Tekla技术建模在生产安装过程中的应用优化探析

高 勇 吴吉瑞 孙会贵

(山东省建设建工(集团)有限责任公司 山东济南 250014)

0 引言

均四甲苯生产装置工程，主梁238支、次梁1096支、框架钢柱83支，其他构件及板件5344件，安装难度大，构件相关数据繁多。利用Tekla建模，在钢结构的加工过程中，科学合理地分析结构形式、施工顺序、优化节点形式，对整个工程所产生的有利影响是巨大的。用Tekla软件建模保证整个工程的精确性，3D效果可以更直观地查看工程所有细节，合理安排工程顺序。

1 工程概况

山东明化新材料有限公司甲醇下游产品链延伸制高端化学品项目均四甲苯生产装置工程，位于济南市章丘区刁镇化工工业园山东明化新材料邮箱公司厂区东南侧，占地面积1600 m2。钢材材质均选用Q345B，此工程柱底标高-1.5 m、柱顶标高为23.8 m，分为4层大平台，顶层小平台结构形式，全面包裹化工设备，H型钢柱底为锚栓固定，1.6 m深度混凝土包裹。钢柱为H型钢及箱体截面两种钢梁、支撑系统为H型钢及角钢，平台除设备孔外，均铺设花纹钢板整体视图，如图 1 所示。

图1 整体视图

2 工程准备

工程开始之前，认真对各个环节的说明和技术进行了解，全面详细掌握工程中所涉及到的钢材材质和规格等容易出错部分。对于后期加工及施工产生矛盾及不利影响的地方进行深度剖析，结合建筑图、结构图，综合考虑现场施工的实际情况。图纸不明、前后矛盾、工艺繁琐等问题进行整理，与设计方进行沟通，与专业加工人员、施工人员及工程师不断交流沟通，均为不改变不影响结构及使用的前提下，进行图纸的优化。以最快的速度Tekla建模调图，图纸成型后，再次研究讨论优化的可行性及对工程的利弊影响，以整体Tekla模型带动细部处理。工程优化技术服务生产，技术指导生产，做出最合理的、完整的工艺要求，既满足现场的安装，又可有效节约加工成本，缩短施工周期，一切均为满足整个工程的顺利进行。

3 优化生产施工

针对本工程进行研究分析，该工程梁柱节点形式为栓焊形式，在梁截面上下500 mm范围需要钢板开坡口熔透焊接，以及底板顶板处100 mm范围内，需要熔透焊接。此种需要开坡口的位置，下料时需要对尺寸位置进行标注，方便后续坡口处理，避免漏开及位置偏差[1]。制定全面的技术工艺要求，工艺交底确保每一个加工人员、施工人员理解透彻，保证工程质量，有效合理提高生产效率。

3.1 区域划分及细化进度

本工程工期60d，时间紧任务重，以现场实际情况为准，分批下发加工图纸，配套构件布置图、构件加工清单，避免生产混乱。在同一批次，所有构件均同时制作，细化施工进度表，繁杂而不凌乱。多线程操作以实际需求为第一要素，既能有序生产加工，又能保证现场施工。通过Tekla模型中的选取范围，对区域构件进行筛分，确保精确到每一块钢板。在每一批里面同样划定加工的先后顺序，满足现场设备进场清理场地，合理规划构件堆放区域，建立分区堆放构件明细，配套钢板直发件的专门存放记录，设备就位后，第一时间安装固定用框架钢梁，随之次级钢梁安装；本区域角部支撑及平面支撑紧随其后[4]。区域构件安装完毕后铺设花纹板，以保证后续作业，如图2所示。

图2 构件生产分区

3.2 细部节点优化

工程中柱梁的连接为钢框架柱焊接牛腿钢梁制作后，现场与钢柱牛腿进行连接的形式。针对牛腿的加工、焊接、对运输的影响以及现场安装的工效影响进行比对研究后，发现如果改为连接板形式，可以有效节约成本，加快制作进度，如图3所示。

图3 梁柱刚接形式(牛腿连接形式)

首先如果以牛腿作为连接形式加工厂需要焊接一道牛腿焊缝，现场梁柱刚性连接仍需焊接一道焊缝，连接板是仅需加工厂焊接钢板，现场钢梁以安装螺栓连接梁柱后施焊，减少一道焊缝，焊接成本降低。连接板形式相比，牛腿形式焊缝长度减少1/3。其次，由于牛腿钢柱外形尺寸较大，导致装车构件有效率降低。所以，带连接板钢柱装车数量远大于带牛腿钢柱，运输成本降低。经设计方对钢柱与钢梁的抗震节点构造设计和计算及专家论证核算，确定此工程可以由牛腿改为连接板形式，如图4～图5所示。由设计方出修改图，根据修改图纸模型进行修改确保加工无误，实现了缩短加工周期降低成本的初衷。

图4 梁柱刚接形式(蓝图修改)

图5 梁柱刚接形式(模型连接板)

3.3 预留孔优化

花纹板铺设过程中，改进以往的花纹板施工过程中的重点问题。在其他工程项目中出现过的问题，是设备及管道通过花纹板需开预留孔，此预留孔的制孔的图纸是精确、规范的，应严格控制孔径大小以及孔的位置[2]，尤其应考虑过安装过程中会出现偏差而增加预留孔的余量问题，但明显与现场设备管道施工不相匹配。设备管道施工过程中存在的问题不会以图纸定位为准进行管道施工，而是以现场的施工条件及实际需求为准则，进行施工作业，由此导致花纹板预留管道孔可用的寥寥无几，造成人力浪费，成本损失。吸取以往的经验教训后，本工程花纹板在考虑现场管道繁多复杂的情况下，决定设备孔洞预先在加工厂开孔，管道孔在现场施工过程中，以现场实际需求施工开孔，确保孔的大小及位置无误，在节省成本的同时，又缩短了加工周期，保证了现场的安装使用，如图6所示。

图6 平台铺板制孔图

3.4 次梁与主梁连接优化

次级钢梁与框架梁连接形式方面进行了优化。如次级钢梁翼板与框架梁保持缝隙的同时，次级钢梁腹板延伸至框架梁内部，如图7所示。变为框架梁连接钢板外伸，次级钢梁保持翼板与腹板的平整[3]。在图纸会审过程中提出此种方案。经设计方审核计算，绘制出相应节点修改图纸。在建模过程中直接以此节点进行深化。

图7 主次梁连接形式(修改前)

此种连接形式的优化(图8)，首先减小了次级钢梁的加工难度，不需要对次级钢梁的端部进行切割处理，大大减少了加工周期。其次在安装过程中，次级钢梁可以在框架梁之间，垂直下放到达其平面后侧移，螺栓固定即可。相比次梁深入形式，减少了倾斜钢梁寻找角度深入框架梁内部后回正的步骤，有效减少施工工时，避免了在小范围内空间所限次梁调整角度后，下方无法安装的问题，如图9～图10所示。

图8 钢梁布置图

图9 主次梁连接形式(修改后)

图10 次级钢梁连接节点

钢梁两端连接板位置问题，按以往经验进行了优化处理。此问题在Tekla模型中一目了然，整体建模后所有横梁两端连接板均在北侧，所有纵梁两端连接板均在西侧，以此保证钢梁在安装过程中化繁为简，确保安装工人安装有迹可循。钢梁安装不以构件为基准，而是以整个工程为基准进行的结构深化结构优化。技术支撑生产，生产服务工程。

3.5 支撑局部优化

均四甲苯工程为露天钢框架，且柱撑为H型钢截面，腹板面为基准平面支撑根部为十字节点形式，有效加强了支撑的稳固性。建模后通过3D效果，发现其中的不足，此连接在阴雨天会导致牛腿下部出现积水的情况。在此种节点形式无法更改的情况下，于牛腿下侧腹部及牛腿下翼板底部位置开过水孔[4]，此部位加强防腐处理，确保结构的稳定性，同时避免外部天气因素对构件产生影响，如图11所示。

图11 支撑牛腿过水孔

4 结语

总之，Tekla建模是现如今钢结构项目普遍采用的成熟技术。Tekla技术采用空间建模的方法，将设计院的平面和节点图纸真实地反映在空间模型中，从中进行分析、发现问题和优化，是钢结构施工的发展方向。笔者通过最近几年钢结构工程的生产施工，积累了许多宝贵的实践经验。施工过程中综合考虑，系统管理，结合整个生产施工所出现的问题，制定详细的施工方案，规避各种弊端，合理安排生产顺序，并多次对施工优化方案进行论证分析，使化工厂钢框架工程顺利完成，保证了施工的经济、安全。综上所述，使用科学合理的施工方案以及更为高效的生产技术，能够极大简化整个工程工艺复杂性。缩短工期，只要整个钢结构安装的过程中，符合事先所设定的相关要求，在保证工程质量的情况下，短时间就能够将整个钢结构施工完成。钢结构在现代建筑工程中的应用范围越来越广，希望通过对钢结构生产技术的深入研究，为钢结构建筑业的发展做出贡献。