，保证深化设计图纸质量。6.2深化设计三级审核制度除了强化人员能力配备外，对深化设计严格合理的工作流程、体制和控制程序是保证深化设计质量的关键因素。总包项目经理部将根据中国钢结构行业的具体情况，制定符合建设部颁布的各项制图标准和设计规范的深化设计标准，建立起完善的三级审核制度。设计制图人员根据设计图纸、国家和部委规范、规程以及企业深化设计标准完成自己负责的设计制图工作后，经过以下检查和审核过程：6.3设计制图人自审设计制图人将完成的图纸打印白图（一次审图单），把对以下内容的检查结果用马克笔做标记：表9-4-11深化详图自审内容序号内容1笔误、遗漏、尺寸、数量；2施工的难易性（对连接和焊接施工可实施性的判断）；3对于发现的不正确的内容，除在电子文件中修改图纸外，还要在一次审图单上用红笔修改，并做出标记（圈起来）；4自审完成后将修改过的图纸重新打印白图（二次审图单），并将一次审图单和二次审图单起提交审图人员。6.3.1审图人员的校对检查审图人员的检查内容和方法同自审时基本相同，检查完成后将二次审图单交设计制图人员进行修改并打印底图，必要时要向制图人将错误处逐条指出，但对以下内容要进行进一步审核：表9-4-12审核内容序号深化设计制图是否遵照公司的深化设计有关标准；对特殊的构造处理审图；结构体系中各构件间的总体尺寸是否冲突。6.3.2审定时的审图以深化设计图的底图和二次审图单为依据，对图纸的加工适用性和图纸的表达方法进行重点审核。对于不妥处，根据情况决定重复从审图人员开始或制图人员开始的上述工作。6.4及时的通知、反馈、处理当深化设计出现质量问题，在生产放样阶段被发现时，及时通知深化设计部。深化设计部立即组织人员对问题进行分析，如果判断属于简单的笔误，即迅速修改错误，出新版图，并立即发放给生产和质量控制等相关部门，同时收回原版图纸。当质量问题判断为对设计的理解错误或工艺上存在问题时，重新认真研究设计图纸或重新分析深化设计涉及到的制作工艺，及时得出正确的认识，并迅速修改图纸，出新版图后立即发放给生产和质控等相关部门，同时收回原版图纸。当在构件制作过程中或安装过程中，根据现场反馈的情况发现深化设计的质量问题时，立即通知现场停止相关部分的作业。同时组织技术力量会同有关各方研究处理措施和补救方案，在征得设计和监理同意后，及时实施，尽可能将损失减少到最小，并将整个过程如实向业主汇报。6.5出错补救措施深化设计部设专门联系人与设计院、业主保持不间断的联系，尽量减少深化设计的错误；在设计中发现深化图出错，而尚未下料开始制作的，立即对错误进行修改，在确认无误后再进行施工；如果深化设计发生错误，且工厂已经下料开始制作，在发现错误后，立即停止制作，并向设计院和业主报告，与设计人员共同商讨所出现错误的性质，如果所发生的错误对整体结构不造成安全影响，在设计院、业主的认可、批准后继续施工；否则对已加工的构件实行报废处理。