电子科技园2号楼钢结构深化设计应用

杨 松，曹莉立

YANG Song，CAO Li-li

(北京市机械施工有限公司，北京 100045)

1 工程概况

中国电科电子科技园2号楼项目位于河北省保定市涞水县。2号楼结构主楼地下1层、地上9层（主体为5层、南侧架空4层、北侧架空2层），建筑高度40.8m，建筑功能为办公，总建筑面积87 873m2，其中地上建筑面积87 264m2，地下建筑面积609m2。主体结构成环形(内环直径170m，外环直径220m)，结构采用环形大跨中心支撑框架，单层面积1.5万m2。结构采用9组核心筒钢框架体系，每组核心筒间通过大跨度桁架支撑体系连成一个整体，如图1、图2所示。

重要材料选用如表1所示。

表1 材料表

2 钢结构深化设计重难点

整个结构分为9个核心筒，9个连廊，相似又不尽相同。内外环向桁架且环桁架斜撑贯穿整个楼层。复杂内容包括大跨度连廊放样，连梁与核心筒钢柱连接节点，天沟与管道预留孔洞节点等。建筑面积大且跨度大，深化顺序需与加工安装一致，采购时间紧、深化任务重、材料用量多且厚、板材多等。

图1 工程效果图

图2 钢结构深化模型

3 钢结构深化设计思路及方案

3.1 解读分析设计图

根据设计图特点及图中注明“除注明外该填充区域钢梁详2-70～2-4轴”，将不同核心筒与连廊的设计图在CAD软件中认真比对，找到相同、相似、不同的地方，此圆形框架结构由9个核心筒和9个连廊组成，核心筒起始标高从-10m至-3m不等，连廊标高统一由15m开始,故连廊与核心筒分开考虑。由于构件数量庞大，故不采用镜像构件，只考虑完全相同构件用同一构件号进行深化。考虑到15m以上钢柱构件的情况，尽可能使相同核心筒的分段一致。根据现场安装、工厂加工及长途运输等条件，将设计图中可调整构件按需修改，为后续工作做好充分准备。

设计图中钢梁分为径向和环向，由于环向钢梁设计图中均为圆弧，为方便加工及安装，根据梁的位置及受力特点，经与设计师充分沟通后重新计算，将核心筒及连廊较短的次圆弧梁变为直梁。主梁及跨度较大环梁经过研究及计算，将核心筒钢梁由直梁代替弧梁，连廊区域环桁架梁使用折梁代替弧梁，弯折位置为环桁架柱生根位置（15m标高梁上起柱），需注意原有洞口的大小及位置等数据。

3.2 钢结构深化设计方法

3.2.1 大跨度环形连廊桁架模型放样

现今钢结构深化大部分借助三维模型，本工程采用Tekla21.0版本进行三维建模。结构中有内外环形桁架两道，外环桁架跨度为55m，内环桁架跨度为40m，环桁架下弦在15.150m标高，上弦标高为35.60m，桁架高度20m，跨越4层结构。如上下弦做成圆弧杆件，斜腹杆及直腹杆为直线杆件，则连廊与核心筒相接节点区域需按照圆弧弦杆方向放样，连接板等需做整板节点板且为弯弧形状。由于节点板为超厚板，面积较大，整体放样十分困难。除需要考虑弦杆还应考虑腹杆及核心筒柱两侧的斜撑，多杆件相交且需与弯弧节点对接。加工制作方面对90mm厚板件进行精确弯弧难以实现，拼装安装过程中不易定位，由于是弯弧板大部分都需要手工焊接，焊接质量控制相对困难。

据以上情况，经过讨论分析计算后，在不影响结构受力及使用的情况下，将连廊区域环桁架梁使用折梁代替弧梁，如图3所示，弯折位置为环桁架柱生根位置。梁上起柱的截面宽度与环桁架弦杆截面宽度一致，弯折位置选择此处能更好地对节点进行设计且方便此处节点补强。将节点区域桁架弦杆做成直线段且做扩大板，其余跨中位置为直线连接。节点放样时根据柱子位置及方向并考虑圆弧梁原有位置，将节点区直线段在圆弧梁节点位置取圆弧弦长，长度根据梁上起柱所需要节点大小而定。如图3、图4所示，每个区连廊需分为6段，共5个梁上起柱节点。节点定好后中间用直梁连接各节点最终组成弯折梁桁架上下弦，另腹杆需相应调整。

图3 连廊桁架弦杆示意图

图4 桁架梁起柱节点

连廊桁架端部与核心筒相接时需考虑柱截面方向、柱间撑位置、桁架斜腹杆方向及相邻梁上起柱节点等因素。确定相接杆件共面的平面进行弦杆及腹杆定位，进行连廊与核心筒柱节点深化设计。

3.2.2 连梁与核心筒钢柱连接节点

经过对环桁架弦杆调整，钢柱与环桁架节点做相应调整。不考虑柱子断开，做整板节点，钢柱为贯通构件，其余构件做牛腿节点，与钢柱焊接连接。根据已有节点位置，将与钢柱相接各杆件进行平面位置移动，以达到与柱截面各方向相接时平滑过渡。柱子需要与3边桁架相接，柱自身斜杆位置与柱内隔板位置相对应，牛腿宽度取所连接杆件最大截面作为牛腿宽度，其余两方向桁架截面有H型截面和箱型截面两种。H型截面为BH600mm×600mm×22mm×30mm，箱型截面为口800mm×600mm×90mm×90mm，钢柱截面为1400mm×800mm×80mm×80mm。桁架杆截面厚度为90mm,材质为Q390C-Z25。考虑柱子受力、上下节柱变截面及分段吊装、吊重等影响，将节点区域钢柱截面厚度由80mm调整至90mm，单根调整总长度为3 300mm。由于柱截面普遍宽于弦杆及撑杆，考虑牛腿与柱本体焊接时，为防止焊缝应力分布不均，产生钢板层状撕裂风险，将牛腿扩大至钢柱边缘，在梁上做扩大头与之相连接，如图5、图6所示。

图5 连梁与钢柱节点

图6 连梁与钢柱节点吊装图

3.2.3 35.550m标高有天沟处节点放样

根据设计图显示，35.55m标高有环形排水天沟，天沟按照圆弧位置放样。需预留雨水孔并确保结构位置一致。为方便天沟结构搭设，在钢梁上预留降板托板节点备用，方便后道工序施工。根据各专业预留洞口情况径向钢梁均需提前预留管道孔洞，并需精确制孔后做相应补强措施如图7所示。

图7 天沟节点

3.2.4 劲性钢骨柱连接节点

劲性钢骨结构既要考虑钢结构自身节点，又要考虑与混凝土相接钢筋等连接。混凝土梁从多个方向汇聚到柱子上，如何处理钢筋与钢结构的连接比较复杂。提前建模可使钢筋与钢结构连接更加便捷直观，为加工制作提供良好的依据。

本工程混凝土柱截面为矩形2 000mm×1 400mm和1 800mm×1 200mm，钢骨截面为目字型缺角异形和箱型，截面内灌混凝土。钢筋与钢骨的连接基本方式为绕、穿、焊、套筒连接等，此顺序亦为较优选用顺序。柱纵筋与钢骨牛腿碰撞时采用绕，与钢筋连接板碰撞时采用穿，混凝土墙及混凝土梁遇到钢骨柱及牛腿时采用焊。

3.2.5 深化设计构件编号

根据设计图显示，各个核心筒、连廊之间均相似，也有些是相同构件。考虑到这一点，在方便加工和安装的情况下，也为减少出图数量并且能增加深化速度，将相同构件在建模时用特殊构件号标记，模型中只处理特殊构件号对应的构件，其余相同构件均在输出为CAD电子版图纸后进行局部修改。

核心筒及连廊各9部分，由轴号2-52开始顺时针分区，1廊1筒为A区，顺序排列（I字母取 消 ）， 共 9 个 字 母（A,B,C,D,E,F,G,H,J），核心筒构件号在区号后增加T进行区分。

构件号进行详细分化，楼层+区域+所在位置+构件属性-*，例如：8GWGL-*，八层（8）+G区（G）+外 侧（W）+钢 梁（GL）-*。 先在Tekla中制作局部构件图，输出成CAD电子版图纸。布置图中相同区域用重复轴号的方式进行表达；详图中构件号、数量、重量等进行相应修改并辅以Excel电子版清单以备查，方便工人加工及安装时对构件进行统计。

4 结 语

通过对本工程各区块，各节点的深化设计等重难点的分析，进一步加深了对深化设计应用的优缺点及重难点理解。看似简单的深化设计，却需要在过程中不断与各方联系沟通且及时准确的沟通可以为构件加工、安装等提供更好更便捷的图纸。

[1]GB 50661-2011，钢结构焊接规范[S].

[2]GB/T 3632-2008，钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副[S].

[3]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].