作者丨楊勇
單位丨中建五局第三建設(shè)有限公司鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)部
鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)部至今累計(jì)完成勁鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目近六萬噸
所有項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)均為事業(yè)部深化設(shè)計(jì)部自主完成
?西安華潤萬象城T1塔樓——是一棟核心筒+混凝土外框架的超高層建筑，建筑總高度近200米，共45層，鋼結(jié)構(gòu)總噸位5000噸。鋼結(jié)構(gòu)主要分布于180米以下的型鋼混凝土柱內(nèi)。
?西安中大國際THECITY——包含酒店、住宅、商業(yè)的城市綜合體項(xiàng)目，鋼結(jié)構(gòu)分布于整個(gè)綜合體項(xiàng)目中，主要以勁性鋼結(jié)構(gòu)柱為主，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總體用鋼量在4000噸左右。
?長沙六都國際大廈——為一棟高度為196米的框架-核心筒式超高層建筑。鋼結(jié)構(gòu)主要分布于11層以下，包含勁性鋼結(jié)構(gòu)柱和一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)大廳屋面。建筑總體用鋼量為2000噸。
?長沙匯景環(huán)球——為框架-核心筒結(jié)構(gòu)的超高層公共建筑，包含A、B兩棟塔樓，其中A塔地上47層地下4層建筑高度為210米，B塔地上50層地下4層建筑高度為230米 。建筑總體用鋼量達(dá)5000噸。
?長沙江山壹號住宅——為中建五局旗下中建信和地產(chǎn)公司開發(fā)的城市超高層住宅項(xiàng)目，項(xiàng)目總體用鋼量近3000噸，主要位于7層以下，分布于多棟住宅中。
勁性鋼結(jié)構(gòu)又被稱為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，顧名思義就是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)形式。型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件由型鋼、主筋、箍筋及混凝土組合而成，核心部分有型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其外部為以箍筋約束并配置適當(dāng)縱向受力主筋的混凝土結(jié)構(gòu)。
型鋼混凝土梁、柱是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件。相較于鋼結(jié)構(gòu)，勁性鋼結(jié)構(gòu)具有良好的耐久性和耐火性，其受力性能好、同時(shí)又能節(jié)約鋼材。而和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土又具有承載力高、施工周期短、抗震性能好等特點(diǎn)。因此它具有廣闊的適用范圍，特別適用于高層和超高層建筑。
勁性鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)要點(diǎn)
勁性鋼結(jié)構(gòu)作為一種組合結(jié)構(gòu)形式，施工過程中鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩個(gè)專業(yè)交叉作業(yè)，深化設(shè)計(jì)人員通過3D建模，避免兩個(gè)專業(yè)在實(shí)際施工中碰撞。
勁性鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)過程分三個(gè)階段：深化設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段、深化設(shè)計(jì)階段以及深化成果輸出階段。在此，重點(diǎn)給大家解密深化設(shè)計(jì)階段如何操作。
1混凝土構(gòu)件搭建
混凝土構(gòu)件深化建模
勁鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)最終的目的是對其中的鋼構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。但是作為組合結(jié)構(gòu)的一部分，勁鋼結(jié)構(gòu)需要與混凝土構(gòu)件之間密切配合。在搭建三維模型時(shí)首先需要將與勁鋼結(jié)構(gòu)相連接的混凝土構(gòu)件搭建好，模擬出現(xiàn)場施工中二者的位置關(guān)系，便于現(xiàn)場鋼構(gòu)件進(jìn)行精確定位，保證鋼構(gòu)件的準(zhǔn)確性和精度。
混凝土構(gòu)件建模需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）柱、梁、板等構(gòu)件的截面大小、幾何尺寸都必須準(zhǔn)確，以保證鋼構(gòu)件深化時(shí)的準(zhǔn)確性和精確度。
（2）基礎(chǔ)底板高度和板厚會(huì)有多種情況，建模時(shí)要注意標(biāo)高的變化，同時(shí)需要注意電梯井和集水坑的出現(xiàn)。
（3）混凝土柱在不同的高度上截面大小會(huì)有變化要注意區(qū)分，底層柱由于上部荷載受力較大，截面往往較上層柱要大；上下柱的對齊方式對于中間柱和邊柱會(huì)有所不同，存在中心對齊和偏心對齊等多種方式。地下室的柱往往會(huì)有柱帽出現(xiàn)也是在建模過程中需要注意的點(diǎn)。
（4）混凝土梁在錯(cuò)層位置梁頂標(biāo)高會(huì)有所不同，局部降板區(qū)域的梁要注意梁頂標(biāo)高的變化，一般情況下梁頂標(biāo)高平標(biāo)高較高的板頂標(biāo)高。對于有加腋的梁要注意加腋的方向及大小。切記，地下室有剪力墻的位置往往布置有暗梁。
（5）對于有人防設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目，要注意人防設(shè)計(jì)中的梁柱墻和平時(shí)設(shè)計(jì)中的梁柱墻不同，往往其截面和布置都相對復(fù)雜。
2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件搭建
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件深化建模
勁鋼結(jié)構(gòu)中的鋼構(gòu)件是深化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。作為鋼結(jié)構(gòu)的一種類型它有著和其他鋼結(jié)構(gòu)形式相同的鋼結(jié)構(gòu)固有特性，同時(shí)也具有截面形式復(fù)雜多樣等特點(diǎn)。
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件建模需注意的主要有以下方面：
（1）鋼柱、鋼梁截面大小、板厚、材質(zhì)多有不同，都要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求創(chuàng)建。
（2）勁鋼結(jié)構(gòu)中鋼柱的截面型式多種多樣，有H型、十字型、箱型、圓管型、日字型、田字型及其他多種組合型式。其中H型、箱型、圓管型相對簡單，其它如十字型、日字型、田字型等組合型式復(fù)雜多變、形狀各異，需要多考慮工藝等因素，深化設(shè)計(jì)時(shí)在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)也要便于加工制造和保證質(zhì)量。
3鋼筋搭建
鋼筋深化建模
鋼筋是勁鋼結(jié)構(gòu)中必不可少的部分。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，勁鋼結(jié)構(gòu)中的鋼筋不管是從規(guī)格上還是從種類上來說都數(shù)量龐大、種類繁多。這些各種各樣的鋼筋和鋼構(gòu)件一起包裹在混凝土中，它和鋼構(gòu)件有著千絲萬縷的聯(lián)系?？梢哉f它的尺寸、位置、規(guī)格的準(zhǔn)確決定著勁鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目施工的成敗，一旦出現(xiàn)失誤將嚴(yán)重影響項(xiàng)目質(zhì)量和工期，給施工造成極大損失。深化設(shè)計(jì)時(shí)需要準(zhǔn)確的搭建與鋼構(gòu)件有聯(lián)系的鋼筋，以便對結(jié)合部分進(jìn)行精確的細(xì)部處理。
鋼筋的搭建需要注意以下幾點(diǎn)：
（1）鋼筋的直徑一定要準(zhǔn)確，給后期的鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處理提供一個(gè)好的基礎(chǔ)。
（2）柱縱筋、梁主筋等直徑較大、施工中難以挪動(dòng)位置的鋼筋位置要準(zhǔn)確。
（3）箍筋的形狀需要考慮施工安裝的可行性，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的前提下盡可能選擇便于施工、穿插的形式。
（4）鋼筋搭建要考慮施工的順序，尤其是節(jié)點(diǎn)位置柱筋、梁筋、箍筋等交織在一起非常密集，如果不事先考慮周全，可能會(huì)造成部分鋼筋無法連接的情況出現(xiàn)。
4節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)也是勁鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到鋼構(gòu)件能否方便和準(zhǔn)確的連接。
在勁鋼結(jié)構(gòu)中主要有以下一些節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行深化設(shè)計(jì)：
（1）柱腳節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)
柱腳節(jié)點(diǎn)深化建模
鋼構(gòu)柱柱腳常見的節(jié)點(diǎn)形式有非埋入式和埋入式兩種，在基礎(chǔ)頂面和柱底板之間需要預(yù)留50-100mm的二次灌漿層，便于進(jìn)行柱腳調(diào)節(jié)保證鋼構(gòu)柱的垂直度和標(biāo)高?；A(chǔ)埋深達(dá)不到設(shè)置預(yù)埋錨栓要求的錨固深度時(shí)，可采用在型鋼柱腳底部設(shè)置支撐架代替預(yù)埋錨栓對型鋼柱進(jìn)行固定。
a.非埋入式柱腳深化設(shè)計(jì)
下圖為常見的十字型型鋼混凝土柱非埋入式柱腳，其他種類型鋼柱除截面形式外其余要求基本相同。
十字型型鋼混凝土柱非埋入式柱腳
b.埋入式柱腳深化設(shè)計(jì)
下圖為常見的十字型型鋼混凝土柱埋入式柱腳，其他種類型鋼柱除截面形式外其余要求基本相同。
十字型型鋼混凝土柱埋入式柱腳
（2）鋼構(gòu)柱混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)
鋼構(gòu)柱混凝土梁節(jié)點(diǎn)深化建模
鋼構(gòu)柱與混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)主要在于混凝土梁鋼筋與鋼構(gòu)柱的連接方式的設(shè)計(jì)。通常的連接方式有4種：
a.鋼構(gòu)柱開孔鋼筋貫通連接
此類連接方式是在犧牲鋼構(gòu)件受力截面面積保證鋼筋施工的一種連接方式，所以鋼筋應(yīng)盡量從鋼構(gòu)柱側(cè)邊繞過減少鋼構(gòu)柱上開孔數(shù)量以使鋼構(gòu)柱的截面損失率最小。在不能滿足規(guī)范要求的截面損失率時(shí)要按照規(guī)范要求對鋼構(gòu)件進(jìn)行貼板補(bǔ)強(qiáng)。
b.鋼構(gòu)柱上設(shè)牛腿焊接連接
此類連接形式是施工中常用的一種，連接最可靠同時(shí)施工最方便，需要重點(diǎn)注意的是現(xiàn)場焊縫質(zhì)量的控制。預(yù)留鋼牛腿焊接連接要求主要有以下幾點(diǎn)：
① 縱筋焊接在連接板上，雙面焊長度不少于5d，單面焊不少于10d，有條件時(shí)盡量雙面焊。
② 焊縫尺寸應(yīng)滿足《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》(JGJ18-2003)中4.9.9.2條的規(guī)定，鋼牛腿與鋼骨采用全熔透焊縫。
③ 鋼筋與鋼板搭接焊縫寬度不得小于鋼筋直徑的0.6 倍，焊縫厚度不得小于鋼筋直徑的0.35倍。
c.鋼構(gòu)柱上焊接鋼筋連接器連接
鋼筋連接器連接又稱套筒連接，套筒連接有下列要求：
① 連接套筒應(yīng)采用不低于Q345b性能的低合金可焊鋼制作，與鋼構(gòu)件的連接宜采用全熔透坡口焊縫。
② 可采用部分熔透角焊縫，并滿足與連接套筒等強(qiáng)的要求。
③ 套筒連接應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)，確定安裝控制指標(biāo)。
④ 套筒與鋼筋的連接應(yīng)滿足相應(yīng)部位機(jī)械連接等級的要求。
⑤ 套筒連接的現(xiàn)場檢測，可采用千斤頂進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)，檢測比例可參照鋼筋機(jī)械連接現(xiàn)場檢測的要求，工藝質(zhì)量穩(wěn)定后，并經(jīng)質(zhì)檢部門同意，可適當(dāng)降低抽檢比例。
⑥ 當(dāng)鋼筋兩端均與鋼骨上的套筒連接時(shí)，宜在鋼筋中段增設(shè)專用加長調(diào)節(jié)套筒進(jìn)行連接。
d.鋼構(gòu)柱上設(shè)牛腿搭接連接
這種連接方式不常用，它的要求主要有：
① 鋼骨柱與砼梁鋼筋搭接連接時(shí)，鋼梁的高度不應(yīng)小于0.8倍梁高，長度應(yīng)大于等于梁截面高度的2倍，且應(yīng)滿足梁內(nèi)主筋搭接長度的要求。
② 在鋼梁的上下翼緣上，應(yīng)設(shè)置栓釘連接。
（3）鋼構(gòu)柱、鋼構(gòu)梁連接節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)
鋼構(gòu)柱鋼構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)深化建模
勁鋼結(jié)構(gòu)中鋼構(gòu)柱、鋼構(gòu)梁的連接方式主要為剛接，深化設(shè)計(jì)時(shí)需考慮以下幾點(diǎn)：
① 連接節(jié)點(diǎn)的位置要便于現(xiàn)場焊接操作；
② 應(yīng)考慮栓釘?shù)挠绊?，栓釘位置距焊縫大于50mm，避免影響現(xiàn)場施焊；
③ 連接位置應(yīng)避開鋼筋尤其是柱縱筋,避免造成焊縫位置型鋼截面削弱或是焊接時(shí)傷及鋼筋；
④ 工廠加工的懸臂梁段長度宜大于2倍梁高，考慮到運(yùn)輸?shù)姆奖銘冶哿憾尾灰颂L，可取1米左右。
（4）鋼構(gòu)柱、鋼構(gòu)梁開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)
鋼構(gòu)柱、鋼構(gòu)梁與鋼筋碰撞位置需要進(jìn)行開孔處理以完成鋼筋的貫通連接。型鋼上開孔會(huì)對型鋼截面構(gòu)成削弱，這時(shí)候就需要對型鋼進(jìn)行貼板補(bǔ)強(qiáng)了。預(yù)留鋼筋孔開孔主要有以下要求：
① 型鋼開孔應(yīng)盡量避免在型鋼翼緣穿孔。
② 當(dāng)必須在型鋼腹板上預(yù)留貫穿孔時(shí)，型鋼腹板截面損失率宜小于腹板面積的25%。
③ 當(dāng)鋼筋穿孔造成型鋼截面損失不能滿足承載力要求時(shí)，可采取型鋼截面局部加厚的辦法補(bǔ)強(qiáng)，加厚板件與型鋼構(gòu)件應(yīng)有可靠的連接。加厚板一般雙面布置，厚度為型鋼板厚的05-0.7倍。
5構(gòu)件編號模型完成
經(jīng)過以上一系列創(chuàng)建過程模型搭建完成。模型搭建完成后，還需要對模型零部件進(jìn)行整體編號。編號完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給每一種構(gòu)件、零件分配唯一的編號。
★ 深化設(shè)計(jì)階段工作到此完成 ★
勁性鋼結(jié)構(gòu)作為一種常見的建筑結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)被充分應(yīng)用到了我們的日常建設(shè)當(dāng)中，在造型各異的場館、高聳入云的超高層中勁性鋼結(jié)構(gòu)就隱身其中支撐起了一棟棟龐大的建筑物。勁剛建筑深化設(shè)計(jì)正是通過對一個(gè)個(gè)細(xì)節(jié)的把握，讓勁鋼結(jié)構(gòu)得以完美發(fā)揮它的作用。
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