阜阳科技馆大体量异形钢结构深化设计

杨建峰，倪 挺

（浙江中南建设集团钢结构有限公司，浙江 杭州 310052）

1 研究现状

随着建筑技术发展，建筑钢结构凭借自身优势在建筑领域受到青睐。与此同时钢结构深化设计技术也取得长远发展，深化设计内容不断丰富。随着新的大型建筑形式的出现与结构形式的更替，钢结构深化已经不拘泥于传统的固定思路和方法，走向了面对不同工程、不同建筑形式体系，以及根据不同的加工需求采取不同的深化思路和方法。这就给深化工程师提出更高要求，深化工程师必须从根本上了解结构设计师的意图，结合加工施工需要，在一些大的复杂工程中及时发现并纠正结构设计在局部的问题，正确快速地完成深化目的，保证施工。

2 工程概况

阜阳市科技文化中心工程位于阜阳市阜王路西侧，润河路北侧；工程总用地面积约4．14万m2，总建筑面积约5．44万m2。由科技馆、工人文化宫、文化馆、妇女儿童活动中心及书法艺术馆5部分建筑功能组成。本工程地上4层，总高度22．95m，平面尺寸约127m×160m，建筑面积约3．66万m2；地下1层，层高5．40m，建筑面积约1．78万m2，其中人防面积0．48万m2。建筑主入口跨度约40m，中庭屋顶跨度约60m×70m，中庭3层位置有跨度约35m的连廊。建筑立面外倾最大尺寸约20m，与地面最大倾角约40°（见图1）。加工中圆钢管柱外环板与牛腿翼缘间不得拼接，须整体下料；外环板沿圆周方向的拼接焊缝数量不宜超过3道，角度宜在120°左右。跨度大于8m时两端铰接简支梁均需按L／800起拱，制作时钢梁拱度允许偏差应符合规范要求，但只允许为正误差（弯向钢梁上翼缘）。

图1 阜阳科技馆整体结构轴侧图

3 深化设计的必要性

3.1 深化设计概念

钢结构深化设计是通常所说的钢结构详图设计，也叫二次设计。由于国内钢结构设计一般分2个阶段，即由设计院发出的结构施工图也叫施工蓝图，这类图纸一般表述相对较广泛，不足以直接按图进行工厂加工和现场安装。需深化人员根据施工图所提供的构件布置、构件截面、主要节点构造等对施工图中的构件构造予以完善。将整个工程中的杆件布置、构件整体形式、构件中各部分组成，即零件的规格材质、焊接工艺及零件间的连接方法等详细系统而又简明地体现在图纸中，以方便工厂制造和现场安装人员通过图纸能够清楚领会设计意图和要求，使工人能看懂并能正确生产制造和安装。由此可见钢结构图纸深化设计工作是整个钢结构工程技术的一项重要工作，涉及工厂加工设备的条件、运输限制、吊装方案等因素，直接影响钢结构工程制作、安装、运输和施工工程成本。

3.2 深化设计目的

1）通过深化设计体现结构师的根本想法。

2）通过深化设计及时修正施工图中考虑不到的方面，保证加工的可行性。

3）通过深化设计进行方案及节点优化。

3.3 深化设计作用

钢结构详图是联系结构设计与构件加工制作的桥梁，为构件加工和构件安装提供必要的保证和依据，及时向建筑工程师和结构工程师反映工厂加工与工地安装急需解决的问题以及可行的解决方案，避免影响工程进度和质量，造成经济损失。深化设计工作中强调及时发现问题、反映问题，并根据工厂实际情况提出可行的有建设性的解决方法。

4 深化设计方法

4.1 钢结构深化设计工具

随着钢结构工程的不断成熟化及各种软件的完善，对钢结构进行结构分析或绘图已不再局限于单个软件和固定思路。Tekla软件出图的可靠性、直观性及后期模型图纸的整体关联性比较好，一直是行业中公认的详图软件。随着该软件的不断更新，和基于该软件的各种衍生插件的应用，为深化工程师在处理不同工程时提供多种方案。

4.2 深化设计基本思路

根据设计院提供的设计图纸完成基本的审图，将图纸中出现的问题汇总后反馈给结构工程师；对图中可能出现的难点、疑点进行归类；根据现有图纸施工顺序，对现有图纸的深化区域进行划分，合理安排深化工程师，及时沟通相关问题及深化工作交底。制定统一的操作标准并严格执行，同时编制精要的可行性深化时间计划。

5 工程建模

5.1 建模准备

建模前审查图纸（仔细阅读图纸及总说明且查看结构设计图有无明显错误），注意是否在关键部位存在脱节情况，如有应提前与设计院沟通。

在施工图绘制过程中主要考虑结构的可靠性，但实际操作中，考虑到施工和制作的局限性就需要在深化中进行考虑，否则后期现场会造成的人力浪费和工程质量的不确定性。阜阳科技馆工程中底部劲性柱、钢骨柱等涉及钢柱和混凝土梁的配筋配合，如图2所示。

5.2 结构细部有效调整、规避

当基本模型搭建好之后，要及时进行截面核查，确保单个构件的截面正确。同时正确理解图纸中单个构件的表达是否满足建筑的使用性能和构造要求。因为平面图纸很难考虑实际三维情况。阜阳科技馆观众厅部分，次梁的排列和两侧的框架梁在平面图中并不能察觉出问题，实际建模后会发现，如果按图纸中已确定的各个次梁的标高搭建放置，两边框架梁就不能满足实际观众看台台阶的使用要求，不能保证每根次梁的有效搭接，所以需要对台阶下的次梁或两边框架梁做出调整。这时就要及时和结构设计师联系，考虑到观众厅的使用功能，根据现有图纸信息，决定对两边的框架梁的角度及相关节点做出调整，以保证建筑的使用功能，如图3，4所示。

5.3 细化图纸的调整、出图

大的工程项目需要多个工程师协同合作、分区域进行，建模过程中各相同节点的相互引用很容易出现编号混乱的情况，致使出现图纸的变更，所以要求各个区域的负责工程师在出图之前，一定要严格遵从统一的规定进行构件、零件的统一刷号，确保每个区域、每个楼层都有其特定的构件编号以便于后续图纸的查找、更替。在图纸表达方面，复杂构件表达的视图比较多，标注尺寸也多，所以在标注图纸时需要尽量控制图纸质量，表达透彻、清晰，尺寸要细致而不烦琐。与简单的梁、柱、支撑相比，对异形结构的构件表达往往需要贯彻整个深化设计的思想，对重要的一些工作点、工作线、参考点都必须核对尺寸。

图4 中部框架梁角度调整

6 结语

1）深化流程如图5所示。

2）阜阳科技馆作为典型的大体量异形钢结构工程，深化工作是繁琐而细致的工作。整个深化工作的进程直接影响加工和施工进程。主要在于各个区域工程师的紧密配合，避免后期因前期工作的失误带来大量的返工处理，采用上述建模技巧将达到事半功倍的效果。

图5 深化流程示意

参考文献：

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［4］刘绍堃，王喜双．大型不规则钢结构屋盖工程实践研究［J］．城市住宅，2017（1）：119-122．

［5］刘晓宁，张兰，朱祥顶．浅谈钢结构深化设计与工程成本节约控制［J］．福建建筑，2010（9）：27-29．