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項目在深化設計中的不同,對從設計規范到圖紙報審流程中的不同進行了詳細分解介紹;根據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,懸挑區挑空長45.7 m,高32 m,懸挑桁架底部高約18 m,鋼框架區高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。本項目節點形式以鉸接為主,僅局部懸挑區域采用剛接。效果圖如圖1所示。

2 海外深化設計與國內深化設計的不同點

1)海外深化設計流程不同。相比國內項目海外深化設計流程上最大的不同就是需單獨進行節點設計與Shop Drawing(節點詳圖)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,材料規范為EN10025,節點設計還應符合BCSA(英國建筑鋼結構協會節點設計手冊)要求。鋼結構設計規范是節點設計的主要依據,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,螺栓間距等規定,跟國內也有明顯不同,其規定了最小間距,同時也規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等信息表示不完整,需要深化人員熟悉材料規范,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(英國建筑鋼結構協會節點設計手冊),里面規定了節點設計的構造要求,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范(Specification),其內容涵蓋設計、技術、商務、生產、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)節點設計。海外項目的施工圖一般不含有節點圖,僅提供關鍵節點的草圖,承包商需聘請具有節點設計能力的公司完成節點計算,深化單位再根據計算書進行深化建模。即使設計已給出詳細節點,也需要鋼結構分包對節點進行驗證,復雜節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點圖,其中布置圖包含梁截面代碼、節點代碼、內力信息、起拱值、栓釘信息等,包含內容較多。節點圖主要包含節點樣式、焊縫形式及等級、板厚、材質、螺栓直徑及等級等信息,并且Shop Drawing送審環節中,Shop Drawing最終需與節點計算書一同報審設計。

作為后續深化、加工、施工及驗收的依據性文件,Shop Drawing的圖面內容要求一般較高,節點詳圖中所有的信息都要明確,尤其是涉及節點樣式、焊縫形式及等級、連接板厚、材質、螺栓直徑及等級等關鍵信息,不能出現遺漏,否則會給后續的工序帶來不必要的麻煩。除此之外,Shop Drawing跟國內的節點圖類似,主要表達理想條件下節點樣式,實際工況可能與理想條件下節點有調整,需要做提前考慮。由于Shop Drawing最終需與節點計算書一同報審設計,理想條件節點樣式無法實現時,就需要調整節點樣式,修改后的節點樣式可能會與節點計算書不一致。所以海外深化過程中,通常會從實際深化調整好的TEKLA節點中導出Shop Drawing,再根據實際節點匹配設計計算書,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點為整個懸挑結構的支撐,受力大、要求高,一個節點質量達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,先保證腔體內隔板的焊接操作空間,并且可保證后續焊接檢測空間。根據顧問要求翼緣縱向不能斷開,為保證內部隔板全熔透焊接,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,且焊接質量檢測要求高,為保證焊接可焊性及探傷的可探性,此節點進行了多達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)

本項目根據規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可以顯示更多內部細節問題(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,提前聯動工藝及相關部門評審節點做法,確保可探,對于確實不能滿足要求的節點,需要提供充分的依據并提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。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RFI要求的各種詳細信息[7]。

3.5 RFI管理

RFI(Request For Information),即國內的工程聯系單,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需要發函提醒總包,規避由設計單位或甲方回復過晚原因導致的設計延誤。

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

4 結語

相比于國內項目,海外項目在深化設計環節往往更加復雜,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,使用的鋼材材質等級也非常高,即使在國內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,也對今后國內的同類型項目的深化設計有一定的借鑒意義。