某英標城市綜合體項目深化設計技術

鞏少兵，樂 銘，張利祥，彭 暢

(中建鋼構武漢有限公司,湖北 武漢 430100)

本文以馬來西亞某城市綜合體為實例總結了海外英標項目與國內(nèi)項目在深化設計中的不同,對從設計規(guī)范到圖紙報審流程中的不同進行了詳細分解介紹;根據(jù)具體問題給出了解決方案,并基于深化設計常用軟件Tekla Structures對此類結構的深化設計進行研究探索,總結出一套針對海外項目的深化設計方法。同時,結合本項目的復雜構件,從工廠加工、檢測、運輸做了深入分析,并做出了針對性的解決方案總結,可為今后類似項目的深化設計提供一定參考。

1 工程概況

本項目位于馬來西亞首都吉隆坡市中心,總建筑面積11.68萬m2,總用鋼量約1.6萬t,地下5層,地上6層,主體為鋼框架+懸挑桁架結構體系,長190 m,寬70 m。桁架整體長90.2 m,懸挑區(qū)挑空長45.7 m,高32 m,懸挑桁架底部高約18 m,鋼框架區(qū)高39 m,屋面最高點46.2 m,地下室深21.1 m。整個懸挑桁架結構由4根鋼柱支撐,其中2根鋼柱支撐于桁架上,2根鋼柱支撐于懸挑結構主梁上。另外整個懸挑由2層—5層核心筒內(nèi)伸臂鋼梁拉結受力。在安裝過程中,由12根臨時鋼柱用于受力支撐,懸挑結構安裝完成后進行拆除。本項目節(jié)點形式以鉸接為主,僅局部懸挑區(qū)域采用剛接。效果圖如圖1所示。

2 海外深化設計與國內(nèi)深化設計的不同點

1)海外深化設計流程不同。相比國內(nèi)項目海外深化設計流程上最大的不同就是需單獨進行節(jié)點設計與Shop Drawing(節(jié)點詳圖)的報審,只有Shop Drawing獲批后才能進入提料和加工圖出圖階段,流程圖如圖2所示。

2)設計標準不同。本項目設計采用BS5950,材料規(guī)范為EN10025,節(jié)點設計還應符合BCSA(英國建筑鋼結構協(xié)會節(jié)點設計手冊)要求。鋼結構設計規(guī)范是節(jié)點設計的主要依據(jù),深化設計也需了解一些基本概念,如:偏心距的算法,拉力的認定等,了解這些在深化設計節(jié)點建模時,可以做出合理的判斷。還有一些螺栓邊距,螺栓間距等規(guī)定,跟國內(nèi)也有明顯不同,其規(guī)定了最小間距,同時也規(guī)定了最大螺栓邊距等,深化設計時需要十分注意。例如,英標中規(guī)定螺栓間距為2.5d,邊距為1.4d0(d為螺栓直徑,d0為螺栓孔徑)[1]。

材料規(guī)范跟深化設計密切相關,里面詳細的介紹了材料的次等級、交貨狀態(tài)等信息,設計施工圖中一般對材料等級描述比較詳細,但對次等級和交貨狀態(tài)等信息表示不完整,需要深化人員熟悉材料規(guī)范,對有疑問的地方明確清楚,必要時提出RFI,確定不明確的信息,以免造成材料采購錯誤[2]。

BCSA(英國建筑鋼結構協(xié)會節(jié)點設計手冊),里面規(guī)定了節(jié)點設計的構造要求,跟深化設計密切相關,例如梁柱、梁梁的安裝間隙(根據(jù)梁的截面高度有不同的安裝間隙);最外邊的螺栓間距不能超過530 mm,超過限定值就要加抗彎板補強等[3]。

另外,海外項目基本每個項目都有對應的技術規(guī)范(Specification),其內(nèi)容涵蓋設計、技術、商務、生產(chǎn)、材料報審、后勤、LEED要求、BIM要求等各方面。其中材料、焊縫、涂裝、BIM等都跟深化設計密切相關,需要深化設計時深入研究。

3)節(jié)點設計。海外項目的施工圖一般不含有節(jié)點圖,僅提供關鍵節(jié)點的草圖,承包商需聘請具有節(jié)點設計能力的公司完成節(jié)點計算,深化單位再根據(jù)計算書進行深化建模。即使設計已給出詳細節(jié)點,也需要鋼結構分包對節(jié)點進行驗證,復雜節(jié)點還需要進行應力驗算,見圖3。

4)Shop Drawing繪制。Shop Drawing一般分為布置圖和節(jié)點圖,其中布置圖包含梁截面代碼、節(jié)點代碼、內(nèi)力信息、起拱值、栓釘信息等,包含內(nèi)容較多。節(jié)點圖主要包含節(jié)點樣式、焊縫形式及等級、板厚、材質(zhì)、螺栓直徑及等級等信息,并且Shop Drawing送審環(huán)節(jié)中,Shop Drawing最終需與節(jié)點計算書一同報審設計。

作為后續(xù)深化、加工、施工及驗收的依據(jù)性文件,Shop Drawing的圖面內(nèi)容要求一般較高,節(jié)點詳圖中所有的信息都要明確,尤其是涉及節(jié)點樣式、焊縫形式及等級、連接板厚、材質(zhì)、螺栓直徑及等級等關鍵信息,不能出現(xiàn)遺漏,否則會給后續(xù)的工序帶來不必要的麻煩。除此之外,Shop Drawing跟國內(nèi)的節(jié)點圖類似,主要表達理想條件下節(jié)點樣式,實際工況可能與理想條件下節(jié)點有調(diào)整,需要做提前考慮。由于Shop Drawing最終需與節(jié)點計算書一同報審設計,理想條件節(jié)點樣式無法實現(xiàn)時,就需要調(diào)整節(jié)點樣式,修改后的節(jié)點樣式可能會與節(jié)點計算書不一致。所以海外深化過程中,通常會從實際深化調(diào)整好的TEKLA節(jié)點中導出Shop Drawing,再根據(jù)實際節(jié)點匹配設計計算書,然后在CAD中整理Shop Drawing線條,這樣可以避免出現(xiàn)實際工況跟計算書不一致的問題[4]。

3 項目重難點分析

3.1 蝶形扁腔體疊合板巨型桁架深化設計

蝶形扁腔體疊合板巨型桁架節(jié)點為整個懸挑結構的支撐,受力大、要求高,一個節(jié)點質(zhì)量達64 t,其中就包括了疊合柱結構,超窄箱體大厚度隔板焊接,大型疊合板焊接,S690QL1鋼材焊接,相控陣檢測,超重節(jié)點運輸支架設計,預拼裝等多難點于一身,深化設計需在前期與相關部門進行多次評審,確保構件可焊可檢。為保證所有內(nèi)部隔板的焊接可操作性,腹板在隔板位置做斷開處理,先保證腔體內(nèi)隔板的焊接操作空間,并且可保證后續(xù)焊接檢測空間。根據(jù)顧問要求翼緣縱向不能斷開,為保證內(nèi)部隔板全熔透焊接,采用翼緣橫向分3段,逐層焊接的方法[5]。

3.2 大型疊合板焊接

本項目疊合板最大尺寸達到了80 mm×3 845 mm×6 140 mm,需要整體開槽嵌套。如圖4,圖5所示60 t桁架疊合板節(jié)點,材料采用了S460QL+S690QL1的超高強度鋼,且板厚高達80 mm。疊合板焊接工作量大,且焊接質(zhì)量檢測要求高,為保證焊接可焊性及探傷的可探性,此節(jié)點進行了多達16次的退裝退焊,每次焊接完成后需要等待48 h以上然后再進行相控陣檢測。

3.3 相控陣檢測(PAUT)

本項目根據(jù)規(guī)范要求所有桁架的熔透焊縫均需要進行相控陣探傷(PAUT)。相控陣探傷相比UT可以顯示更多內(nèi)部細節(jié)問題(見圖6),探傷形式介于UT和RT之間,深化設計過程中需考慮探傷設備的最小操作空間,實時關注工藝可焊接性,探傷可操作性問題,提前聯(lián)動工藝及相關部門評審節(jié)點做法,確保可探,對于確實不能滿足要求的節(jié)點,需要提供充分的依據(jù)并提RFI建議設計改為UT探傷[6]。

3.4 BIM技術

本項目BIM要求比國內(nèi)一般項目更加精細化。每次報審的圖紙必須提供與圖紙一致的BIM模型,且BIM模型中還需包含有非常豐富的屬性信息。如:RFI信息、變更信息、構件位置信息、采購及加工狀態(tài)信息等(見圖7)。本項目要求BIM模型深度為LOD500,竣工圖階段的信息還需在模型中體現(xiàn)。針對以上要求,我們在TEKLA軟件中增加了RFI屬性頁(見圖8),用以體現(xiàn)RFI要求的各種詳細信息[7]。

3.5 RFI管理

RFI(Request For Information),即國內(nèi)的工程聯(lián)系單,海外項目因RFI一般較多且回復周期長,需要做好臺賬管理,常用的臺賬應包括以下信息:RFI編號、版本號、標題、針對區(qū)域、送審時間、是否回復、預計回復時間、備注等。

海外項目因RFI周期長,RFI發(fā)出不及時或RFI回復過晚將直接影響設計報審。項目開始后,深化設計人員宜盡早開展全面的圖紙問題梳理,將設計疑問整理成RFI報出,避免遺漏。并在臺賬中增加提交時間以及預計回復時間,對RFI及時追蹤,對超期未回復的RFI需要發(fā)函提醒總包,規(guī)避由設計單位或甲方回復過晚原因?qū)е碌脑O計延誤。

3.6 構件運輸

海外項目構件運輸條件直接影響到深化設計的構件分段,需在深化設計前確定好這些因素,以免造成返工。

1)采用公路、鐵路運輸,要了解出口國、沿途所經(jīng)國家、進口國的道路、橋梁、涵洞對構件外形尺寸及重量的限制。

2)采用海運,要了解散運或集裝箱對構件尺寸的限制,同時須考慮構件進出集裝箱裝卸的措施可操作性。

3)超重節(jié)點運輸支架,由于部分構件的單體質(zhì)量超過了60 t(如圖9所示構件),且結構復雜無法使用常規(guī)的打包框架,為保證運輸安全,設計了運輸支架,與構件本體焊接,現(xiàn)場拆除[8]。

4 結語

相比于國內(nèi)項目,海外項目在深化設計環(huán)節(jié)往往更加復雜,流程更加煩瑣,通過本文分析介紹,可為海外深化設計提供一個比較清晰的思路。本項目由于場地、空間限制采用了巨大的懸挑結構,不僅結構體系復雜,使用的鋼材材質(zhì)等級也非常高,即使在國內(nèi)也很少遇到如此制作難度的構件。與此同時,通過本文的總結,也對今后國內(nèi)的同類型項目的深化設計有一定的借鑒意義。