中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要：以沈陽展覽中心工程鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計及管理為例，闡述了鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計的繪制過程及管理方法。針對目前鋼結(jié)構(gòu)工程中工程量大、工期緊張的特點，采用了三維設(shè)計軟件XSTEEL與CAD結(jié)合的優(yōu)化方案，提高了構(gòu)件轉(zhuǎn)化的準確度，為工廠順利加工提供有力條件，為現(xiàn)場安裝提供了準確的安裝圖紙，更好的滿足了鋼結(jié)構(gòu)工程的加工及現(xiàn)場安裝的需要。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 施工詳圖設(shè)計 工程管理
鋼結(jié)構(gòu)在我國國民經(jīng)濟建設(shè)的應(yīng)用范圍很廣，它在房屋建筑、地下建筑、橋梁、塔桅、海洋平臺、港口建筑、礦山建筑、水工建筑、囤倉建筑、氣柜球罐和容器管道中都得到廣泛應(yīng)用；其中鋼結(jié)構(gòu)建筑工程是我國建筑行業(yè)中蓬勃發(fā)展的一個既古老又嶄新的行業(yè)，是綠色環(huán)保產(chǎn)品，也是推動傳統(tǒng)建筑業(yè)向高新技術(shù)發(fā)展的重要力量。
鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖作為鋼結(jié)構(gòu)工程中不可或缺的一部分，體現(xiàn)著至關(guān)重要的價值。鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖又稱加工圖或放樣圖。圖紙深度須滿足車間直接制造及現(xiàn)場安裝的要求。目前，詳圖設(shè)計的工作范圍逐步擴大，已從單一為加工廠提供詳圖制作，擴展到為物資采購部門提供材料報表、螺栓報表進行采購；與此同時還需協(xié)助工廠備料及輔助編制工程進度計劃。詳圖設(shè)計中使用XSTEEL三維建模軟件，能夠充分發(fā)揮其直觀、準確、仿真的優(yōu)勢，消除安裝構(gòu)件時存在碰撞的隱患，是以往單純CAD深化設(shè)計所不能比擬的。詳圖設(shè)計已成為連接原設(shè)計方、加工廠、項目部、物資采購等相關(guān)部門的重要紐帶。
1 工程概況
沈陽展覽中心(Shenyang Exhibition Centre)位于沈陽市蘇家屯區(qū)，展覽中心占地面積700畝，建筑面積16萬m2，其中室內(nèi)展覽面積10萬m2,由8個面積為1.32萬m2的展廳組成，可容納5000個國際標準展位，可承接國際國內(nèi)大型展會和各種大型活動，已成為東北地區(qū)最大的會展中心。展覽中心在建筑設(shè)計上采用的是“陳列式”結(jié)構(gòu)，8個展廳既可以有機地融合在一起又可以互相獨立開來，即可以同時設(shè)展，每一個展廳也能獨自舉辦各種類型的展覽，這種設(shè)計方案在國內(nèi)其他會展中心并不多見。沈陽展覽中心建設(shè)難度較大。其中，整個中心鋼結(jié)構(gòu)工程總計8640t，164根鋼梁，每根鋼梁重40t左右，跨度80米。由于長度超長，必須分段制作、運輸，在現(xiàn)場拼裝，拼裝精度、焊接質(zhì)量等要求極高（圖1）。
圖1 一榀屋面鋼梁（沈陽展覽中心鋼結(jié)構(gòu)施工）
2 鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計
2.1 熟悉設(shè)計圖紙及設(shè)計交底工作
展覽中心詳圖設(shè)計任務(wù)為鋼結(jié)構(gòu)屋面系統(tǒng)。屋面系統(tǒng)包括屋面鋼拱梁，屋面水平支撐，豎向支撐，屋面檁條。首先建模人員熟悉結(jié)構(gòu)圖紙和建筑圖紙。對于設(shè)計圖紙上有疑問或矛盾之處，在設(shè)計交底會議上及時與設(shè)計人員溝通。
圖2 沈陽展覽中心屋面平面布置圖（沈陽展覽中心鋼結(jié)構(gòu)施工）
2.2 屋面鋼結(jié)構(gòu)建模
建模人員在接收建模任務(wù)的同時，需保證以下設(shè)計資料齊全：原設(shè)計圖紙或其他與原設(shè)計圖紙性質(zhì)等同的文件，項目負責(zé)人的項目交底文件，編號系統(tǒng)文件，工期進度表，文件控制規(guī)定。按照工期計劃合理劃分建模區(qū)域及安排進度。
此工程分10個區(qū)A1、A2、A3、A4，B1、B2、B3、B4，C1、C3（見圖2）。由于屋面鋼拱梁的結(jié)構(gòu)形式對稱，因此只需要對A1區(qū)和C1區(qū)進行建模及出圖工作。首先將各種類型構(gòu)件設(shè)置不同狀態(tài)，顏色等級，方便構(gòu)件過濾。然后開始屋面鋼梁建模，參考構(gòu)件混凝土柱建模，屋面水平和豎向支撐建模，檁條建模。起始建立模型的時候，由一位建模人員負責(zé)添加軸網(wǎng)、新截面和新材質(zhì)，且新添加的截面型材須符合標準。在搭建構(gòu)件時 ，要在圖紙對應(yīng)位置用彩筆做出標記。對于發(fā)生碰撞之處，拍成圖片，寫成聯(lián)系單，發(fā)往原設(shè)計協(xié)商解決。對于一些具有特殊要求的構(gòu)件，要在材料表中特別說明，例如在鋼梁支座處包括了一塊80mm的厚板，此板要在材質(zhì)上加Z向性能。在鋼梁中，不同厚度的鋼板在對接時，為防止焊接后產(chǎn)生應(yīng)力及疲勞，應(yīng)從板厚的一側(cè)或兩側(cè)做緩坡狀斜角的削薄處理，削薄坡度為1/4，這也是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的構(gòu)造要求。在鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖深化設(shè)計中，建模人員不只是簡單、輕松地照搬照抄設(shè)計圖紙，還要熟悉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求，將理論運用于實際工作中，更好更準確的完成鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(圖3)。
圖3 A1區(qū)和C1區(qū)三維模型（沈陽展覽中心鋼結(jié)構(gòu)施工）
2.3 模型審核
模型審核是控制詳圖質(zhì)量的有效措施。包括自審和專審。首先建模人員進行自審，然后由審核工程師進行專審。最終完成模型時，保證原設(shè)計圖的所有信息都有標記，防止遺漏任何信息。模型建完之后，需要自審模型，自審時通過材料清單，檢查材質(zhì)等級，及構(gòu)件編號。通過螺栓清單復(fù)核螺栓等級及長度；并提交模型自審單給審核人員。審核人員進入模型，開始審核工作，對于模型中構(gòu)件定位及編號、截面型材，節(jié)點進行全面審核。最終提供審核單。建模人員針對審核問題做出修改，完善模型。
2.4 模型出圖
在確保模型完整、正確的基礎(chǔ)上，設(shè)置好圖框及材料表樣式，準備出圖。對于梁、支撐、檁條、豎桿，每種類型構(gòu)件各出一張，提交技術(shù)中心進行審核批復(fù)，審核后開始正式出構(gòu)件加工詳圖和安裝圖。一般要求首先完成安裝圖，通過繪制安裝圖再一次對原設(shè)計圖中的構(gòu)件定位等進行核對，也是確保圖紙準確的有效措施之二。當所有圖紙完成后，提供構(gòu)件表和目錄等清單，送審設(shè)計院審核。在等待審核回復(fù)意見的同時，也是我們對圖紙中構(gòu)件組裝尺寸，說明進行審核的過程。在使用XSTEEL進行圖紙深化設(shè)計時，我們經(jīng)常把重心放在模型搭建的質(zhì)量上，往往忽視圖紙的質(zhì)量。習(xí)慣性認為模型沒有任何錯誤，圖紙相應(yīng)也會很好。其實不然，如果圖紙中漏掉零件標記，構(gòu)件標記，焊縫錯誤，組裝尺寸不全，說明不夠詳盡，對于工廠加工而言，即使是一根精美的梁放在圖紙上，也是無法將其快速、準確、保質(zhì)保量的制作出來。
3 施工詳圖設(shè)計中難點攻克
此工程的難點之一是工程量大而工期短。一般情況下完成如此大噸位的深化設(shè)計需要一個月的時間。經(jīng)過對圖紙詳細了解，沈陽展覽中心屋面鋼結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)相同的8個大區(qū)A1～A4及B1～B4和2個小區(qū)C1、C3組成。我們只要選擇A1和C1開始建模及出圖即可，工作量減少到原來的六分之一，大幅度縮短了建模及出圖時間。因此，我們將轉(zhuǎn)化工期定為10天。這也是一次非同尋常的嘗試和挑戰(zhàn)。
眾所周知，大型展館是一個城市的精神象征，是一個城市的名信片。一般場館工程除了具備基本使用功能外，最重要的是要有一個讓人贊嘆不已、印象深刻的建筑外觀。吸引人們眼球的建筑形式當然是曲線造型。沈陽展覽中心也不例外，屋面結(jié)構(gòu)采用平面鋼拱梁和空間鋼拱扭梁。兩種類型的鋼梁使得詳圖深化設(shè)計的難度大幅度增加。
詳圖轉(zhuǎn)化中普遍使用的是XSTEEL軟件，而該軟件在曲線形式桿件的轉(zhuǎn)化方面，尤其是曲線的平滑度方面存在著一些不足。如果直接用XSTEEL轉(zhuǎn)化平面鋼拱梁，就可能在尺寸精度上產(chǎn)生誤差。為了克服XSTEEL的缺點，我們先在CAD內(nèi)放樣，將放樣尺寸導(dǎo)入XSTEEL軟件內(nèi)，然后用CAD內(nèi)的一些關(guān)鍵點控制XSTEEL構(gòu)件的放樣尺寸及外觀。在平面鋼拱梁準確放樣的基礎(chǔ)上，使得兩個軟件的優(yōu)勢充分結(jié)合，進一步減小或避免尺寸誤差。對于空間鋼拱扭梁的深化設(shè)計，我們直接采用CAD放樣出圖，并利用了CAD二次開發(fā)程序——空間點輸出坐標，不但對每段空間扭梁的組裝控制點給出三維坐標，而且還提供每個零件控制點的三維坐標，以及每個零件的平面展開圖及坐標。這種深化設(shè)計方法既忠于原設(shè)計的意圖又為工廠加工及現(xiàn)場安裝提供可靠數(shù)據(jù)（圖4）。
圖4 空間鋼拱扭梁三維軸側(cè)圖（沈陽展覽中心鋼結(jié)構(gòu)施工）
此工程的難點之三是屋面水平支撐中使用的鋼絲繩索。由于鋼絲繩索在加工完成運到現(xiàn)場之后，就不能夠?qū)τ诔鲈试S范圍的長度進行調(diào)整，一般來說只能再運送回索生產(chǎn)廠家進行修改。這樣既耽誤了工期也造成了費用和材料的損失。借助于XSTEEL模型精準的空間定位，我們可以非常準確及方便的測量出每根空間索的長度，避免了上述情況的發(fā)生。對索進行深化設(shè)計時，還需要注意索的長度是受力張緊情況下還是未受力松弛狀態(tài)下，兩者的長度是有區(qū)別的，配合錨具調(diào)節(jié)幅度考慮。積極配合專業(yè)的索加工廠，提供準確的數(shù)據(jù)。
4 施工詳圖深化過程中與項目部及工廠的配合
詳圖深化過程與項目部的配合，項目部對于鋼梁的長度提出了要求，要求鋼梁長度不得大于15m，因此為了滿足該要求，我們對于鋼梁進行了分段，經(jīng)過多方考慮，最終確定了將鋼梁分成7段，并在相應(yīng)位置設(shè)置了連接吊耳，為現(xiàn)場的安裝提供了有利條件。由于此鋼梁安裝完畢后，要用混凝土灌漿，因此我們在鋼梁的相應(yīng)位置處設(shè)置灌漿孔、振搗孔、出氣孔。灌漿孔的設(shè)置滿足了現(xiàn)場混凝土的施工要求。
詳圖深化過程與加工廠配合。在沈陽展覽中心鋼梁的截面形式為“日”字型。鋼梁內(nèi)部通長隔板的焊接形式為雙面角焊縫，而箱型構(gòu)件內(nèi)隔板無法保證雙面角焊縫。工廠實際裝配順序為:
1→2→3→4→5（圖5），故考慮裝配焊接實際可操作性，詳圖深化過程中，建議將3號隔板采用單面坡口焊縫形式。此優(yōu)化方案得到了設(shè)計院的認可。
圖5 隔板焊縫優(yōu)化方案
5 鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖管理
5.1 工程編號管理
對于工程中使用的構(gòu)件編號，要根據(jù)整體工程綜合考慮，項目編號管理包括零件、構(gòu)件編號系統(tǒng)、圖紙編號系統(tǒng)、報告編號系統(tǒng)。例如構(gòu)件編號中要設(shè)定零件前綴、構(gòu)件前綴、構(gòu)件名稱等內(nèi)容。無論在國內(nèi)工程還是國外工程中，詳圖中的編號設(shè)置都應(yīng)全面、明確、具體。由于工程項目具有唯一性、多樣性等特點，編號系統(tǒng)必須根據(jù)各個項目的不同結(jié)構(gòu)形式及特點進行編制，不能統(tǒng)一。在工程管理中設(shè)置編號系統(tǒng)至關(guān)重要（表1）。如果一個工程由多個子項組成，科學(xué)的控制和指派構(gòu)件編號，能夠使加工廠便于按照工期進度制定切實可行的加工計劃，能夠讓我們合理安排打包方案及構(gòu)件運輸計劃，能夠使我們查找和清點構(gòu)件變得更加容易。在安裝過程中，由于同一區(qū)域的構(gòu)件可以堆放在指定范圍內(nèi)，這樣有助于吊裝時更充分的組織和利用吊機，提高作業(yè)效率，減少機械臺班費用，降低成本。
表1 沈陽展覽中心編號系統(tǒng)表
注：前兩個XX表示區(qū)號，后兩個XX表示流水號例如SBC-SYHZ-A101表示A1區(qū)01圖
5.2 工期控制管理
根據(jù)現(xiàn)場安裝方案及甲方工期要求，對于深化設(shè)計的工期做出合理安排。確保工程順利完成。沈陽展覽中心總噸位8640t，使用施工詳圖轉(zhuǎn)化軟件為Auto CAD和XSTEEL。深化設(shè)計工期為10天（表2）。
表2 沈陽展覽中心工期進度
5.3 文檔控制管理
在國外工程中，外方的文檔控制工作很嚴謹，專人負責(zé)，流程清晰，文檔分類詳盡。我們在向國外工程學(xué)習(xí)的同時，結(jié)合國內(nèi)工程特點也進行了文檔控制工作。在接收原設(shè)計單位提供的圖紙時，藍圖需要加蓋設(shè)計院出圖章及設(shè)計人員資質(zhì)章。所有文件由文檔控制員通過正式公共郵箱發(fā)出或接收郵件。各工程項目要使用不同的郵件編號，并使用統(tǒng)一格式。收發(fā)郵件要有記錄單。文控資料中明確出抄送的相關(guān)部門，文件有記錄可尋。在工程過程中及結(jié)束時，這些過程中控制的技術(shù)資料及來往信函在工程結(jié)算、決算及索賠方面起著重要作用。同時也是工程風(fēng)險控制及合同管理的有效措施。在內(nèi)部傳遞文件時使用FTP平臺，方便了與各個部門之間的資料傳遞，提高了工作效率。
6 結(jié)語
綜上所述，通過對沈陽展覽中心施工詳圖深化設(shè)計及管理的介紹，總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖深化設(shè)計中需要完成的工作內(nèi)容及重點。根據(jù)實踐經(jīng)驗及科學(xué)管理，完成了深化工期為10天的目標。在平面鋼拱梁和空間鋼拱扭梁的詳圖深化設(shè)計中，將CAD軟件與XSTEEL軟件的優(yōu)勢充分結(jié)合，為今后空間曲線結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計積累了豐富經(jīng)驗。沈陽展覽中心工程被中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會評定為“建筑鋼結(jié)構(gòu)金獎”。
參考文獻
[1] 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工與質(zhì)量驗收實用手冊》2003
[2] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB 50017-2003
[3] 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50205-2001
[4] 《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002
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