超高层综合体复杂劲性结构节点深化设计管理

陈 伟 耿 涛

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 项目概况

上海徐家汇街道150-9、150-5-A、150-5-B地块项目，东到恭城路，西抵虹桥路、西北邻宜山北路，北靠名仕苑住宅区，总用地面积66 017 m2，该区域场地复杂，周边有上海轨道交通9号线、11号线贯穿、贴邻布置。该项目分为办公、五星级酒店、公寓式酒店、商业、文化娱乐等5种功能形态，其中有2栋超高层塔楼，T1塔楼220 m，T2塔楼370 m。裙房4层，地下6层，局部地下1层。

徐家汇中心项目酒店及裙房部分采用劲性钢筋混凝土框架-剪力墙结构，T1塔楼采用劲性钢筋混凝土框架柱-核心筒结构，T1裙房采用劲性钢筋混图框架-剪力墙结构，T2塔楼采用劲性混凝土框架柱＋钢框架梁＋钢筋混凝土核心筒＋腰桁架结构，T2裙房采用劲性钢筋混凝土框架结构。地下室至塔楼部分大范围采用型钢混凝土结构框架结构。

本项目劲性结构由于大量采用型钢混凝土梁、型钢混凝土柱，型钢混凝土连梁、型钢混凝土牛腿及型钢混凝土剪力墙等多种结构样式，从而具有以下特点：钢筋密集，多层多方向布置不易弯锚、钢筋直径大不易加工、型钢骨截面大，钢骨板厚留给钢筋锚固空间较小、型钢骨尺寸变化，样式变化较多，在劲性梁柱节点核心区多种变化样式带来钢筋连接、施工绑扎不便。

2 深化设计的难点

2.1 含钢量高，节点样式复杂多变

由于本项目建筑功能复杂，结构形式多变，考虑后期建筑功能的多种转换及变更，原结构图纸楼面荷载较大，结构采用大直径钢筋，且配筋量大，普遍是双排甚至多排钢筋。为保证建筑使用空间需要，采用不规则结构柱网，结构梁截面有多种结构样式，如T形梁、高度变截面梁、宽度变截面梁、转换型钢梁等。这给施工图深化的钢筋排布带来很大的困难，钢筋保护层厚度、钢筋间距及施工要求很难满足设计规范及施工规范的要求，主要有以下特点：

2.1.1 梁、柱钢筋直径大、配筋量大

由于本项目梁、柱钢筋普遍采用φ28 mm以上钢筋，且在一个柱节点处，往往有4根以上水平梁交接，每根梁上下多达2～3排钢筋，梁钢筋需分别考虑与柱钢骨碰撞连接或避让弯锚。考虑φ25 mm以上钢筋现场无法弯锚，钢筋厂弯折加工的精度难以保证及弯折钢筋现场施工定位困难等各种因素，针对大直径钢筋采用以下3种措施：现场直锚，钢骨加劲板焊接，型钢骨预留套筒连接。但是以上措施需足够的施工空间才能操作，按原始结构图纸施工不满足客观条件。为此，深化设计部门与设计院、施工钢筋部门多方协调优化，在满足原结构安全的条件下，优化钢筋，调整梁截面样式，尽量减少与钢骨连接的钢筋，变大直径钢筋为小直径现场易弯锚钢筋，从而满足设计和施工要求。

2.1.2 劲性钢骨样式多变

本项目跨越轨道交通9号线，地下室部分为避让地铁隧道和出地面裙房，采用劲性混凝土斜柱结构。T2塔楼为了立面造型收分处理，也采用了劲性混凝土斜柱；部分裙房地下采用型钢混凝土结构，地上采用纯钢框架结构。以上种种因素造成劲性混凝土柱中的型钢骨部分采用了多种截面形式及不同连接转换模式。考虑变截面位置邻近楼面梁柱节点核心区，给套筒的布置、加劲板的连接和钢筋的碰撞避让带来很多困难。为此深化设计与原设计单位积极沟通协商，调整钢骨变化位置及区域，避让梁柱核心区，或者采用梁柱斜面处增加外伸式节点板、增加附属加劲板，从而“变曲为直”“化繁为简”，减少套筒和钢筋的斜面连接，保证连接可靠，传力直接[2]。

2.2 设计修改多，现场工期紧，深化设计任务重

徐家汇中心项目虽然从2014年开工，但是由于建筑周边邻近2条轨道交通线路、地下基坑最深37 m等多种因素造成建筑造型复杂，结构样式多变。地上建筑有酒店、商业功能及办公等相关业态，在整个前期设计、施工过程中参与设计、修改及变更，造成各专业设计修改频繁。深化部门在深化设计过程中不断接到设计修改意见、新施工图指令和修改变更单，最多1个区域进行了11次的反复修改调整。本项目由于区域广，面积大，采用分层分区独立施工，深化设计面临多头管理，同步进行深化设计，设计深化任务繁重。在总工期限定的前提下，在业主及总承包领导下，各设计单位、深化及加工单位积极开会，协调处理，不断压缩深化设计周期。为此土建深化部门根据现场情况将所有设计人员进行分类分组，“以地块分区为主，人员及时调配”的原则进行搭配，确保结构类型相似、施工要求一致的项目为同一组人员，以便设计人员熟练操作，避免人员更换及上下工序衔接冲突矛盾。

2.3 业主及设计顾问标准要求高

本项目业主、设计单位、咨询公司、总承包商都是国内建筑行业顶尖的集团公司，因此对深化设计的标准和要求均是极其严苛的。深化设计初始，深化设计团队按照建筑设计规范要求和施工规范要求，提交详细的深化设计原则，以及对应不满足条件如何调整的原则，供总承包方确认后方进行深化。比如混凝土保护层厚度确定、不同直径套筒间距、边距规定，套筒允许切角施工的角度、加劲板定位、尺寸及厚度、钢筋的同层间距以及上下层间距、钢筋避让原则等。

3 深化设计组织架构建立

根据设计深化任务的发生、发展的时间性，共分为3节步骤[2]（图1）。

图1 人员构架示意

1）指令发出层。所有图纸的收到及发出均需有业主签字确认后方可有效。

2）指令协调层。以总承包单位为首，设计顾问及土建深化单位接到业主发出的深化设计要求指令后，召开协调会议，就业主的深化设计要求指令进行磋商，查漏补缺，保证指令的完整性及可执行性，土建深化单位汇总收集相关信息后，以其作为深化设计依据进行下一步的工作。

3）指令执行层。土建深化部门安排有经验的工程师对新指令图纸进行研读，根据设计范围及图纸深度，与设计咨询部门进行首次沟通，确保图纸没有缺项，满足深化要求。根据初步图纸解读，由项目负责人上报院级领导，根据图纸范围、深度、紧急情况等，将深化设计任务安排给具体设计人员，对内进行图纸全程把控，对外积极联系总承包及设计咨询单位。确定该批深化设计任务时间表后，安排相关人员进行内部校对及审核，在规定时间内完成内部深化图纸任务后，上报总承包单位，完善外审机制。

4 深化设计任务流程分解

为了有效把控土建深化设计，积极协调机施钢结构等相关专业，以业主牵头，结合总承包及设计、咨询和深化单位形成有效的外审制度（图2）。土建设计深化图纸提交总承包后，审核发送业主及设计，经设计审核后评分并发送业主签收，再经总承包发送深化单位，根据评分标准进行相关操作。在图2流程图中的末端，土建深化设计部门图纸虽然经过设计及业主审核批示合格后，提交相关专业继续进行深化，但是如果相关专业出现影响土建问题，依然会由业主及设计发出修改变更单及新指令，总承包单位接到新指令后，会指示土建深化部门进行新一轮深化。

图2 深化设计任务流程

5 深化设计过程管控

5.1 质量管控之深化设计原则的制定

土建深化设计时，以图纸控制为主，良好的图纸表达必须满足原设计的设计要求，也能满足钢结构加工及现场施工便捷要求。因此深化团队从以下几个方面进行图纸质量控制。

5.1.1 图纸表达

土建深化图纸密切联系型钢骨及相关的幕墙和机电专业，因此深化图纸应能从二维反映三维图纸，以便各专业能直观、及时了解需要的信息。深化图纸包括深化节点的设计依据，设计版本，深化节点定位，深化节点的上下层区域钢筋配置，分别从总图定位、原结构配筋、上下平面，对应不同位置剖面，通过细部信息表达不同位置的直锚、弯锚钢筋布置，套筒、加劲板标高、间距、尺寸及定位等信息，从而满足机施钢结构加工下料，机电设备预留预埋等相关专业操作。

5.1.2 钢筋避让原则

深化节点区域梁钢筋碰撞严重，首先应确定主梁钢筋，保证主梁钢筋优先的前提下，避让次级主梁钢筋，其次是次梁钢筋。对于不同直径钢筋碰撞，优先大直径钢筋，小于φ25 mm可现场弯锚。

5.1.3 钢筋连接原则

在节点核心区，梁钢筋不可避免地与型钢柱钢骨碰撞，此时需考虑节点核心区梁钢筋的连续传力作用。根据型钢钢骨的不同截面形式，采用套筒连接、加劲板焊接或钢骨开洞穿筋等做法。套筒连接一般施焊于H形、十字形的翼缘上及矩形柱的四周翼缘上，允许套筒与翼缘板在30°夹角内均可焊接，如不满足可采用外伸式加劲板的形式进行处理。加劲板焊接对操作空间及焊接尺寸均有要求，因此在深化图纸中应明确加筋板的定位、标高、尺寸、厚度等信息，以保证钢筋焊接的可靠性及易操作性。钢骨穿孔一般在型钢柱腹板区域，深化部门根据规范要求的开洞率，确定开洞位置避开主要受力区域。完成深化图纸后，重点标注相关优化区域并提交设计及咨询单位，征询意见后落实到最终出图。

5.1.4 图纸优化原则

土建图纸的优化，不仅仅是自身图纸的细致表达，更应以最终施工质量为最优、施工总造价合理、施工总工期最节省为前提。土建深化图纸是所有深化图纸走在最前面的，在确定好相关节点尺寸定位后，其他专业的深化会以此为依据添加本专业的构件。所以土建深化图纸必须要有前瞻性，提前考虑钢结构深化的分区分段、幕墙相关节点的预留预埋、机电相关专业的穿孔留槽等。只有这样才能保证构件在加工厂一次加工，精准安装，各专业同步施工，避免各专业分头生产加工、分期施工、后期开槽植筋等影响主体结构质量，增加总造价，交叉延误工期以及不同专业互相冲突等不合理问题的产生。

5.2 进度管控之深化文件的任务追溯

5.2.1 深化设计内控制度

徐家汇中心项目由于地块大，深化是分批展开的，但是不同分区之间又相互关联。因此土建深化单位成立专门的深化设计团队，从任务下达开始，进行前期图纸研读，深化任务的分解，人员安排，将所有图纸落实到具体设计人员。设计人员随具体深化项目进行流动，这样可使同一个深化项目，在进入不同层级的设计、校审，外部的图纸修改、变更等情况下，深化图纸能有效传递、修改完成。同时建立深化任务进度安排表，上传到网上云平台，所有设计人员均能第一时间了解项目进展状况，可以通过移动设备及办公系统登录，及时做好相关图纸的设计、修改、校审等工作，也为后期相关问题的追溯提供了痕迹。深化任务进度安排表在多次现场沟通会议及安排进度中提供依据，保证深化设计合理、有效地进行。

5.2.2 深化设计外审制度

为有效地把控土建深化设计，积极协调机施钢结构，以业主牵头，结合总承包及设计、咨询和深化单位形成有效的外审制度。土建设计深化图纸提交总承包后，审核发送业主及设计，经设计审核后评分发送业主签收，再经总承包单位发送深化单位，根据评分标准进行相关操作。

对应设计咨询单位不同的A/B/C打分，每一张深化设计图进入3个流程，分别是：A分合格，无反对意见，可直接发给总承包签收，交相关专业进行下一步深化设计；B分局部修改，根据设计院意见修改后发给总承包签收，交相关专业进行下一步深化设计；C分不合格，需根据原指令图纸结合新指令、变更修改单、设计院意见重新深化后，生成新一批图纸重新提交深化图纸审批等。严格的出图标准确保了每一张深化图纸均经过多部门审核及确认，保证各专业协调一致，最终出图质量标准一致。

同时在其他专业深化过程中，如出现评分为B或C，相关修改内容涉及土建深化部门，设计会提交相关修改或变更，经业主和总承包单位确认签收后，以文件形式形成新指令或变更单，提交土建深化部门。即使土建深化施工图已经完成，也必须重新启动新一轮的二次深化过程，如此反复。土建深化设计团队在徐家汇中心2年多的土建深化设计过程中，就某个区域楼层，最多时出现了11轮修改深化，其中涉及土建深化自身修改、其他专业内容修改、设计调整修改等因素，时间跨越达半年之久，由此可见本项目各方对深化图纸的重视和认真态度。虽然历经磨难，但是土建深化设计图纸在内审和外审方面均得到多部门协调核查，并通过评分机制，目前各区域深化图纸均能达到设计、机施钢结构、幕墙专业及现场钢筋翻样等专业的认可及施工要求。

5.3 三维模型的信息化辅助设计

5.3.1 CAD三维模型

深化图纸是设计的语言，是各专业交流的第一手资料。为了能传递深化设计的重点信息，我们在每张图纸上，用平、立、剖的二维图纸来展示不同位置的钢筋布置、套筒定位、加劲板的定位，辅以必要的尺寸及文字标注，用不同彩色图层及线形粗细来表达重点和非重点信息。让不同专业均能在一张图上及时了解该节点的所有土建信息（图3）。

图3 深化设计CAD图纸三维表达

5.3.2 BIM模型

由于本项目的特殊性，很多节点需采用BIM空间模型才能展示细部做法。通过BIM建模汇总机施钢结构及其他专业信息内容，做到空间细节展示和深化设计交流沟通，为业主与总承包及时把控和推进项目进展提供有力支持。

5.3.3 Tekla模型

机施钢结构单位为确保整体钢结构模型的顺利施工，采用Tekla软件进行三维空间整体建模，保证了钢结构详图深化设计中的各种套筒、加劲板、设备专业开洞留槽等构件的准确拼装，避免碰撞。数据信息化的处理为信息管理及加工自动化提供有力支撑，且相关信息及时提交土建深化部门，从而能使其及时、直观地了解节点深化区域的定位，为土建施工图的深化提供了保障。

5.4 每周例会制度

为保证施工的顺利进展，各单位施工图深化部门每周定期开展例会。及时互通有无，及早安排任务，推进沟通协调，处理疑难问题，进行专题研讨，协调各项事务周转，及时汇总归纳总结。有效的例会制度环环相扣，为整个项目的工程质量创优保驾护航，确保工程进度顺利进行，确保工程投资在合理范围内变化[3]。

5.5 针对突发情况的应急处理机制

深化设计过程并不是接到指令后按部就班即可，由于施工生产的不确定及各专业直接的备料加工等因素，或为及时应对项目部的赶工抢工和节假日进度提前处理，深化设计部门经常会出现应急处理问题。为此深化设计团队成立应急处理小组，对外及时了解信息变动情况，更新联络方式，对内确定处理小组成员，根据突发事件性质及范围进行分类。根据应急处理范围和时间紧迫程度不同，一般分为3级：

3级应急处理涉及个别节点修改。直接落实到深化小组或深化设计个人，在限定时间、限定范围内部处理完毕。

2级应急处理涉及某一批次修改。以原深化小组为核心，抽调其他组有经验成员参与配合处理，扩充本批次深化小组成员，明确深化范围、深化内容和深化时间，确保在限定时间内处理完毕。

1级应急处理涉及大范围或整体深化任务的变更。深化设计部门选派专人对整个深化机制进行审核和调整，必要情况下对外和业主、设计及总承包单位进行紧急磋商协调，派驻设计院或现场部门，重新确定土建深化设计流程，合理规划深化设计机制，对内抽调经验丰富成员成立专项深化团队，通过措施协调会议，明确深化范围、深化内容和深化时间，确保在指定的时间内解决问题，避免扩大影响面，造成工程进度延误。

在2年多的深化过程中，应急处理机制有效地发挥了作用，保证了深化任务的顺利进行，深化设计应急小组多次派驻设计院或项目部，及时沟通处理应急问题，确保信息通畅，深化内容到位。多次应急处理的结果，深化图纸一步到位，达到设计院要求，得到业主、总承包的认可。

6 结语

徐家汇中心劲性节点深化设计是整个徐家汇中心工程中的一环，其工作量无法和整个项目长达9年的工作量相比，但是设计施工图在现场施工中起到了非常重要的联结纽带作用。合理的深化设计确保了各专业的融合对接、协调有序，总承包单位多维度的有效管理，整体进度的有序推进，保障了施工质量优质，在总成本造价方面有所节省，在总工期方面也减少了不必要的工序安排。根据施工现场反映，在2年多的土建施工图深化设计中，基本达到了现场顺利安装的要求，也为设计院深化部门培养出了优秀的团队，并形成了施工图深化设计标准。