中建三局第四章钢结构深化设计.docx

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中建三局第四章钢结构深化设计

第4章钢结构深化设计

4.1深化设计组织管理

4.1.1深化设计实施细则

深化设计工作为工程设计与工程施工的桥梁，需要准确无误地将设计图转化为直接供施工用的制造安装图纸。

同时，还需考虑与各相关专业的施工措施，并绘制在深化图中，以便与各专业之间能很好地协调配合。

深化设计需严格按照设计规定的规范、行业标准、规程作为依据；依据合理的计算规则进行相关验算。

从节点构造、构件的结构布置、材质的控制等方面对设计进行合理优化，使设计更加完善。

为了便于施工管理，编制详细的零部件编号规则及深化设计流程。

4.1.2深化设计主要职责

深

化

设

计

主

要

职

责

（1）对本工程钢结构部分进行深化设计，包括完成深化设计模型、深化设计总说明、焊缝说明、安装图、零构件图、各种相关的目录、报表、预算资料等配套设计；

（2）考虑制作、安装等各种因素，对构件进行合理的深化，并做好技术服务工作

（3）对深化设计工作进行系统、有效的管理，包括进度和质量控制，满足材料采购、加工安装需要，保证深化符合原设计的要求。

（4）在整个施工过程中做好与土建、机电、幕墙等专业的协调配合工作，并做好与这些专业界面配合的深化设计，确保工程的顺利进行。

4.1.3深化设计软件选择

目前国际上高层、超高层钢结构深化设计常用的软件主要有专业的结构深化设计软件和通用设计软件两大类。

根据本工程的结构形式及构件特征，选择×steel设计软件作为深化设计的主要应用软件。

使用×steel不仅是考虑到能方便、快捷的进行整体模型、能准确快捷的导出深化图纸，主要考虑该软件在国内应用广泛，可以与参与本工程的相关单位共享数据。

更为重要的是，×steel数据可以方便地转化为其他软件接收的格式，非常适合本工程建筑信息模型系统管理工作。

配合设计软件拟采用AutoCAD、Sap2000、Midas、Ansys等5大类设计软件，分别作建模绘图、结构设计、有限元分析。

4.1.4技术资料依据（包括但不限于以下规范、图集、文件）

一、设计规范规程

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《建筑结构制图标准》GB50105

《钢焊缝手工声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345

《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002

《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98

《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001

《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》JGJ82-91

《钢筋焊接及验收规范》JGJ18

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002

《钢结构制作工艺规程》DBJ08-216

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

二、业主提供的招标文件及相关技术资料

三、设计单位提供的原设计图及相关技术文件、招标及答疑文件

四、总承包人提供的安（吊）装方案及施工过程中结构的整体及局部预变形计算书相关技术资料

4.1.5深化设计遵循的原则

（1）制作单位将以原施工设计图纸和技术要求为依据，负责完成钢结构的深化设计，并完成钢结构加工详图的编制。

（2）制作单位将根据设计文件、钢结构加工详图、吊装施工要求，并结合制作厂的条件，编制制作工艺书包括：

制作工艺流程图、每个零部件的加工工艺及涂装方案。

（3）加工详图及制作工艺书在开工前经详图设计单位设计人、复核人及审核人签名盖章，报原设计单位审核同意，招标人盖章确认后才开始正式实施。

（4）原设计单位仅就深化设计未改变原设计意图和设计原则进行确认，施工单位对深化设计的构件尺寸和现场安装定位等设计结果负责。

（5）设计文件无明确要求时，所有刚接节点按等强连接设计；所有铰接连接处按照设计要求的相关规范进行验算。

（6）节点设计要尽可能符合原设计，如发现原设计确实不合理时，提出自己的合理化建议后，需经原设计单位、业主方同意，方可进行优化设计，并且所提供的设计包含详细的计算书及图纸（计算书及图纸由满足资质要求的设计单位签字及盖章）；

（7）设计过程中有义务对原设计不合理处提出合理化建议，使设计更加合理；

（8）所有节点的设计，除满足强度要求外，尚应考虑结构简洁、传力清晰、现场安装可操作性强；

（9）材料长度不够引起的对接焊缝，其拼接位置应满足“钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）”的要求；

（10）对本项目特殊要求的部位严格按照设计要求进行节点及构造设计

4.2深化设计过程控制

4.2.1深化设计流程控制

4.2.2深化设计图审批

审批程序

深化设计部提交深化图和文件，由项目部内部审核确认后，提交设计、业主、监理电子版图纸初审，如初审不合格，退回重新送审。

初审合格的深化图和文件，由项目部完成硫酸图纸打印及图纸深化设计章盖章确认，然后通过业主报设计院签字盖章确认，作为正式制作加工阶段参考图纸。

审批结果分为四个等级

A——同意，不需再送审：

图纸和文件为正确无误，可以实施；

B——同意，需按意见修改：

图纸和文件原则上可以接受，但须稍加修改，经设计院复审后方可交付施工；

C——再送审，需按意见修改：

图纸和文件存在问题，不予接受，须按整改意见重新设计，再经发送原设计审批。

D——不同意，图纸存在问题较大，不予以接受，需重新设计并重新送审。

4.2.3深化设计管理

4.2.3.1深化设计的进度管理

由深化设计部根据工程总体进度计划编制统一的钢结构深化设计出图计划，编制步骤如下：

（1）依据现场施工总计划和构件进场计划编制详细的深化设计钢材提料计划、建模、出图及深化图送审、图纸下发计划。

（2）项目部技术总工，按期进行对口督促和检查；深化设计部及时与项目部等部门协调，并及时调整落实图纸下发计划。

深化设计部按时认真填写出图计划的实施记录。

4.2.3.2深化设计的质量管理

钢结构加工安装质量的好坏，在一定程度上与深化图设计质量有关，如果图纸不能保证应有的质量，必然影响构件的加工与安装质量，并导致不必要的返工现象。

为保证深化设计质量，深化小组采取的措施如下表：

序号

措施

1

根据原设计师要求，统一深化图的格式、表达方式及送审份数；

2

认真初审深化图及文件，严格遵循原设计意图；

3

坚持深化设计图纸的会签制度，只有当深化设计图纸准确无误、各工种都满意会签后才出图交付施工。

4.2.3.3深化设计的成果管理

本项目深化设计工作量与深化图纸的数量较大。

所以，对深化图设计的文档和信息管理十分重要。

我们将借鉴以往工程的管理经验，运用计算机信息管理系统，高效、准确地管理钢结构深化图设计信息。

4.2.3.4深化图设计信息输出文件的管理：

深化设计过程中，向设计、监理、业主报送有关深化设计图纸信息，我们将由深化设计部统一对此类信息进行管理，所有输出文件由深化设计负责人审批签发，统一输出，同时原稿装订成册，录入输出时间、输出对象、输出意图等信息，以便备查。

4.2.3.5深化图设计信息输入文件的管理:

深化图设计过程中，收到业主、设计发来的有关深化设计的各种信息，由深化设计部统一登记，经部门签发后，随即转发制作的有关部门。

最终处理意见和文件原本返回信息收发处集中转发和归档备案。

4.2.4深化施工详图的表达内容

4.2.4.1图纸内容

序号

深化施工详图的表达内容

1

标准的的图框

目前由投标方暂定

2

图纸目录，

至少应包含以下内容：

a.深化设计图号

b.构件号、构件类别

c.图纸的版本号以及提交的日期

d.其它临时要求的相关信息

3

钢结构深化设计总说明，主要应包含以下内容

a.工程概况及设计依据（主要遵照设计、施工规范、规程）；

b.钢材、焊接材料、螺栓、涂料等材料选用说明、依据及建议；

c.结构钢材的交货状态；

d.加工、制作、安装的技术要求和说明；

e.焊接、除锈等工艺的质量要求；

f.构件的几何尺寸以及允许偏差；

g.焊接剖口形式、焊接工艺、焊缝质量等级及无损检测要求；

h.深化设计图视图方向说明、构件编号原则等；

i.其他需要说明的内容。

4

典型节点与焊缝通用图

5

布置图（包括剖面布置图），至少应包含以下内容：

a.完整的平、立、剖面表达图；

b.构件编号、安装方向、标高、安装说明、所安装构件编号列表；

c.现场连接节点大样（表示出具体的工艺做法）等一系列安装所必须具有的信息；

6

构件加工图，至少应包含以下内容：

a.构件三维轴测图及完整的平、立、剖面表达图

b.构件细部、材料表、材质说明、构件编号、焊接标记、连接细部、过焊孔、索引图等；

c.螺栓与栓钉统计表、标记、规格、数量；

d.轴线号及相对应的轴线位置；

e.加工、安装所必须具有的尺寸；

f.构件方向标记；

g.图纸标题、编号、改版号、出图日期；

h.加工厂及安装所需要的必要信息、说明等；

i.零件详图。

4.2.4.2深化设计图视图方向的规定

深化设计图视图方向表示

4.2.4.3构件及图纸编号准则

如业主对编号系统的设定有特殊要求，应严格按业主指示编号。

编号原则

钢柱：

KZ、GZ

钢框梁：

GKL

次梁：

CL

桁架：

HJ

4.2.5深化设计分析

4.2.5.1构件深化概况

本工程钢结构按照结构布置特点可划分个区段：

分别为地下室钢骨柱区段、地上A、B塔楼标准区段区段。

地下室钢骨柱区段主要构件形式为十字形与工字形劲性柱两种类型；

地上A、B塔楼标准区段主要构件形式有核心筒十字形（工字形）钢骨柱、钢管混凝土外框柱、H型楼层梁。

本工程主要构件形式为箱型、圆管、H型和十字型，结构比较规则，没有超大型构件，但截面形式较多，深化设计时注意节点深化的准确性、合理性以及劲性构件与土建等协调配合。

4.2.6深化设计重难点与考虑因素

4.2.6.1深化设计前进行工艺评审

制作工艺图是钢结构加工制作的直接指导文件，钢构件加工制作前，首先需要对制作工艺评审，得出可实施的具体方案。

深化设计前，深化人员应和工艺人员熟悉图纸，对图纸中的信息进行整理，开展工艺评审，物资、商务、生产、检测等相关部门共同参与，对重难点部位的制作工艺进行分析，如特殊的板材、板幅要求、检测要求做等予以明确，并提出相关建议，对暂时不明确的问题由深化设计负责人与设计、现场、业主等进行沟通，在深化设计前形成合理的工艺评审文件，在深化设计图中得以体现。

4.2.6.2深化建模、出图时要考虑工艺制作方案

深化建模过程中应紧密结合制作工艺方案。

深化设计人员要了解零部件的工厂加工方法，车间施工用器具的使用方法，零部件的工厂组装顺序，厚板的焊接处理方法、季节变化对加工制作的影响。

通过对这些的了解使建模时在依据原设计意图的前提下，结合工艺方案，对节点进行构造设计与处理等。

深化图纸中应提供工艺方案所需的所有信息，图纸是对模型的直观表现，是制作工艺的基本资料，所以深化出图工作尤为重要。

这就要求深化人员应在图纸中明确的表示构件组装所需的尺寸、零部件编号、数量、材质，各种孔洞的尺寸规格，特别是焊缝的形式，除深化总说明之外特殊构件的要求、说明。

4.2.6.3深化设计对运输、安装的考虑

构件分段分节的合理性

分段分节是深化设计建模前首先考虑的基本问题。

深化设计前，应和运输、安装等相关单位沟通协调，充分考虑运输的方法、现场塔吊布置和吊重能力、现场条件，对安装的分段分节进行核对。

检查构件是否超出吊装要求的范围，如果超重应及时和安装沟通，划分合理的分段分节以便进行图纸深化。

另外，本工程为公路运输，根据制作运输的相关要求，深化设计时需考虑构件的超长、超宽、超高问题。

本项目构件长宽高限制在以下范围：

长20米×宽4.5米×高3.2米，所以深化设计时构件单元截面大小划分必须在此范围之内。

4.2.6.4深化设计对应力集中的考虑

构件在制作过程中，应考虑消除应力集中问题，不但要做好焊前预热，焊后保温等措施外，在深化设计阶段，同样需对各个部件的相关部位在构造上进行处理，以达到消除应力集中的目的。

例如因板厚度、宽度不同的对接需按要求进行过度处理；工厂焊接、现场焊接的相关部位，需按照规范要求设计合理的弧形过焊孔；深化建模时应多和设计沟通，尽量避免焊缝交叉；消除应力集中现象。

4.2.6.5沉降量补偿值的考虑

对于本工程，钢柱构件应考虑竖向荷载作用下的累计沉降量的影响，可通过现场施工过程中测量得出的精准数据，根据施工阶段，对沉降量值做明确的说明，并反馈到深化设计，最终在工厂制作时将钢柱作加长补偿，但具体的沉降量值需事先得到原设计、业主、监理等各方的统一意见。

4.2.7深化设计与各专业配合

4.2.7.1钢结构与土建专业的协调配合

在劲性钢结构中，钢筋混凝土构件中钢筋与劲性钢构件之间的矛盾是比较突出的问题。

本工程中地下室钢柱外包钢筋混凝土梁，地上核心筒为劲性柱，尤其在加强层区域，节点较复杂，钢筋并存，钢结构与钢筋之间的矛盾突出。

（1）钢构件增设钢筋连接板：

钢构件上事先在钢筋连接位置增设连接板。

现场施工时钢筋断开，焊接于连接板上；或工厂加工时将钢筋接驳器焊接在连接板上，现场钢筋与接驳器连接。

（2）钢构件开孔：

上述方法是将钢筋断开来解决矛盾，也可采用钢筋不断，钢构件开孔的方法解决。

4.2.7.2钢结构与机电专业的协调配合

超高层建筑楼层内机电等管线众多，受层高限制，很大部分需要从钢梁腹板穿过，由此削弱了钢梁的截面。

为保证钢梁的承载力，需要在穿孔处进行处理。

为保证钢梁留孔数量的正确及预留位置的准确，在钢结构深化设计阶段必须及时与机电安装的深化设计紧密联系。

为保证各专业深化设计单位之间紧密联系和有效协调，我们在深化过程中配备各专业的资深工程师，在项目总工程师的领导下，统一管理和协调各专业之间的矛盾。

4.2.7.3钢结构与幕墙、给排水、暖通等专业的配合

钢结构与幕墙给排水、暖通等专业之间的矛盾也是一个非常重要的问题，需要在钢结构深化设计阶段就着手解决各方面之间的协调问题，我们将在实际施工过程中与各单位机密联系，将矛盾消除在深化设计阶段，确保现场实施的顺利及保证质量。

除此之外，给排水、暖通专业也是我们在深化设计时应该考虑的问题，要求对各专业图纸非常熟悉，对与钢结构交叉并需要深化设计解决的问题应在图纸中加以设计。

4.2.8施工详图设计

本工程我们采用×steel软件进行三维实体模拟建造，能准确高效的搭建出与建造实际完全吻合的三维实体模型，自动生成所需的一切深化图纸及资料。

所有加工详图（包括布置图、构件图、零件图等）均是利用三视图原理投影、剖面生成深化图纸，图纸上的所有尺寸，包括杆件长度、断面尺寸、杆件相交角度均是在三维实体模型上直接投影产生的，如果模型有修改，对应的图纸与模型同步变动，保证了模型与图纸的一致性。

4.2.8.1深化设计总说明

总说明是整套图纸必不可少的一部分，其包含了整个工程中的一些重要信息，包括了材料的选用、焊接及螺栓的基本要求、防锈及防腐的做法、加工及运输安装的一些规定。

这些信息对钢结构工程从备料、加工、安装、维护都起着积极的指导作用。

我院在理解原设计总说明的基础上，加入了深化设计图中的一些基本原则，对深化设计的成果，编号规则等加以说明；更进一步的明确工艺、制作、安装的相关信息；对总说明中理解不清、制作、安装等有矛盾冲突的地方和设计进行沟通协调并加以澄清，使总说明更加细化，更接近于操作实践。

经过细化处理，再注入深化设计的相关信息后的原设计说明即为深化设计总说明。

4.2.8.2焊缝通图

本工程主要构件有圆管构件、箱型构件、H型构件、十字型构件等类型。

为此我们对每种构件形式加以总结，根据本工程的特点，依据原结构设计，制作及安装工艺方法，对各个构件不同部位的焊缝形式，工厂或工地焊等信息进行详细的明确，形成一套完整的焊缝通用图纸，用来指导零部件、构件的加工安装等各个施工环节。

4.2.8.3零、构件、布置图

通过以上操作处理，最终形成一套完整的零、构件及布置图。

特点如下：

（1）零件图：

主要用于材料采购和工艺排版，是对构件中的每一个小件单元的详细表示图形中给出了每个零件的编号、几何尺寸、重量、数量等相关信息。

（2）构件图：

主要用于工厂零部件装配和现场构件的安装工作，图中需要标明构件的编号、几何尺寸、截面形式、定位尺寸；确定分段点、节点位置和几何尺寸，连接件形式和位置；焊缝、螺栓数量、连接形式等信息；以及构件的长度、重量、材料等

（3）布置图：

是指导现场施工人员直接进行构件安装施工用图，因现场焊接等施工条件相对工厂较差，所以在深化布置图时要充分考虑现场条件，图中明确给出构件定位、构件编号及清单外，并详细表示出焊接部位、施工措施等，以便工人拿到图纸清晰明白、安全的进行构件安装。

4.2.8.4其它设计成果文件

除以上图纸之外，设计成果还包含了施工过程中用到的其他相关报表与信息资料。

例如构件零件清单、采购清单、螺栓清单、栓钉清单等。

4.2.9深化设计建模、出图步骤

本项目拟采用×steel软件进行深化设计。

具体设计时一般按以下6个步骤进行：

4.2.9.1结构整体定位轴线的确立

首先建立定位轴线，再将原设计AutoCAD中的单线布置图导入到×STEEL中，并进行相应的校核检查，这样可以保证两套软件设计出来的构件理论上完全吻合，从而保证了构件拼装的精度。

对话框如下图所示：

定位轴线创建软件界面

4.2.9.2结构整体初步建模

在×steel截面库中选取钢柱或钢梁截面，进行柱、梁等构件的建模。

4.2.9.3节点参数化自动生成

钢梁及钢柱创建好后，在钢柱、钢梁间创建节点，在×steel节点库中有大量钢结构常用节点，采用软件参数化节点能快速、准确建立构件节点，能大大减少深化时间。

当节点库中无该节点类型时，而在该工程中又存在大量的该类型节点，可在软件中创建人工智能参数化节点以达到设计要求。

参数化节点软件界面

4.2.9.4构件编号

当节点全部创建完毕，将对整体工程构件进行编号。

×steel可以自动根据预先给定的构件编号规则，按照构件的不同截面类型对构件及节点进行整体编号命名及组合（相同构件及板件所命名称相同）。

从而大大减少构件人工编号时间，减少人工编号错误。

构件编号软件界面

4.2.9.5出构件深化图纸

自动生成深化图纸具有很强的统一性及可编辑性，软件导出的图纸始终与三维模型紧密保持一致，当模型中构件有所变动时，图纸将自动在构件所修改的位置进行变更，以确保图纸的准确性

4.2.9.6生成相关报表

用钢量等资料统计。

可以统计选定所有构件的用钢量，并按照构件类别、材质、构件长度进行归并和排序，同时还输出构件数量、单重、总重及表面积等统计信息。

软件还能把表格内的统计信息转换为多种格式的文件，以便于制作各种材料统计报表。

材料采购清单

4.3深化设计进度及质量控制

4.3.1深化设计进度控制及保证措施

我司已在前期对本工程进行跟踪，现已完成工程主体结构深化设计。

深化进度及图纸能保证施工需求。

4.3.2深化设计质量控制及保证措施

4.3.2.1质量管理措施

深化设计的质量是保证工程顺利进展的重要一环，直接影响着钢结构的制作、安装及整个工程的质量。

深化设计全过程的质量控制是保证详图质量的关键，我司的质量保证体系最终体现在各级岗位责任制和三级审核上，在深化设计全过程中，始终贯彻“预防为主，防检结合”的全面质量管理制度。

具体措施如下：

（1）确保整个工程全部采用计算机三维实体建模方法产生深化设计图纸和数据；

（2）加强与各相关单位特别是设计院和加工厂的协调沟通，将设计、加工、安装等问题发现和解决在初期阶段，充分了解和掌握加工厂和安装单位的需求，使设计成果尽早与具体需求吻合，少走弯路；

（3）做好各方面的应急预案，妥善解决各种突发情况；

（4）严格执行我司制定的设计思路和工艺方案；

（5）各级岗位人员，都应在全面质量管理体制活动中处于受控状态，按岗位责任制的规定，围绕以质量为中心开展深化活动。

（6）本工程的深化设计图纸采用自审、互审、专业审核的三级审核制度；项目设计人负责自审，项目设计人之间要进行互审，专业审核人员负责专业审核，同时，由专家顾问组对钢结构的重大问题进行讨论把关；审核内容包括：

原设计图及变更资料、计算模型及计算书、深化设计三维模型、深化施工图纸等。

4.3.2.2做好变更管理

（1）设计变更文件必须是由甲方提供的合法技术文件，必须经公司相关部门确认后方能实施。

设计变更文件在执行前需进行技术评审，技术评审由项目负责人组织完成。

（2）设计变更修改应对相关的深化设计模型和图纸进行全面的修改，不得漏项。

深化设计图纸变更后，应注明修改原因、版本后及修改日期，以及前版图纸的作废清单。

（3）设计变更修改时，项目负责人应做好设计变更记录，统计变更对构件数量、重量、材料采购等工作的影响。

（4）设计变更的审核流程与深化设计图相同。

（5）设计变更应严格控制，下发变更图后，应及时收回或销毁原作废图纸。

4.3.2.3规范成果管理

（1）深化设计图提交原设计单位审批之前，须按流程完成审核，方可提交设计单位审批。

（2）深化设计图须经过原设计单位认可并签字后，方可下发施工。

（3）深化设计图发放前需加盖出图章或特殊要求加盖公司章，盖印章需填写用章记录表，且需经设计研究院工程师、经理签字批准。

（4）深化设计完成后，项目负责人应向各生产部门负责人进行设计交底，并填写好设计交底记录