朱 蕾

(共享鋼構(gòu)有限責(zé)任公司,?？?571100)

鋼框架結(jié)構(gòu)是一種重要的承重結(jié)構(gòu)類型。近年來，鋼框架結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)布置靈活，能充分滿足建筑體型和內(nèi)部空間使用等要求的優(yōu)點(diǎn)，在民用住宅、辦公樓、高層建筑中得到了大量的應(yīng)用。通常鋼結(jié)構(gòu)工程采用的是工廠制作、工地拼裝的模式，而制作和安裝的基本依據(jù)均為一套完備的鋼結(jié)構(gòu)深化詳圖。由于零件和構(gòu)件都是由工廠的專用設(shè)備進(jìn)行精確的切割、制孔、組立，且所用設(shè)備體積大、設(shè)備成套、不能隨時(shí)移動(dòng)，工廠下料和制作階段就必須確保質(zhì)量和工藝滿足設(shè)計(jì)要求，工地拼裝方案也需預(yù)先考慮結(jié)構(gòu)及吊裝要求。因此，詳圖的準(zhǔn)確表達(dá)至關(guān)重要。利用專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行深化更能達(dá)到提高準(zhǔn)確率、指導(dǎo)加工和安裝的目的。

1 Tekla Structure軟件應(yīng)用的意義

設(shè)計(jì)資料都是平面的，在深化設(shè)計(jì)的過程中，如果不能很好地解決這一問題，不僅會給制作安裝帶來麻煩，還會造成間接的經(jīng)濟(jì)損失。運(yùn)用Tekla Structure軟件，可以將二維的藍(lán)圖設(shè)計(jì)資料在三維模型中進(jìn)行表達(dá)，不僅能準(zhǔn)確反映藍(lán)圖中已包含的全部信息，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的信息缺少，標(biāo)高位置不對等問題[1]。項(xiàng)目在深化設(shè)計(jì)時(shí)要考慮整體鋼結(jié)構(gòu)建模的準(zhǔn)確性、完整性，不僅要考慮到構(gòu)件形式的表達(dá)，而且應(yīng)更多的從施工質(zhì)量、安裝等多角度出發(fā)，既要關(guān)注加工的工藝難點(diǎn)及質(zhì)量要求，又要與現(xiàn)場施工進(jìn)行配合，如對鋼柱進(jìn)行分段、設(shè)計(jì)焊接坡口方向、選用合適的連接板等。三維建模提供了可視化的思路，將以往線條化的構(gòu)件圖紙轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體展示出來，模型可以層層過濾、剖面剪切，無論加工或者安裝人員都可以通過模型透視到該項(xiàng)目的每個(gè)細(xì)節(jié)，包括整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主次構(gòu)件連接位置處理等，可直觀迅速地了解重點(diǎn)位置情況，預(yù)先制定合適的加工或安裝方案。

2 工程介紹

該文以一高層鋼框架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目——紅城湖商業(yè)廣場項(xiàng)目為工程實(shí)例，來介紹運(yùn)用Tekla Structure在高層鋼框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。工程實(shí)體效果見圖1。

該工程建設(shè)地點(diǎn)位于海南省?？谑协偵絽^(qū)朱云路北段，主要由一棟地上15層地下3層的塔式產(chǎn)權(quán)式酒店及配套設(shè)施等組成，項(xiàng)目總用地7 562.83 m2，總建筑面積37 263.55 m2，屋頂最高處標(biāo)高67.6 m。該工程設(shè)計(jì)采用矩形鋼管混凝土框架-鋼支撐體系，地下部分為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，地上部分為鋼框架支撐結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)為全鋼結(jié)構(gòu)，總重約3 000 t。該工程具有構(gòu)件截面形式多樣、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜等特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)深化部分全面采用Tekla Structure軟件進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì)，包括搭建構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和開發(fā)、圖紙繪制等內(nèi)容。

3 項(xiàng)目重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

鋼結(jié)構(gòu)建筑工程施工普遍存在構(gòu)件制作周期長，現(xiàn)場安裝風(fēng)險(xiǎn)較大等問題，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)前，首先需要理解施工圖所呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，對工程結(jié)構(gòu)類型、施工方式等進(jìn)行整體把握、全面思考。該工程深化設(shè)計(jì)重點(diǎn)及難點(diǎn)在于：

1)快速準(zhǔn)確地完成模型初步搭建。該工程為高層鋼框架結(jié)構(gòu)，僅每一結(jié)構(gòu)層鋼梁型號就有近50種，構(gòu)件數(shù)量多且截面多樣，如何在桿件布置時(shí)快速而準(zhǔn)確是深化首要考慮的問題。

2)細(xì)部節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。對節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)原則上以施工圖上的設(shè)計(jì)要求為基準(zhǔn)，但區(qū)別于施工圖上給出的簡要節(jié)點(diǎn)，深化時(shí)還需考慮節(jié)點(diǎn)焊接與裝配的可達(dá)性，如焊縫尺寸、焊接坡口選擇等。該工程復(fù)雜節(jié)點(diǎn)分布于鋼柱、鋼梁與斜支撐的連接節(jié)點(diǎn)以及鋼柱與土建鋼筋的連接節(jié)點(diǎn)。

3)復(fù)雜構(gòu)件加工詳圖的準(zhǔn)確表達(dá)。鋼構(gòu)件的加工制作是基于鋼結(jié)構(gòu)詳圖開展的。在三維模型完成后，最終需要回歸于二維圖紙的表達(dá)，一旦圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤，如零件標(biāo)記錯(cuò)誤、尺寸標(biāo)注錯(cuò)誤等，將直接造成構(gòu)件會出現(xiàn)加工錯(cuò)誤，安裝不了，造成返工和浪費(fèi)。

4)如何保證運(yùn)輸和安裝。因構(gòu)件外形尺寸復(fù)雜多變且噸位大，深化時(shí)需考慮運(yùn)輸和安裝條件，合理分段，避免在構(gòu)件加工完成后出現(xiàn)無法運(yùn)輸或吊裝不了的情況。

4 Tekla在紅城湖商業(yè)廣場中的應(yīng)用

4.1 模型搭建

根據(jù)鋼框架工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以判斷，初期建模時(shí)鋼柱、鋼梁等的布置互不干涉，樓層間也分區(qū)明顯?？紤]到工程進(jìn)度要求，我們首先確定采用Tekla Structures多用戶模式建模。在多用戶模式下，利用多用戶服務(wù)器，多人可同一時(shí)間訪問相同的模型，對鋼柱、鋼梁等進(jìn)行分工建模，完成一項(xiàng)操作后在本機(jī)上保存就可隨時(shí)看到其他所有人的進(jìn)度，這樣做避免了復(fù)制和合并模型的麻煩，也可以追蹤修改模型的時(shí)間以及操作人員，方便核查，有效節(jié)省了建模的時(shí)間。

針對鋼框架結(jié)構(gòu)鋼梁等桿件數(shù)量極多這種情況，選擇了先將原設(shè)計(jì)圖紙dwg文件導(dǎo)入Tekla模型，設(shè)定統(tǒng)一截面，導(dǎo)入后再調(diào)整規(guī)格。這種方法常廣泛用于異形結(jié)構(gòu)、管桁架等的建模，可以減少對鋼梁布置位置的選擇時(shí)間，提高建模效率。除利用軟件本身提供的常用規(guī)格截面庫以外，還可按藍(lán)圖要求自定義截面，預(yù)先在軟件中進(jìn)行梁屬性設(shè)置并將文件另存，這樣在選擇鋼梁截面時(shí)就可以快速調(diào)用，建模效率也能得到很大的提升。藍(lán)圖鋼梁截面見表1，模型桿件平面布置見圖2。

表1部分鋼梁截面

構(gòu)件號名 稱截 面材 質(zhì)KL1框架梁H550×150×10×10Q345BKL2框架梁H550×150×10×12Q345BKL3框架梁H550×180×10×12Q345BKL4框架梁H550×200×10×14Q345BKL5框架梁H550×220×14×20Q345BKL6框架梁H550×220×10×16Q345BKL7框架梁H550×240×10×16Q345BKL8框架梁H550×240×10×20Q345BKL9框架梁H550×250×12×30Q345BKL10框架梁H550×280×10×20Q345B

4.2 節(jié)點(diǎn)處理

該工程地下室部分需配合土建施工，混凝土梁與鋼骨柱連接位置需重點(diǎn)考慮鋼筋碰撞后的處理方式。由于施工圖達(dá)不到施工要求，我們就采用Tekla對每一根鋼柱周圍的鋼筋進(jìn)行放樣，得到鋼筋的具體位置，并進(jìn)一步選擇了用連接板法解決鋼筋碰撞問題，在鋼柱出廠前就焊接好長度滿足縱筋搭設(shè)要求的鋼牛腿板，提前作好處理，減輕現(xiàn)場焊接工作量。

高層鋼框架節(jié)點(diǎn)主要有梁梁鉸接節(jié)點(diǎn)，梁梁剛接節(jié)點(diǎn)，梁柱剛接節(jié)點(diǎn)，柱撐節(jié)點(diǎn)等，其中部分柱撐節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，連接方式多樣。采用Tekla進(jìn)行三維建模，對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，建模人員可直接根據(jù)施工圖給出的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行切割、焊接，打螺栓，將單個(gè)節(jié)點(diǎn)處理好，并利用已建好的節(jié)點(diǎn)定義用戶單元，調(diào)整參數(shù)，預(yù)先保存為自定義的通用節(jié)點(diǎn)以方便后期調(diào)用[2]。而對于鋼框架結(jié)構(gòu)常規(guī)節(jié)點(diǎn)，則可以直接采用系統(tǒng)提供的組件目錄中已有的組件進(jìn)行創(chuàng)建，如梁梁鉸接節(jié)點(diǎn)可直接在系統(tǒng)組件中選擇全深度或特殊的全深度節(jié)點(diǎn)，調(diào)整切割、螺栓等參數(shù)設(shè)置，創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)即可。部分節(jié)點(diǎn)示意見圖3、圖4。

另外，由于鋼框架結(jié)構(gòu)桿件眾多，且梁與梁、柱與梁的常規(guī)連接占了較大比重，若采用傳統(tǒng)的Tekla節(jié)點(diǎn)搭建方法，需要對主構(gòu)件、次構(gòu)件依次點(diǎn)選才能創(chuàng)建，這樣很容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，降低設(shè)計(jì)質(zhì)量，此時(shí)建模人員就選擇了Tekla自動(dòng)連接作為設(shè)計(jì)方案。自動(dòng)連接提供了尺寸參數(shù)、角度參數(shù)、文本名稱、截面種類等參數(shù)作為判斷依據(jù)以建立規(guī)則，在滿足條件的情況下批量創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，可有效提升設(shè)計(jì)效率。自動(dòng)連接參數(shù)設(shè)置見圖5，所創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)見圖6。

4.3 制作加工

圖紙是加工廠生產(chǎn)的依據(jù)，因此圖紙的表達(dá)需要準(zhǔn)確無遺漏。Tekla可直接通過建好的模型創(chuàng)建圖紙，只要對圖紙中的尺寸標(biāo)注、零件標(biāo)注、圖框模板等進(jìn)行調(diào)整，就可以直接下發(fā)至工廠加工。圖紙不僅包含各零件尺寸及零件數(shù)量、相對位置、焊縫要求等，還準(zhǔn)確編制了材料表及螺栓表[3]。相較于AutoCAD出圖，Tekla雖然也是二維圖紙，但體現(xiàn)的信息卻是三維的。每一張圖紙都對應(yīng)了模型里的一部分，當(dāng)出現(xiàn)圖紙因構(gòu)件復(fù)雜、圖幅尺寸小等原因造成的識圖困難問題時(shí)，可在模型中快速找到該圖紙對應(yīng)的構(gòu)件，通過旋轉(zhuǎn)、透視，在模型中進(jìn)行所需尺寸測量，解決加工難題。

4.4 運(yùn)輸和安裝

通過與工廠發(fā)運(yùn)組進(jìn)行溝通，確定需要將鋼構(gòu)件的外形尺寸控制在寬度不超過3 m，長度不超過15 m的范圍內(nèi)，以方便運(yùn)輸。在該工程深化過程中，通過Tekla的放樣和測量，盡量將構(gòu)件節(jié)點(diǎn)控制在該范圍之內(nèi)。對于實(shí)在無法保證的大構(gòu)件則采取部分發(fā)至現(xiàn)場焊的方式處理，有效減少了發(fā)運(yùn)工作不暢造成的返工。

現(xiàn)場在安裝構(gòu)件前，可通過Tekla來確定鋼構(gòu)件的分段方案是否滿足現(xiàn)場吊裝要求以及分段節(jié)點(diǎn)是否滿足高空焊接要求。在Tekla軟件創(chuàng)建的安裝布置圖上，每一根構(gòu)件都有一個(gè)特殊的編號，施工人員可根據(jù)圖紙獲取到構(gòu)件準(zhǔn)確的安裝標(biāo)高、平面位置，確定連接板的方向等。同樣，在遇到圖紙限于圖幅表達(dá)不清的情況時(shí)，施工人員也可直接訪問模型或模型導(dǎo)出的網(wǎng)頁文件，定位到具體區(qū)域，這樣可以直觀立體地將信息呈現(xiàn)出來。

4.5 設(shè)計(jì)變更處理

該工程在深化設(shè)計(jì)階段中，由于設(shè)計(jì)方藍(lán)圖多次變更，導(dǎo)致深化圖紙也需多次修改。在軟件中，圖紙是模型的映射，由于模型與圖紙具有關(guān)聯(lián)性，因此在發(fā)生設(shè)計(jì)變更后，可以直接調(diào)整模型來得到圖紙的變更[4]。另外，在藍(lán)圖變動(dòng)位置太多的情況下，可以利用參考模型的選項(xiàng)進(jìn)行變更處理。參考模型是通過調(diào)整顯示設(shè)置，可以在窗口中顯示新版模型、舊版模型或只顯示新版本插入的新構(gòu)件、新版本中刪除的構(gòu)件等，經(jīng)調(diào)整顯示設(shè)置以檢視模型變更的部分。在變更完成后，相關(guān)的平面視圖會自動(dòng)加上云線，可有效節(jié)省人工比對變更的時(shí)間，增加了變更作業(yè)的便利性及順暢度。調(diào)整變更后的圖紙，即可下發(fā)工廠完成變更。完整三維模型見圖7。

5 結(jié) 語

利用Tekla對該工程進(jìn)行三維建模，充分表達(dá)出了設(shè)計(jì)意愿，全面展示了所需工程信息，體現(xiàn)出軟件的優(yōu)越性。隨著現(xiàn)代建筑的多元化發(fā)展，會出現(xiàn)越來越多造型復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)工程，鋼框架結(jié)構(gòu)作為一種常規(guī)結(jié)構(gòu)，其三維模型的搭建，節(jié)點(diǎn)的處理方式等都會對后期項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)起到一定的借鑒意義。