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摘要：钢结构深化设计是将设计图纸转化为生产图纸和施工图纸的优化设计工作，也是提高钢结构品质的关键环节。本文依托济南市先行区崔寨片区保障性租赁住房建设项目，以高层装配式住宅钢结构部分为研究对象，利用Tekla软件，建立三维精准化模型，对钢结构部分进行深化设计。结合该工程钢结构特点，对复杂钢结构节点、地下车库型钢混凝土结构的钢筋等节点进行深化设计。本文以该项目30#楼为例，阐述了高层装配式住宅钢结构深化设计的流程及思路，显著提高了深化设计质量和效率，为复杂形式的钢结构深化设计提供一定的借鉴。

关键词：装配式钢结构；深化设计；Tekla；节点优化

0 引言

装配式钢结构住宅是指在工厂制造相应的装配式钢构件，后运输至施工现场进行安装，从而建造成为高层住宅。设计院的设计图纸一般不能直接用于工厂加工，需要经过专业的深化设计，转换为精准的钢结构施工详图和各种报表，进而用于工厂生产和现场施工。深化设计作为钢结构施工的源头，成为钢结构建造过程中不可或缺的一部分，深化设计的质量直接影响着工程的品质。相较于传统的图纸拆分，如今的深化设计已经发展成为对结构的优化、材料的优化以及碰撞测试等方面。利用Tekla软件进行三维可视化建模，对钢结构模型进行深化设计，不断修改优化，从而减少施工风险事件的发生，降低返工率，加快施工进度。

1 工程概况

济南市先行区崔寨片区保障性租赁住房建设项目位于济南市新旧动能转换先行区。该项目设计使用年限50年，抗震设防烈度7度，为二类民用高层建筑。30#楼结构高度47.75m，平面尺寸13.7×40.4m，建筑层数地下1层，地上16层。基本功能地上住房，地下车库。本项目钢结构件主要包括钢管混凝土柱、钢框梁、钢支撑、钢楼梯、钢筋桁架楼承板等。钢结构件材质Q355B，主体结构装配率达到100%。30#楼地下为钢管混凝土框架结构，地上为钢框架结构，整体为型钢混凝土组合结构，其效果如图1 所示。

2 工程重难点

本项目工期紧，钢结构节点构造复杂，加工精度要求高，需使用Tekla软件快速建模出图，具体有以下几点：

（1）钢结构节点形式复杂、节点种类较多。对节点科学合理的优化是本工程钢结构深化设计的一大重点。

（2）工程交叉作业多，施工工况复杂，涉及构件吊装、焊接，模板支护、混凝土浇筑等，对施工协调性要求较高，如地下车库型钢混凝土梁柱节点钢筋连接。

（3）钢构件加工精度要求高。当钢梁跨度大于8m时，设置1/800的预拱度，需使用Tekla 软件准确建模，优化构件加工数据，保证钢构件精度。

应用Tekla软件对复杂钢结构节点进行深化设计，保证构件加工精度，协调优化各工序施工，是本工程的重难点。

3 钢结构深化设计

本工程的节点种类繁多，我们借助Tekla软件对钢结构模型的部分节点进行分类优化，可提高建模的速度与精度。

3.1 钢框架Tekla建模

30#楼主体钢结构节点形式复杂多样，涉及梁-柱节点、梁-梁刚接节点、梁-梁铰接节点、柱-柱现场对接节点、型钢混凝土钢筋节点等。若只凭借传统的CAD图纸无法对复杂节点进行有效得表达。利用Tekla软件建立三维可视化模型则很好的解决了此类问题。首先，根据CAD 图纸创建轴线，沿着轴线创建平面视图。在相应视图中，选取图纸的构件规格、尺寸、材质，在对应位置对钢框架建模。主要模型构件包括钢框柱、钢框梁、钢支撑、楼梯以及预埋件等。构件搭建完成后，构件与构件之间创建节点。Tekla节点库里有多个系统节点，当系统里的节点不能满足工程需要时，也可以根据工程实际创建参数化节点。30#楼钢结构模型如图2所示。

3.2 钢结构复杂节点深化设计

30#楼钢结构节点种类较多，钢柱为矩形管、变截面矩形管，钢梁为H型钢，支撑为H型钢、方形管等。Tekla软件中包含多个常用的节点，在创建节点时，需选择符合设计图纸要求的节点类型，然后录入构件相应的规格、尺寸参数，再选择主部件、次部件即可完成节点构建。30#楼由于钢结构节点复杂，Tekla节点库的节点不能完全满足本工程的需求，故根据设计图纸节点，重新绘制，构建适合本工程特点的参数化节点，或查找Tekla节点库中相近的节点，通过添加、删除、修改零部件的方式，组建新的节点。如变截面柱与梁在支撑位置处的节点，较为复杂。钢柱为变截面矩形管，其四周设置多个H型钢梁，且柱与梁间设置钢支撑，钢支撑、钢梁分段处现场焊接。另外，不等高梁的刚接节点也较为复杂，不等高的钢梁在梁的侧面对接，设置双侧连接板，底部还需设置加劲板等。在建节点时，首先把连接板、螺栓、加劲板、焊缝绘制出来，然后定义用户单元，添加零件及螺栓的属性变量，特别注意零件的规格和材质参数、螺栓的尺寸以及间距是否符合设计要求，根据次序选择主、次构件。节点构建完成后，进行命名，方便用于后续其它类似构件连接。图3、图4为根据设计图纸节点参数构建的节点模型。

3.3 型钢混凝土柱与框架梁钢筋连接

30#楼型钢混凝土组合结构节点构造十分复杂，节点处的型钢柱、混凝土梁、钢筋等众多构件相互交叉在一起，无论是构件加工还是现场施工都有较高的难度。通过Tekla建立型钢混凝土组合结构的三维可视化模型，按照图纸精确定位梁、柱、钢筋等构件的位置和连接方式，以及钢筋穿孔的方式和位置。通过分析，需构建十字交叉节点，钢柱为矩形钢柱，混凝土梁不同角度分别与钢柱连接。首先建一个剖面，在剖面视图模式下启动钢筋命令，按照梁柱配筋图纸选择相应的钢筋尺寸以及排布方式，创建型钢混凝土组合结构钢筋节点三维模型。由于矩形钢柱截面占据框架节点处大量的空间，框架梁主筋不能像普通的钢筋混凝土框架梁柱节点那样具备弯折和锚固空间，进而影响框架梁纵向主筋穿过，因此，需要在型钢加工之前对梁主筋的排布位置和锚固方式进行深化设计。根据设计图纸，钢筋在遇到型钢构件时，翼缘板不能打孔，腹板一般可以打孔。故在矩形钢柱外焊接牛腿，牛腿翼缘上焊接钢筋套筒，矩形钢柱外侧钢筋从型钢柱两侧穿过，竖向钢筋通过套筒连接，正向插入钢筋焊接在牛腿上或在矩形钢柱上打孔穿筋。图5为型钢混凝土柱中型钢与梁钢筋连接优化后示意图。

3.4 钢结构零部件编号

三维模型创建完成后，根据钢构件加工工艺，将零部件组成构件。然后对构件、零件进行分类统一编号，编号示例见表1。

3.5 钢结构深化设计出图

图纸的精细化程度对于钢结构的制造、安装精度有着很大影响，Tekla软件具有出图功能，能根据三维模型自动创建零件图、构件图、大样图以及布置图等，并且可根据需要在已生成的图纸上直接做剖视图、局部大样图等。图纸大小、图纸比例、标注样式、标注内容、焊接坡口、螺栓规格等均可反映在图纸上。构件规格、材质、数量、重量等可自动生成在图纸明细表中，提高了出图的效率与质量。因设计变更需对模型进行修改，模型修改完成后，Tekla软件可自动更新图纸，相应的平、立、剖图纸也会自动地更新，方便深化设计调图工作。根据需要，钢结构深化设计图纸可通过Tekla软件导出为PDF、DWG格式，也可连接打印机直接打印，方便深化设计出图。通过Tekla软件还可导出各类数据报表，方便后续发货及结算工作。

4 结语

本文以济南市先行区崔寨片区保障性租赁住房30#楼为依托，根据该工程钢构件多、节点数量大、节点复杂等特点，提出使用Tekla软件进行钢结构三维可视化建模，对钢结构复杂节点及型钢混凝土组合结构的钢筋节点进行深化设计，并进行节点碰撞检查。通过科学合理的设置构件、零件编号，使用Tekla软件生成整体布置图、构件图、零件图等各类图纸和材料统计清单、报表等，保证了钢构件的制造、安装精度。使用Tekla进行钢结构深化设计，既能保证工程质量和安全，也起到了降本增效的作用。通过该项目的顺利实施，课题组掌握了高层装配式住宅钢结构深化设计技术，可为后续类似工程提供理论依据与参考经验。

参考文献：

[1]JGJ 99-2015 高层民用建筑钢结构技术规程[S].

[2]16G519 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图[S].