給排水工程師關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計小技巧

在目前越來越復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計越顯得重要。我國的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計采用兩個階段設(shè)計法，第一階段是由建筑工程設(shè)計單位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，給出構(gòu)件截面大小、一般典型構(gòu)件節(jié)點、各種工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)力。第二階段就是由施工和鋼結(jié)構(gòu)制作單位根據(jù)設(shè)計單位提供的設(shè)計圖進(jìn)行深化設(shè)計，并編寫深化設(shè)計圖紙。

建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定中，對鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計制圖也有明確的界線劃分，在業(yè)主委托設(shè)計單位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，若合同中沒有具體關(guān)于深化設(shè)計的要求，則鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容僅為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。因此，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)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(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)。由于深化設(shè)計人員缺乏對結(jié)構(gòu)設(shè)計圖的理解，在加工和施工經(jīng)驗方面較欠缺，因此對節(jié)點、構(gòu)件深化設(shè)計在圖紙表達(dá)、節(jié)點構(gòu)造設(shè)計方面并不一定合理。

深化設(shè)計圖內(nèi)容

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計圖是構(gòu)件下料、加工和安裝的依據(jù)，深化設(shè)計的內(nèi)容至少應(yīng)包含以下內(nèi)容：圖紙目錄、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計說明、構(gòu)件布置圖、構(gòu)件加工詳圖、安裝節(jié)點詳圖。

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

構(gòu)件布置圖設(shè)計——構(gòu)件布置圖主要作為現(xiàn)場安裝用，設(shè)計人員根據(jù)結(jié)構(gòu)圖中構(gòu)件截面大小、構(gòu)件長度、不同用途的構(gòu)件進(jìn)行歸并、分類，將構(gòu)件編號反映到建筑結(jié)構(gòu)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(jìn)行表達(dá)，構(gòu)件的定位應(yīng)根據(jù)其軸線定位、標(biāo)高、細(xì)部尺寸、文字說明加以表達(dá)，以滿足現(xiàn)場安裝要求。當(dāng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行人工歸并分類時，要特別注意構(gòu)件的關(guān)聯(lián)性，否則很容易誤編而導(dǎo)致構(gòu)件拼裝錯誤。構(gòu)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(yīng)采用相同編號的構(gòu)件。因細(xì)節(jié)或孔位不同的梁就應(yīng)單獨編號。對安裝關(guān)系相反的構(gòu)件，編號后可采用加后綴的方式來區(qū)別。

構(gòu)件詳圖設(shè)計——構(gòu)件詳圖主要作為生產(chǎn)車間加工組裝用，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖和構(gòu)件布置圖采用較大比例來繪制，對組成構(gòu)件的各類大、小零件均應(yīng)有詳細(xì)的編號、尺寸、孔定位、坡口做法、板件拼裝詳圖、焊縫詳圖，并應(yīng)在構(gòu)件詳圖中提供零件材料表和本圖的構(gòu)件加工說明要求，材料表中應(yīng)至少包含零件編號、厚度、規(guī)格、數(shù)量、重量、材質(zhì)等。在表達(dá)方式上可采用正視圖、側(cè)視圖、軸側(cè)圖、斷面圖、索引詳圖、零件詳圖等。每一構(gòu)件編號均應(yīng)與構(gòu)件布置圖中相對應(yīng)，零件應(yīng)盡可能按主次部件順序編號。構(gòu)件詳圖中應(yīng)有定位尺寸、標(biāo)高控制和零件定位，構(gòu)件重心位置等。構(gòu)件繪制時應(yīng)盡量按實際尺寸繪制，對細(xì)長構(gòu)件，在長寬方向可采用不同的比例繪制。對于斜尺寸應(yīng)注明斜度，當(dāng)構(gòu)件為多弧段時，應(yīng)注明其曲率半徑和弧高?？傊瑯?gòu)件詳圖設(shè)計圖紙表達(dá)深度應(yīng)該以滿足構(gòu)件加工制作為最低要求，在圖紙表達(dá)上應(yīng)盡量做到詳細(xì)。

安裝節(jié)點詳圖設(shè)計——當(dāng)結(jié)構(gòu)施工圖中已經(jīng)有節(jié)點詳圖時，在深化設(shè)計時，可不考慮這些節(jié)點的設(shè)計、繪制。但當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖中節(jié)點不詳或?qū)儆谏罨O(shè)計階段增加的節(jié)點圖，則在安裝節(jié)點詳圖中還應(yīng)該表達(dá)出來，以滿足現(xiàn)場安裝需要。節(jié)點詳圖應(yīng)能明確表達(dá)構(gòu)件的連接方式、螺栓數(shù)量、焊縫做法、連接板編號、索引圖號等。節(jié)點中的孔位、螺栓規(guī)格、孔徑應(yīng)與構(gòu)件詳圖中統(tǒng)一。

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計是一項耗費大量人力物力的工作，國內(nèi)目前有采用以下幾種方式來做鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計AUTOCAD、struCAD、Xsteel等專業(yè)軟件，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的出圖效率。

構(gòu)造節(jié)點優(yōu)化

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，如何安全合理地實現(xiàn)構(gòu)造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和節(jié)點成為深化設(shè)計的難點和重點，這也對鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計人員和加工制作廠家提出了更高的要求，不僅要求設(shè)計人員有豐富的專業(yè)知識，還應(yīng)對加工工藝、安裝過程有全面的了解，因此不僅要求深化設(shè)計人員能熟悉深化設(shè)計程序，如何根據(jù)設(shè)計圖進(jìn)行詳圖繪制，還應(yīng)綜合工廠加工制作、現(xiàn)場安裝等綜合因素，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計過程中，需同結(jié)構(gòu)設(shè)計師保持良好的互動關(guān)系，不斷完善和調(diào)整結(jié)構(gòu)方案，也為加工、安裝創(chuàng)造較好的條件。在滿足結(jié)構(gòu)合理的情況下，構(gòu)件的深化設(shè)計需為加工和安裝提供方便。

結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)造設(shè)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(jié)構(gòu)構(gòu)造圖集01SG519中頁17上節(jié)點2的做法，但有時箱形梁構(gòu)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(xiàn)場焊接箱形梁下翼緣時，焊接沒有空間，即便能焊接但質(zhì)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(jīng)過許多工程驗證，該節(jié)點做法還是切實可行的，焊縫質(zhì)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(yù)埋件先預(yù)埋，然后圓管柱與埋板現(xiàn)場焊接，并且需將柱腳鋼筋與圓鋼柱內(nèi)壁焊接，按節(jié)點做法要求，在實際操作中也會遇到很多問題，埋板頂標(biāo)高會有施工誤差，鋼柱安裝時柱底標(biāo)高沒法調(diào)節(jié)，且不易定位，鋼管直徑為600毫米～800毫米，鋼筋與圓管柱內(nèi)壁現(xiàn)場根本沒法焊接。針對該節(jié)點做法，經(jīng)與設(shè)計多次溝通，最后達(dá)成如下做法，先預(yù)埋地腳錨栓，鋼柱安裝時通過地腳錨栓調(diào)整標(biāo)高，鋼柱調(diào)整到位后將鋼筋與柱內(nèi)壁焊接，由于柱內(nèi)鋼筋已加長至1100毫米左右，從圓管柱上端進(jìn)行鋼筋與柱內(nèi)壁焊接。總的來說，既達(dá)到了柱腳受力要求，也達(dá)到了現(xiàn)場安裝方便的目的。

構(gòu)件制作、加工難以實現(xiàn)，焊縫密集，應(yīng)力集中——某多層鋼結(jié)構(gòu)箱形柱與鋼梁剛性連接，梁翼緣對應(yīng)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(dāng)橫隔板間距在100～300毫米左右時，鋼柱節(jié)點域處焊縫非常多，應(yīng)力集中也很明顯，為保證節(jié)點傳力，也為盡量減少焊縫，我們建議設(shè)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(dāng)隔板間距不小于150毫米以上時，在箱形柱焊接內(nèi)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(gòu)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(xiàn)場完成，能不能順利完成安裝，這也表明深化設(shè)計是否合理、構(gòu)件加工是否滿足精度要求。由于運輸、安裝要求，諸如：構(gòu)件分段點的選擇，構(gòu)件單元運輸長度的確定，構(gòu)件在工廠組裝還是現(xiàn)場散裝，安裝吊點位置和做法確定，構(gòu)件最大重量確定，工具施擰的最小空間考慮，復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在深化設(shè)計階段預(yù)起拱考慮等等，所有這些工作要在深化設(shè)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(jié)果。既要有精確的結(jié)構(gòu)理論計算，又要有實際工程經(jīng)驗的指導(dǎo)，在這過程中，鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計起著中間紐帶的作用，深化設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計必須互動，不斷完善設(shè)計，使工程建設(shè)能優(yōu)質(zhì)高效地進(jìn)行。因此，合格的深化設(shè)計人員的培養(yǎng)是一項長期的工作，需在設(shè)計水平、施工經(jīng)驗方面逐步積累。深化設(shè)計不僅僅是根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖“依樣畫葫蘆”，而是在了解結(jié)構(gòu)設(shè)計人員意圖的情況下，使深化設(shè)計既滿足結(jié)構(gòu)受力要求，又能方便加工、安裝。

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