1、1建筑钢结构深化设计的探讨摘要：本文提出钢结构深化设计的目的，从高层建筑钢结构的设计重点出发，进而提出钢结构深化设计图内容和构造节点优化。 关键词：钢结构 深化设计 节点 优化 Abstract: This paper presents the design of the purpose of deepening the steel structure, starting from the design of high-rise steel structures, and then put forward to deepen the design content and structure o
2、ptimization of steel structure.Key words: steel structure; detailed design; node; optimization 中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2013） 引言： 建筑工程设计文件编制深度规定中，对钢结构工程设计制图也有明确的界线划分，在业主委托设计单位进行结构设计时，若合同中没有具体关于深化设计的要求，则钢结构的设计内容仅为钢结构设计图。因此，钢结构深化设计在更多时候需由加工、安装单位来完成，这也给加工、安装单位提出了较高的要求，特别是针对许多复杂的钢结构。由于深化设计人员
3、缺乏对结构设计图的理解，在加工和施工经验方面较欠缺，因2此对节点、构件深化设计在图纸表达、节点构造设计方面并不一定合理。1.深化设计的目的近年来，中国的钢结构发展迅速，钢结构深化设计作为一个新兴行业也得到了发展壮大。深化设计水平正在逐年提高，随着设计手段的不断完善，计算机辅助设计的推广，超大规模、超大跨度钢结构工程经验的积累，中国的钢结构深化设计能力已基本接近国际先进水平。同时，随着中国钢结构的不断发展，结构形体的日益复杂求新，工程质量要求的不断提高，加工安装手段的不断提高和完善，各环节对钢结构深化设计的要求和依赖也在不断提高，其在整个钢结构链中的作用也日益显现。深化设计已由传统的构件拆图延伸
4、到节点及构造计算及设计、材料准备及优化、施工详图产生、各类报表统计、预拼装及吊装方案设计及计算、工程量统计及索赔资料的整理等钢结构的方方面面。 2.高层建筑钢结构设计重点 2.1 高层结构设计应注意以下六个比值：轴压比：主要为控制结构的延性。剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑3移和倾覆。 2.2 风荷载与地震荷载组成的结构水平荷载是结构设
5、计的主要控制因素，结构内力与位移一般采用弹性方法计算，对于有抗震设防要求的结构，除进行地震作用下的弹性阶段计算外，还应验算可能进入的弹塑阶段状态。风振验算时对于建筑主体结构部分顶部有小型突出建筑时，应计入鞭梢效应，特别是对于顶部有桅杆类的结构的应着重分析。 2.3 高层建筑钢结构计算模型根据具体结构形式和计算内容确定，一般可采用平面抗侧向力结构空间协同计算模型。当结构布置规则，质量及刚度沿高度分布均匀时可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则，无法划分为平面抗侧力单元时，考虑采用空间结构计算模型。 2.4 高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型，确保建筑物不致发
6、生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑的相互影响，尤其是周边高层建筑影响，宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。 3.深化设计图内容钢结构深化设计图是构件下料、加工和安装的依据，深化设计的内容至少应包含以下内容：图纸目录、钢结构深化设计说明、构件布置图、构件加工详图、安装节点详图。3.1 钢结构深化设计说明。设计说明一般作为工厂加工和现场安装指导用，说明中一般都应包含有：设计依据、工程概况、材料说明(钢材、焊接材料、螺栓等)
7、、4下料加工要求、构件拼装要求、焊缝连接方式、板件坡口形式、制孔要求、焊接质量要求、抛丸除锈要求、涂装要求、构件编号说明、尺寸标注说明、安装顺序及安装要求、构件加工安装过程中应注意的事项等。通过钢结构深化设计说明归纳汇总，将项目的基本要求展现给加工、安装人员。 3.2 构件布置图设计。构件布置图主要作为现场安装用，设计人员根据结构图中构件截面大小、构件长度、不同用途的构件进行归并、分类，将构件编号反映到建筑结构的实际位置中去，采用平面布置图、剖面图、索引图等不同方式进行表达，构件的定位应根据其轴线定位、标高、细部尺寸、文字说明加以表达，以满足现场安装要求。当对结构构件进行人工归并分类时，要特别
8、注意构件的关联性，否则很容易误编而导致构件拼装错误。构件的外形可采用粗单线或简单的外形来表示，在同一张图或同一套图中不应采用相同编号的构件。因细节或孔位不同的梁就应单独编号。对安装关系相反的构件，编号后可采用加后缀的方式来区别。 3.3 构件详图设计。构件详图主要作为生产车间加工组装用，根据钢结构设计图和构件布置图采用较大比例来绘制，对组成构件的各类大、小零件均应有详细的编号、尺寸、孔定位、坡口做法、板件拼装详图、焊缝详图，并应在构件详图中提供零件材料表和本图的构件加工说明要求，材料表中应至少包含零件编号、厚度、规格、数量、重量、材质等。在表达方式上可采用正视图、侧视图、轴侧图、断面图、索引详
9、图、零件详图等。每一构件编号均应与构件布置图中相对应，零件应尽可能按主次部件顺序编号。构件详图中应有定位尺寸、标高控制和零件定位，构件重心位置等。构件绘制时应尽量按实际尺寸绘制，对细长5构件，在长宽方向可采用不同的比例绘制。对于斜尺寸应注明斜度，当构件为多弧段时，应注明其曲率半径和弧高。总之，构件详图设计图纸表达深度应该以满足构件加工制作为最低要求，在图纸表达上应尽量做到详细。 3.4 安装节点详图设计。当结构施工图中已经有节点详图时，在深化设计时，可不考虑这些节点的设计、绘制。但当结构设计图中节点不详或属于深化设计阶段增加的节点图，则在安装节点详图中还应该表达出来，以满足现场安装需要。节点详
10、图应能明确表达构件的连接方式、螺栓数量、焊缝做法、连接板编号、索引图号等。节点中的孔位、螺栓规格、孔径应与构件详图中统一。钢结构深化设计是一项耗费大量人力物力的工作，国内目前有采用以下几种方式来做钢结构深化设计：AUTOCAD、struCAD、Xsteel 等专业软件，大大提高了钢结构深化设计的出图效率。 4.构造节点优化 4.1 钢筋与柱脚底板穿孔塞焊后作为整体预埋件先预埋，然后圆管柱与埋板现场焊接，并且需将柱脚钢筋与圆钢柱内壁焊接，按节点做法要求，在实际操作中也会遇到很多问题，埋板顶标高会有施工误差，钢柱安装时柱底标高没法调节，且不易定位，钢管直径为600 毫米800 毫米，钢筋与圆管柱内
11、壁现场根本没法焊接。针对该节点做法，经与设计多次沟通，最后达成如下做法，先预埋地脚锚栓，钢柱安装时通过地脚锚栓调整标高，钢柱调整到位后将钢筋与柱内壁焊接，由于柱内钢筋已加长至 1100 毫米左右，从圆管柱上端进行钢筋与柱内壁焊接。总的来说，既达到了柱脚受力要求，也达到了现场安装方便的目6的。 4.2 构件制作、加工难以实现，焊缝密集，应力集中。某多层钢结构箱形柱与钢梁刚性连接，梁翼缘对应的横隔板贯穿箱形柱，由于与柱相连的钢梁截面不完全相同(有些梁高仅差 50 毫米或 100 毫米)，所以有些横隔板相距很近，钢柱都被横隔板分成一小段，由于钢柱均为 40 毫米厚以上的钢板，因此当横隔板间距在 10
12、0300 毫米左右时，钢柱节点域处焊缝非常多，应力集中也很明显，为保证节点传力，也为尽量减少焊缝，我们建议设计单位将其改为如下做法，隔板间距小于 150 毫米时，与钢柱相连接的钢梁采用变截面，当隔板间距不小于 150 毫米以上时，在箱形柱焊接内隔板，这种做法受力较合理，又能方便加工、制作，减少焊接量。运输、安装工艺的特殊要求构件深化、加工完成只是完成了整个项目的一部分工作，很多工作还需在现场完成，能不能顺利完成安装，这也表明深化设计是否合理、构件加工是否满足精度要求。由于运输、安装要求，诸如：构件分段点的选择，构件单元运输长度的确定，构件在工厂组装还是现场散装，安装吊点位置和做法确定，构件最大
13、重量确定，工具施拧的最小空间考虑，复杂钢结构在深化设计阶段预起拱考虑等等，所有这些工作要在深化设计阶段考虑完全。 5.结语： 总之，钢结构深化设计作为介于施工图设计与加工安装的一个中间过程，其工作内容主要包含两方面，一是根据钢结构施工图进行深化设计，二是进行与上述各专业的配合和服务工作。深化设计人员必须充分发挥自身的项目经验，认真的完成项目的深化设计及相关配合服务工作。7参考文献： 1 刘晓峰;高层民用建筑结构设计J;科技信息;2011 年 20 期 2 谢暾;郑炘;钢结构构件的连接设计J;建筑师;2006 年 05 期 3 张淑玉;谢永增;孙明凯;李会军;Xsteel 在钢结构深化设计中的应用J;冶金标准化与质量;2007 年 02 期
