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1、第八章 钢结构深化设计方案第一节 钢结构深化设计管理一. 钢结构深化设计管理组织体系鉴于本工程新颖、复杂的钢结构体系，为保证不规则空间构件加工制作、现场安装的顺利进行，保证钢结构的施工质量，我们在总承包部框架下专门设置深化设计部，受项目总工程师直接领导，进行钢结构深化设计的对口管理。深化设计部的主要职责是对深化设计专业分包商进行系统、有效地管理；包括深化设计进度控制，满足材料采购、加工安装需要；审查校核深化设计图的质量，是否符合原设计的节点构造要求；并协调处理与其他专业之间的矛盾。保证图纸的正确性；确保钢结构工程的顺利进行。我们将依托中建集团所属的，具有国家甲级建筑设计资质的中国建筑设计研究院
2、的设计技术管理力量，在本工程项目总工程师的直接领导下，承担本工程的深化设计管理工作。二. 深化设计管理（一） 钢结构深化设计图和文件审批1. 深化设计分包商提交深化图和文件，供总承包商初审，如初审不合格，退回分包商整改后重新送审。2. 初审合格的深化图和文件，由总承包商签章发送原设计广州市设计院审批，审批结果分为A、B、C三个等级：(1） A级图纸和文件为正确无误，可以实施；(2） B级图纸和文件原则上可以接受，但须稍加修改，经总承包商复审后方可交付施工；(3） C级图纸和文件错误较大，不予接受，须重新设计，再经总承包商初审后发送原设计师审批。3. A级和B级图纸和文件经复审无误后须由总承包商
3、加盖施工图批准章，方可出图交付施工。下图为深化设计管理流程图，该流程经过国内一些类似超高层工程项目的实践中，得到了充分的运用。实践证明该流程便于深化设计的质量、进度控制。深化设计管理流程图（二） 深化图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. 根据施工总计划，统编制年、季、月出图计划，发给深化设计分包商，并要求其按此进度进行出图。2. 总承包商主管钢结构副总工程师，按期进行对口督促和检查；深化设计部及时与工程管理部等部门协调，并及时调整落实出图计划。3. 总承包商深化设计部按时认真填写出图计划的实施记录。（三） 深化图设计的质量管理钢结
4、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。总承包商为提高深化图的设计质量，具体做法是：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. 对已经广州市设计院审核批准的A类深化图，由总承包商统一发送加工、安装方组织施工。同时，细致复核已经广州市设计院审核批准的B类深化图。（四） 深化图设计的信息管理对于广州东塔这样规模庞大的工程，钢结构深化设计
5、图纸的数量相当可观，因此对深化图设计的文档和信息管理也显得尤为重要。我们将借鉴以往大型工程的管理经验，运用现代化的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。具体的管理措施如下：1. 深化图设计信息的输出文件的管理此类文件是总承包商在深化图设计管理中向业主、设计师和各分包商发出的各种有关深化图设计协调信息。我们将采用整合了深化设计管理流程的现场OA管理系统，统一进行信息化管理。文件最终由项目及公司领导审批签发，网上备案，统一输出，同时原稿装订成册。2. 深化图设计信息输入文件的管理此类文件是在深化图设计管理中，总承包商收到的由业主、设计师和各分包商发来的有关深化图的各种信息。总承
6、包商收到此类文件后，由收发员统一登记，上网流转，经部门签发后，随即转发相关专业技术管理人员。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。3. 深化图设计图纸管理由深化设计分包商提交的正式施工图，一经设计师审批同意，总承包商加盖施工章批准后，统一由深化设计部发送加工厂及钢结构安装分包商，深化底图由总承包商负责分类归档。第二节 钢结构深化设计实施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，深化设计还将按照规范规定及安全、经济的原则，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。为确保广州东塔项目
7、钢结构工程的顺利开展，我们已经着手开始深化设计工作。我们将在最短的时间内提供阶段性的深化设计图纸，提交结构设计师审核，以及时为落实备料和工厂加工做好图纸准备。一. 钢结构深化设计目的钢结构深化设计的目的主要体现以下方面：（1）通过深化设计，得出杆件的实际应力比，比较原设计使有的截面，使杆件的截面可以适当进行改进，以降低结构的整体用钢量。（2）通过深化设计，对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，确保结构使用安全。（3）通过深化设计，对杆件和节点进行构造的施工优化，使杆件和节点在实际的加工制作和安装过程中能够变得更加合理，提高加工效率和加工安装精度。（4）通
8、过深化设计，将原设计的施工图纸转化为工厂标准的加工图纸，使杆件和节点进行归类编号，加工形成流水加工，大大提高加工进度。（5）通过深化设计，对栓接接缝处连接板进行优化、归类、统一，减少品种、规格。二. 深化设计原则深化设计具体原则如下：（1）深化设计根据设计院提供的施工图纸进行，如在节点图中无相应的节点时，请设计院补图或按照国家钢结构设计规范进行设计，但必须提交设计院认可。如需对节点进行优化，事先须得到设计院、发包人同意。（2）所提交的设计必须包含详细的计算书及图纸，计算书及图纸必须由设计院签字及盖章。（3）深化设计的节点图纸应包括钢梁与钢柱、钢桁架与柱、主次梁节点、钢柱与基础、钢梁与混凝土构件
9、、预埋件、支撑杆件等连接详图。（4）深化设计图纸应包括各个节点的连接类型，杆件的尺寸、强度等级，高强螺栓的规格、数量及强度等级，焊缝的形式和尺寸等一系列施工所必须具备的信息和数据。三. 深化设计流程深化设计流程图四. 深化设计能力（一） 深化设计人员的配置为确保本工程的深化设计质量及进度，我们拟投入由具有资深设计经验的教授级工程师领衔的，包括多名高级工程师在内的从事多年深化设计的专业钢结构设计人员共计50余人，并可根据工程需要进行增援。拟投入本项目的主要深化设计人员具有多年大型钢结构设计经验，曾参与完成广州新电视塔、广州珠江城烟草大厦、北京电视台新大楼、珠江西塔等代表性超高层钢结构的深化设计，
10、与包括KPF、广州市设计院等在内的众多国内外知名设计机构有深厚的交流，对像广州东塔这样的领先潮流的设计有深刻地理解，这对本工程钢结构深化设计的开展有着非常重要的帮助。拟投入的深化设计人力资源配备见下表。序号职务（职能）职称拟投入本工程深化设计人数1深化设计项目主管教授级高工12项目主任工程师高级工程师23项目焊接工程师高级工程师14建模组工程师65节点设计一级注册结构工程师46施工图绘制组工程师40（二） 深化设计软件资源配备拟投入的深化设计主要软件资源配置见下表。名 称功 能公司现有数量ANSYS 10.0分析软件2MIDAS/GEN v7.3网络版分析软件1MIDAS/GEN v7.3 单
11、机版分析软件4ETABS v9.5分析软件43D3S 8.0分析软件4MTS分析软件4Xsteel 14.1设计软件18AutoCAD2004设计软件59Pro/Engineer WF4.0设计软件2五. 深化设计软件的选择与应用（一） 深化设计软件的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。前者在国内应用最为广泛的是Xsteel，部分用户在用Strucad；后者以AutoCAD为代表。常用深化设计软件的功能及优缺点如下表所示：软件名称产地主要功能优点缺点BoCAD设计软件德国通过三维智能钢结构建模，迅速得到零件、安装、总体布置图及各构
12、件参数，零件数据、施工详图自动生成，具备校正检查的功能真正的双向关联，可以进行较为复杂的节点、构件的建模刚刚进入中国Xsteel设计软件芬兰国内应用广泛复杂空间结构建模困难，复杂节点、特殊构件难以实现Strucad设计软件英国专业的钢结构软件，国内有部分用户SDS/2设计软件美国具备按美标设计节点的节点库，设计美标节点快速方便功能相对较弱，国内应用较少Autocad绘图软件美国二维平面图绘制、三维实体建模复杂节点建模、立体建模，应用比较广泛自动化程度不高，出错率高，效率低根据本工程的结构形式及构件特征，拟选择Xsteel设计软件作为深化设计的主要应用软件。使用Xsteel不仅是考虑到能方便、快
13、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，Xsteel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。（二） 深化设计软件的应用Xsteel软件应用时一般按以下6个步骤进行：1. 结构整体定位轴线的确立首先必须建立结构的所有重要定位轴线空间单线模型，该模型必须得到原设计的认可。对于本工程所有的深化设计时必须使用同一个定位轴线空间单线模型。定位轴线创建软件界面2. 结构整体初步建模 在Xsteel截面库中选取钢柱或钢梁截面，进行柱、梁等构件的建模。构件截面编辑软件界面3. 节点参数化
14、自动生成 钢梁及钢柱创建好后，在钢柱、钢梁间创建节点，在Xsteel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. 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。Xsteel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各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5. 出构件深化图纸 Xsteel能自动根据所
15、建的三维实体模型对构件进行放样，其放样图纸的准确性极高。 构件自动出图软件界面6. 图纸更新、调整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。图纸更新软件界面第三节 构件及节点特点分析本工程钢结构主要由巨柱、角柱、伸臂桁架、环形桁架、核心筒预埋钢柱、核心筒钢板剪力墙、楼层梁等组成，如下图所示：塔楼主要构件组成图一. 构件特点分析本工程构件主要截面形式多样，主要截面形式有巨形双箱体、单箱体角柱、矩形、异形H型以及普通H型，其中巨形双箱体、单箱体角柱主要分布在外框筒，转角型箱形仅在混凝土核心筒内，其余主体结构构件均为各类拼接或轧制H型构件。塔楼中主要构件的外形尺寸超大，如巨型箱形钢柱其净尺寸达到35005600mm，环形桁架均为跨楼层的大型桁架，平面尺度较大，另外核心筒内的转角型箱
