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鋼結構深化設計小技巧
RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2019-04-30 17:01:09

  在目前越來越復雜的鋼結構建筑中,鋼結構深化設計越顯得重要。我國的鋼結構工程設計采用兩個階段設計法,第一階段是由建筑工程設計單位進行結構設計,給出構件截面大小、一般典型構件節點、各種工況下結構內力。第二階段就是由施工和鋼結構制作單位根據設計單位提供的設計圖進行深化設計,并編寫深化設計圖紙。

建筑工程設計文件編制深度規定中,對鋼結構工程設計制圖也有明確的界線劃分,在業主委托設計單位進行結構設計時,若合同中沒有具體關于深化設計的要求,則鋼結構的設計內容僅為鋼結構設計圖。因此,鋼結構深化設計在更多時候需由加工、安裝單位來完成,這也給加工、安裝單位提出了較高的要求,特別是針對許多復雜的鋼結構。由于深化設計人員缺乏對結構設計圖的理解,在加工和施工經驗方面較欠缺,因此對節點、構件深化設計在圖紙表達、節點構造設計方面并不一定合理。

深化設計圖內容

鋼結構深化設計圖是構件下料、加工和安裝的依據,深化設計的內容至少應包含以下內容:圖紙目錄、鋼結構深化設計說明、構件布置圖、構件加工詳圖、安裝節點詳圖。

鋼結構深化設計說明——設計說明一般作為工廠加工和現場安裝指導用,說明中一般都應包含有:設計依據、工程概況、材料說明(鋼材、焊接材料、螺栓等)、下料加工要求、構件拼裝要求、焊縫連接方式、板件坡口形式、制孔要求、焊接質量要求、拋丸除銹要求、涂裝要求、構件編號說明、尺寸標注說明、安裝順序及安裝要求、構件加工安裝過程中應注意的事項等。通過鋼結構深化設計說明歸納匯總,將項目的基本要求展現給加工、安裝人員。

構件布置圖設計——構件布置圖主要作為現場安裝用,設計人員根據結構圖中構件截面大小、構件長度、不同用途的構件進行歸并、分類,將構件編號反映到建筑結構的實際位置中去,采用平面布置圖、剖面圖、索引圖等不同方式進行表達,構件的定位應根據其軸線定位、標高、細部尺寸、文字說明加以表達,以滿足現場安裝要求。當對結構構件進行人工歸并分類時,要特別注意構件的關聯性,否則很容易誤編而導致構件拼裝錯誤。構件的外形可采用粗單線或簡單的外形來表示,在同一張圖或同一套圖中不應采用相同編號的構件。因細節或孔位不同的梁就應單獨編號。對安裝關系相反的構件,編號后可采用加后綴的方式來區別。

構件詳圖設計——構件詳圖主要作為生產車間加工組裝用,根據鋼結構設計圖和構件布置圖采用較大比例來繪制,對組成構件的各類大、小零件均應有詳細的編號、尺寸、孔定位、坡口做法、板件拼裝詳圖、焊縫詳圖,并應在構件詳圖中提供零件材料表和本圖的構件加工說明要求,材料表中應至少包含零件編號、厚度、規格、數量、重量、材質等。在表達方式上可采用正視圖、側視圖、軸側圖、斷面圖、索引詳圖、零件詳圖等。每一構件編號均應與構件布置圖中相對應,零件應盡可能按主次部件順序編號。構件詳圖中應有定位尺寸、標高控制和零件定位,構件重心位置等。構件繪制時應盡量按實際尺寸繪制,對細長構件,在長寬方向可采用不同的比例繪制。對于斜尺寸應注明斜度,當構件為多弧段時,應注明其曲率半徑和弧高。總之,構件詳圖設計圖紙表達深度應該以滿足構件加工制作為最低要求,在圖紙表達上應盡量做到詳細。

安裝節點詳圖設計——當結構施工圖中已經有節點詳圖時,在深化設計時,可不考慮這些節點的設計、繪制。但當結構設計圖中節點不詳或屬于深化設計階段增加的節點圖,則在安裝節點詳圖中還應該表達出來,以滿足現場安裝需要。節點詳圖應能明確表達構件的連接方式、螺栓數量、焊縫做法、連接板編號、索引圖號等。節點中的孔位、螺栓規格、孔徑應與構件詳圖中統一。

鋼結構深化設計是一項耗費大量人力物力的工作,國內目前有采用以下幾種方式來做鋼結構深化設計:AUTOCAD、struCAD、Xsteel等專業軟件,大大提高了鋼結構深化設計的出圖效率。

      構造節點優化

隨著科學技術的發展,建筑鋼結構越來越復雜,如何安全合理地實現構造復雜的結構和節點成為深化設計的難點和重點,這也對鋼結構深化設計人員和加工制作廠家提出了更高的要求,不僅要求設計人員有豐富的專業知識,還應對加工工藝、安裝過程有全面的了解,因此不僅要求深化設計人員能熟悉深化設計程序,如何根據設計圖進行詳圖繪制,還應綜合工廠加工制作、現場安裝等綜合因素,發現問題、解決問題,在鋼結構深化設計過程中,需同結構設計師保持良好的互動關系,不斷完善和調整結構方案,也為加工、安裝創造較好的條件。在滿足結構合理的情況下,構件的深化設計需為加工和安裝提供方便。

結構設計的構造設計不太合理——箱形梁與柱剛接時,通常采用多高層民用建筑鋼結構構造圖集01SG519中頁17上節點2的做法,但有時箱形梁構件窄而高(如寬度500毫米,高1200毫米),此時若仍采用圖集中的做法,那在實際操作中就會有困難,由于梁高而窄,工人現場焊接箱形梁下翼緣時,焊接沒有空間,即便能焊接但質量也難以保證,因此必須考慮其它連接方式,諸如下右圖做法,經過許多工程驗證,該節點做法還是切實可行的,焊縫質量和受力都能滿足要求。

鋼筋與柱腳底板穿孔塞焊后作為整體預埋件先預埋,然后圓管柱與埋板現場焊接,并且需將柱腳鋼筋與圓鋼柱內壁焊接,按節點做法要求,在實際操作中也會遇到很多問題,埋板頂標高會有施工誤差,鋼柱安裝時柱底標高沒法調節,且不易定位,鋼管直徑為600毫米~800毫米,鋼筋與圓管柱內壁現場根本沒法焊接。針對該節點做法,經與設計多次溝通,最后達成如下做法,先預埋地腳錨栓,鋼柱安裝時通過地腳錨栓調整標高,鋼柱調整到位后將鋼筋與柱內壁焊接,由于柱內鋼筋已加長至1100毫米左右,從圓管柱上端進行鋼筋與柱內壁焊接。總的來說,既達到了柱腳受力要求,也達到了現場安裝方便的目的。

構件制作、加工難以實現,焊縫密集,應力集中——某多層鋼結構箱形柱與鋼梁剛性連接,梁翼緣對應的橫隔板貫穿箱形柱,由于與柱相連的鋼梁截面不完全相同(有些梁高僅差50毫米或100毫米),所以有些橫隔板相距很近,鋼柱都被橫隔板分成一小段,由于鋼柱均為40毫米厚以上的鋼板,因此當橫隔板間距在100~300毫米左右時,鋼柱節點域處焊縫非常多,應力集中也很明顯,為保證節點傳力,也為盡量減少焊縫,我們建議設計單位將其改為如下做法,隔板間距小于150毫米時,與鋼柱相連接的鋼梁采用變截面,當隔板間距不小于150毫米以上時,在箱形柱焊接內隔板,這種做法受力較合理,又能方便加工、制作,減少焊接量。運輸、安裝工藝的特殊要求——構件深化、加工完成只是完成了整個項目的一部分工作,很多工作還需在現場完成,能不能順利完成安裝,這也表明深化設計是否合理、構件加工是否滿足精度要求。由于運輸、安裝要求,諸如:構件分段點的選擇,構件單元運輸長度的確定,構件在工廠組裝還是現場散裝,安裝吊點位置和做法確定,構件最大重量確定,工具施擰的最小空間考慮,復雜鋼結構在深化設計階段預起拱考慮等等,所有這些工作要在深化設計階段考慮完全。

一個項目的順利完成,是多方面共同努力的結果。既要有精確的結構理論計算,又要有實際工程經驗的指導,在這過程中,鋼結構的深化設計起著中間紐帶的作用,深化設計與結構設計必須互動,不斷完善設計,使工程建設能優質高效地進行。因此,合格的深化設計人員的培養是一項長期的工作,需在設計水平、施工經驗方面逐步積累。深化設計不僅僅是根據結構設計圖“依樣畫葫蘆”,而是在了解結構設計人員意圖的情況下,使深化設計既滿足結構受力要求,又能方便加工、安裝。

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