摘要 西安市万象城项目的T1超高层写字楼高186.6m，钢结构总量超过8600t，且安装及焊接难度极高。通过对劲性钢构托座处加劲板、劲性钢构柱截面、外露钢构梁–梁刚性连接节点和外露连廊结
摘 要：西安市万象城项目的T1超高层写字楼高186.6m，钢结构总量超过8600t，且安装及焊接难度极高。通过对劲性钢构托座处加劲板、劲性钢构柱截面、外露钢构梁–梁刚性连接节点和外露连廊结构进行优化设计，可减少施工难度和工作量，降低工程成本，取得了显著的技术进步及经济效益，并为钢结构优化设计提供参考经验。
关键词：钢结构;工程造价;优化设计
钢结构优化设计是在原设计方案基础上进行局部设计改变，使技术更加可行，且满足了功能要求，还节约了材料，使工程造价明显降低。西安万象城T1塔楼钢结构工程的优化，不仅大幅节约了成本和工期，同时也极大地降低了施工难度和工作量。
推荐期刊：《钢结构》(月刊)创刊于1986年，是由中国钢铁工业协会主管、中国钢结构协会和中治集团建筑研究总院联合主办的钢结构领域综合性科技期刊，国内外公开发行。一直以导向性、针对性、实用性、创新性为办刊宗旨，刊载论文全方位展示钢结构在我国现代建筑技术发展中的重要地位和作用;注重理论与实际并重，先进性与实用性共举;体现国家建筑技术政策，引导国内钢结构技术的发展。快速增长的读者群涵盖钢结构科研、设计、制作、施工、教育各领域。
1工程概况
该项目位于西安市三桥新街西段以南，紧邻三桥地铁站，总建筑面积达419683.95m2，占地面积61172.74m2，是由1栋186.6m超高层写字楼(T1)，3栋99.7m高层办公楼(T2~T4)，3层商业街(2号楼)和4层商业裙楼(1号楼)及配套辅助用房组成的都市综合体。该项目钢结构工程分为T1塔楼(框架–核心筒结构)劲型钢结构，裙楼劲型钢结构及商业裙楼间外露钢天窗、钢平台、钢连廊、钢结构门头等。劲型钢结构用钢量约4600t，外露钢结构用钢量约4000t。
2T1塔楼劲性钢构优化
2.1T1塔楼劲性钢构托座处加劲板优化
西安万象城项目结构图中要求“T1塔楼型钢混凝土柱在梁翼缘位置加劲板厚为35mm”，且“柱型钢加劲肋板厚除特别注明外，同梁翼缘或连接板厚(T1塔楼型钢混凝土柱在梁翼缘位置加劲板厚为35mm)”。设计图纸中托座节点如图1所示，由图1可画出T1型钢柱托座详图(图2)。项目部通过审核图纸，并组织人员对相关规范和资料研究后，建议托座加劲板采用24mm厚钢板。
项目部经测算得出外框柱托座加劲板占外框柱钢柱重量的15.9%，核心筒钢柱加劲板占钢柱重量的3%，优化后单价可节约142万元，计算过程见表1。
2.2T1塔楼劲性钢构柱截面优化
T1塔楼劲性钢柱翼缘板和腹板厚均为35mm，框柱截面如图3所示。在一般结构设计中腹板应比翼缘板薄，且腹板厚度应满足高厚比和宽厚比的规范要求。经计算分析，建议优化型钢柱腹板厚为20~25mm，优化截面如图4所示。
本项目部就此项优化建议安排专家进行讨论并得到认可，在保证安全的前提下进行优化设计。按原有设计，劲性钢结构的含钢率为5.62%;腹板改为20~25mm后，劲性钢结构含钢率为4.47%~4.86%。经测算，含钢率每降低1%可节约650t钢材，节约造价533万元。因项目是在T1型钢柱加工到第14层才进行成本优化，故此项优化为项目共节约280万元。
从现场施工机械成本方面分析，本工程T1塔楼地下室劲性钢结构柱单根单层重量大多超过9t，最重的单根钢柱超过10t，项目现选用TC8039和TC7035塔式起重机。若在项目施工前进行此项优化，按上述原则，单根钢柱可优化约1.1t，将TC8039塔式起重机改为TC7535即可满足施工要求，且后者比前者少支出5万元/月，按T1塔楼施工24个月计算可节约租赁成本120万元，此优化对节约塔式起重机租赁成本也有明显效果。
3外露钢结构优化
3.1外露钢结构梁–梁刚性连接节点优化
外露钢结构的钢连廊、钢平台、钢门头均属于纯钢结构，结构中存在大量主梁与次梁连接节点，其中刚性连接约1610个，设计图纸节点形式如图5所示。先安装次梁两侧主梁再安装次梁将极为困难，甚至无法安装次梁，这是因为次梁下翼缘比上翼缘腹板长半个主梁的翼缘宽度(图6)。安装时下翼缘需在开槽口插入主梁的加劲板后进行焊接，并要求现场焊接时在每根次梁的每端各焊接4条焊缝。
项目部将次梁下翼缘改成与上翼缘和腹板平齐的形式(图7)，并在主梁加劲板上增加3号板件与次梁下翼缘焊接，优化后的连接节点如图8所示。因优化后节点只需进行次梁上下翼缘与主梁的焊接，无需进行次梁腹板与加劲板现场焊接，且现场安装的原有设计节点1根次梁至少需要1h以上，优化后只需10~15min。因此优化后的节点在保证结构安全和不增加工程量的情况下大幅减少了现场施工难度和焊接工作量，为外露钢结构工程施工至少节约工期60d，且降低了高空作业的安全风险。
3.2外露钢连廊结构优化
(1)按本项目一期结构图中一钢梁下翼缘连接节点做法(图9)，选取3层1连廊建立钢连廊的三维模型，钢梁截面尺寸为H600~1100×800×22×55(mm)。
(2)依据设计图纸要求，钢连廊主梁下翼缘填充区域需焊接55mm连接板。通过审核结构图并与设计院就连接板设计意图进行沟通，了解钢板设计目的后，项目部组织人员对钢连廊进行结构设计分析和研究，建议取消钢梁下翼缘间连接板，此优化原因为：1)此连接钢板厚30~55mm，为现场熔透焊，且焊接位置狭小，施工困难，质量难以保障;2)钢板面积大，自重大，安装施工时风险高;3)借鉴其他城市万象城类似工程项目经验，并对钢连廊结构进行研究分析，认为本项目钢连廊用钢量偏大，结构设计过于保守，可进行相应的结构优化来节约工程造价。
(3)本项目共有连廊37座，其中27座连廊需安装钢梁连接板，数量多且单块板重达7t，现场施工困难，施工过程安全风险高。在项目部的协调下，设计院对结构重新进行核算，最终将此钢连廊节点取消，共为项目节约用钢量约229t。按目前市场价格，钢连廊综合造价约9000元/t(考虑材料费、运输、施工、防腐、防火费用)，该优化可为项目节约206万元。此外按每个连廊现场安装此钢板需0.5d计算，可节约工期13.5d。
4钢结构优化经验
通过总结上述优化分析和施工过程中遇到的问题，得出钢结构的优化经验如下。
(1)托座上下翼缘标高处加劲板一般均与托座翼缘板同厚，H形和十字形截面一般情况为腹板厚薄于翼缘板厚。
(2)纯钢结构工程中，梁与梁刚性连接时，避免采用上下翼缘不平齐的连接方式，减小现场施工难度和焊接工作量。
(3)仔细核对设计图纸，发现存在疑问时多与设计人员沟通，了解设计意图，并结合其他工程经验和规范资料，对不合理的结构设计提出合理优化方案。
(4)尽可能在工程施工前进行结构优化，为施工方案和施工机械的选择创造有利条件，以节约施工成本。
5结束语
本工程钢结构使用量极大，安装及焊接难度极高。通过对钢结构节点进行优化，并利用Tekla软件三维模拟安装，使优化后的节点在保证结构安全和不增加工程量的前提下减小现场施工难度和焊接工作量，同时节约外露钢结构工程施工工期，并降低了高空作业的安全风险，取得良好的技术和经济效益。对其他钢结构工程优化给予启发和借鉴，做到精细化管理，节约工程造价。
参考文献
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