電子科技園2號(hào)樓鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)應(yīng)用

楊 松，曹莉立

YANG Song，CAO Li-li

(北京市機(jī)械施工有限公司，北京 100045)

1 工程概況

中國(guó)電科電子科技園2號(hào)樓項(xiàng)目位于河北省保定市淶水縣。2號(hào)樓結(jié)構(gòu)主樓地下1層、地上9層（主體為5層、南側(cè)架空4層、北側(cè)架空2層），建筑高度40.8m，建筑功能為辦公，總建筑面積87 873m2，其中地上建筑面積87 264m2，地下建筑面積609m2。主體結(jié)構(gòu)成環(huán)形(內(nèi)環(huán)直徑170m，外環(huán)直徑220m)，結(jié)構(gòu)采用環(huán)形大跨中心支撐框架，單層面積1.5萬(wàn)m2。結(jié)構(gòu)采用9組核心筒鋼框架體系，每組核心筒間通過(guò)大跨度桁架支撐體系連成一個(gè)整體，如圖1、圖2所示。

重要材料選用如表1所示。

表1 材料表

2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)重難點(diǎn)

整個(gè)結(jié)構(gòu)分為9個(gè)核心筒，9個(gè)連廊，相似又不盡相同。內(nèi)外環(huán)向桁架且環(huán)桁架斜撐貫穿整個(gè)樓層。復(fù)雜內(nèi)容包括大跨度連廊放樣，連梁與核心筒鋼柱連接節(jié)點(diǎn)，天溝與管道預(yù)留孔洞節(jié)點(diǎn)等。建筑面積大且跨度大，深化順序需與加工安裝一致，采購(gòu)時(shí)間緊、深化任務(wù)重、材料用量多且厚、板材多等。

圖1 工程效果圖

圖2 鋼結(jié)構(gòu)深化模型

3 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)思路及方案

3.1 解讀分析設(shè)計(jì)圖

根據(jù)設(shè)計(jì)圖特點(diǎn)及圖中注明“除注明外該填充區(qū)域鋼梁詳2-70～2-4軸”，將不同核心筒與連廊的設(shè)計(jì)圖在CAD軟件中認(rèn)真比對(duì)，找到相同、相似、不同的地方，此圓形框架結(jié)構(gòu)由9個(gè)核心筒和9個(gè)連廊組成，核心筒起始標(biāo)高從-10m至-3m不等，連廊標(biāo)高統(tǒng)一由15m開(kāi)始,故連廊與核心筒分開(kāi)考慮。由于構(gòu)件數(shù)量龐大，故不采用鏡像構(gòu)件，只考慮完全相同構(gòu)件用同一構(gòu)件號(hào)進(jìn)行深化?？紤]到15m以上鋼柱構(gòu)件的情況，盡可能使相同核心筒的分段一致。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝、工廠加工及長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)葪l件，將設(shè)計(jì)圖中可調(diào)整構(gòu)件按需修改，為后續(xù)工作做好充分準(zhǔn)備。

設(shè)計(jì)圖中鋼梁分為徑向和環(huán)向，由于環(huán)向鋼梁設(shè)計(jì)圖中均為圓弧，為方便加工及安裝，根據(jù)梁的位置及受力特點(diǎn)，經(jīng)與設(shè)計(jì)師充分溝通后重新計(jì)算，將核心筒及連廊較短的次圓弧梁變?yōu)橹绷?。主梁及跨度較大環(huán)梁經(jīng)過(guò)研究及計(jì)算，將核心筒鋼梁由直梁代替弧梁，連廊區(qū)域環(huán)桁架梁使用折梁代替弧梁，彎折位置為環(huán)桁架柱生根位置（15m標(biāo)高梁上起柱），需注意原有洞口的大小及位置等數(shù)據(jù)。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方法

3.2.1 大跨度環(huán)形連廊桁架模型放樣

現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)深化大部分借助三維模型，本工程采用Tekla21.0版本進(jìn)行三維建模。結(jié)構(gòu)中有內(nèi)外環(huán)形桁架兩道，外環(huán)桁架跨度為55m，內(nèi)環(huán)桁架跨度為40m，環(huán)桁架下弦在15.150m標(biāo)高，上弦標(biāo)高為35.60m，桁架高度20m，跨越4層結(jié)構(gòu)。如上下弦做成圓弧桿件，斜腹桿及直腹桿為直線桿件，則連廊與核心筒相接節(jié)點(diǎn)區(qū)域需按照?qǐng)A弧弦桿方向放樣，連接板等需做整板節(jié)點(diǎn)板且為彎弧形狀。由于節(jié)點(diǎn)板為超厚板，面積較大，整體放樣十分困難。除需要考慮弦桿還應(yīng)考慮腹桿及核心筒柱兩側(cè)的斜撐，多桿件相交且需與彎弧節(jié)點(diǎn)對(duì)接。加工制作方面對(duì)90mm厚板件進(jìn)行精確彎弧難以實(shí)現(xiàn)，拼裝安裝過(guò)程中不易定位，由于是彎弧板大部分都需要手工焊接，焊接質(zhì)量控制相對(duì)困難。

據(jù)以上情況，經(jīng)過(guò)討論分析計(jì)算后，在不影響結(jié)構(gòu)受力及使用的情況下，將連廊區(qū)域環(huán)桁架梁使用折梁代替弧梁，如圖3所示，彎折位置為環(huán)桁架柱生根位置。梁上起柱的截面寬度與環(huán)桁架弦桿截面寬度一致，彎折位置選擇此處能更好地對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)且方便此處節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)。將節(jié)點(diǎn)區(qū)域桁架弦桿做成直線段且做擴(kuò)大板，其余跨中位置為直線連接。節(jié)點(diǎn)放樣時(shí)根據(jù)柱子位置及方向并考慮圓弧梁原有位置，將節(jié)點(diǎn)區(qū)直線段在圓弧梁節(jié)點(diǎn)位置取圓弧弦長(zhǎng)，長(zhǎng)度根據(jù)梁上起柱所需要節(jié)點(diǎn)大小而定。如圖3、圖4所示，每個(gè)區(qū)連廊需分為6段，共5個(gè)梁上起柱節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)定好后中間用直梁連接各節(jié)點(diǎn)最終組成彎折梁桁架上下弦，另腹桿需相應(yīng)調(diào)整。

圖3 連廊桁架弦桿示意圖

圖4 桁架梁起柱節(jié)點(diǎn)

連廊桁架端部與核心筒相接時(shí)需考慮柱截面方向、柱間撐位置、桁架斜腹桿方向及相鄰梁上起柱節(jié)點(diǎn)等因素。確定相接桿件共面的平面進(jìn)行弦桿及腹桿定位，進(jìn)行連廊與核心筒柱節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)。

3.2.2 連梁與核心筒鋼柱連接節(jié)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)對(duì)環(huán)桁架弦桿調(diào)整，鋼柱與環(huán)桁架節(jié)點(diǎn)做相應(yīng)調(diào)整。不考慮柱子斷開(kāi)，做整板節(jié)點(diǎn)，鋼柱為貫通構(gòu)件，其余構(gòu)件做牛腿節(jié)點(diǎn)，與鋼柱焊接連接。根據(jù)已有節(jié)點(diǎn)位置，將與鋼柱相接各桿件進(jìn)行平面位置移動(dòng)，以達(dá)到與柱截面各方向相接時(shí)平滑過(guò)渡。柱子需要與3邊桁架相接，柱自身斜桿位置與柱內(nèi)隔板位置相對(duì)應(yīng)，牛腿寬度取所連接桿件最大截面作為牛腿寬度，其余兩方向桁架截面有H型截面和箱型截面兩種。H型截面為BH600mm×600mm×22mm×30mm，箱型截面為口800mm×600mm×90mm×90mm，鋼柱截面為1400mm×800mm×80mm×80mm。桁架桿截面厚度為90mm,材質(zhì)為Q390C-Z25?？紤]柱子受力、上下節(jié)柱變截面及分段吊裝、吊重等影響，將節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼柱截面厚度由80mm調(diào)整至90mm，單根調(diào)整總長(zhǎng)度為3 300mm。由于柱截面普遍寬于弦桿及撐桿，考慮牛腿與柱本體焊接時(shí)，為防止焊縫應(yīng)力分布不均，產(chǎn)生鋼板層狀撕裂風(fēng)險(xiǎn)，將牛腿擴(kuò)大至鋼柱邊緣，在梁上做擴(kuò)大頭與之相連接，如圖5、圖6所示。

圖5 連梁與鋼柱節(jié)點(diǎn)

圖6 連梁與鋼柱節(jié)點(diǎn)吊裝圖

3.2.3 35.550m標(biāo)高有天溝處節(jié)點(diǎn)放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖顯示，35.55m標(biāo)高有環(huán)形排水天溝，天溝按照?qǐng)A弧位置放樣。需預(yù)留雨水孔并確保結(jié)構(gòu)位置一致。為方便天溝結(jié)構(gòu)搭設(shè)，在鋼梁上預(yù)留降板托板節(jié)點(diǎn)備用，方便后道工序施工。根據(jù)各專(zhuān)業(yè)預(yù)留洞口情況徑向鋼梁均需提前預(yù)留管道孔洞，并需精確制孔后做相應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)措施如圖7所示。

圖7 天溝節(jié)點(diǎn)

3.2.4 勁性鋼骨柱連接節(jié)點(diǎn)

勁性鋼骨結(jié)構(gòu)既要考慮鋼結(jié)構(gòu)自身節(jié)點(diǎn)，又要考慮與混凝土相接鋼筋等連接。混凝土梁從多個(gè)方向匯聚到柱子上，如何處理鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)的連接比較復(fù)雜。提前建?？墒逛摻钆c鋼結(jié)構(gòu)連接更加便捷直觀，為加工制作提供良好的依據(jù)。

本工程混凝土柱截面為矩形2 000mm×1 400mm和1 800mm×1 200mm，鋼骨截面為目字型缺角異形和箱型，截面內(nèi)灌混凝土。鋼筋與鋼骨的連接基本方式為繞、穿、焊、套筒連接等，此順序亦為較優(yōu)選用順序。柱縱筋與鋼骨牛腿碰撞時(shí)采用繞，與鋼筋連接板碰撞時(shí)采用穿，混凝土墻及混凝土梁遇到鋼骨柱及牛腿時(shí)采用焊。

3.2.5 深化設(shè)計(jì)構(gòu)件編號(hào)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖顯示，各個(gè)核心筒、連廊之間均相似，也有些是相同構(gòu)件。考慮到這一點(diǎn)，在方便加工和安裝的情況下，也為減少出圖數(shù)量并且能增加深化速度，將相同構(gòu)件在建模時(shí)用特殊構(gòu)件號(hào)標(biāo)記，模型中只處理特殊構(gòu)件號(hào)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件，其余相同構(gòu)件均在輸出為CAD電子版圖紙后進(jìn)行局部修改。

核心筒及連廊各9部分，由軸號(hào)2-52開(kāi)始順時(shí)針?lè)謪^(qū)，1廊1筒為A區(qū)，順序排列（I字母取 消 ）， 共 9 個(gè) 字 母（A,B,C,D,E,F,G,H,J），核心筒構(gòu)件號(hào)在區(qū)號(hào)后增加T進(jìn)行區(qū)分。

構(gòu)件號(hào)進(jìn)行詳細(xì)分化，樓層+區(qū)域+所在位置+構(gòu)件屬性-*，例如：8GWGL-*，八層（8）+G區(qū)（G）+外 側(cè)（W）+鋼 梁（GL）-*。 先在Tekla中制作局部構(gòu)件圖，輸出成CAD電子版圖紙。布置圖中相同區(qū)域用重復(fù)軸號(hào)的方式進(jìn)行表達(dá)；詳圖中構(gòu)件號(hào)、數(shù)量、重量等進(jìn)行相應(yīng)修改并輔以Excel電子版清單以備查，方便工人加工及安裝時(shí)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本工程各區(qū)塊，各節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)等重難點(diǎn)的分析，進(jìn)一步加深了對(duì)深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)及重難點(diǎn)理解?？此坪?jiǎn)單的深化設(shè)計(jì)，卻需要在過(guò)程中不斷與各方聯(lián)系溝通且及時(shí)準(zhǔn)確的溝通可以為構(gòu)件加工、安裝等提供更好更便捷的圖紙。

[1]GB 50661-2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

[2]GB/T 3632-2008，鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副[S].

[3]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].