钢结构工程构件节点深化设计与管理措施

钢结构工程构件节点深化设计与管理措施

1.深化设计的总体思路

1.1深化设计目的

表深化设计目的

1.2深化设计总体思路

钢结构深化设计不是简单的细部设计，而是在设计图纸基础上的二次设计。

国内建筑设计院的钢结构设计一般仅对结构受力提出了一些基本的要求，较少考虑钢结构体系变形的特殊性，相对于混凝土结构而言，绝大多数钢结构均为稳定控制，而目前国内外商业程序均没有自动校核压杆稳定的模块，一般设计单位仅验算代表性的杆件，极易留下隐患；

钢结构与混凝土结构相比，最大的不同在于钢结构节点形式的合理及可靠是保证结构体系安全的关键，一般而言，混凝土结构节点可以做到完全刚接，故计算假定与实际结构基本吻合，而钢结构则不同，绝大多数节点既非绝对刚接，亦非绝对铰接，根据节点形式及构造的不同，节点刚度是一个变量，但通常均将节点设定为刚接或铰接，造成理论计算与实际结构不符。还有，钢结构节点造型日趋复杂，很难按常规的

梁、杆或板单元进行计算，必须采用有限元方法才能找出内力分布规律，避免应力集中，保证结构安全。

从上世纪九十年代初开始，随着计算机技术的日益发展，建筑设计行业开始兴起一种新兴的仿真设计方法——计算机虚拟建模技术。即在电脑上按建筑物的真实尺度实体建模，将建筑物按真实比例显示在屏幕上，这种技术的优点是可以让设计者、建造者及业主看到建筑整体、各个分部、各种构件的相互关系、空间体量、节点连接及支座条件，完全摒弃了传统的三视图设计原理。随着我国钢结构的迅速发展，钢结构深化设计作为一个新兴行业也得到了发展壮大，深化设计水平逐年提高，基于数字化虚拟建模技术明显的优势，拟在本项目采用这一数字化虚拟建造技术，对所有钢结构工程进行1：1实体建模，并将每一根构件、每一个节点、每一块零件板从空间模型中调出来，根据加工制作及安装需要进行剖切、投影，生成深化设计详图，因此图纸上的所有尺寸，包括杆件长度、断面尺寸、螺栓孔间距等，在理论上是没有误差的。高精度、高质量的设计，辅之以数控加工设备，使钢构件制作精度达到理想状态，从源头上保证钢结构安装精度及质量。

经过如上分析，太平金融大厦钢结构工程钢结构工程深化设计的思路为：以施工图和国家、行业、地方规范规程为依据，进行结构、节点的复核计算及构造优化，以数字化虚拟建模技术为手段进行深化详图设计。

1.3深化设计总体流程

项目立项→搜集、熟悉设计资料→图纸会审，构造优化→人员部署，进度安排→设计交底→深化设计展开→内审、外审→项目实施过程服务→项目结束、竣工图整理、设计存档

1.4深化设计的重点、难点分析及解决对策

表深化设计的重点、难点分析及解决对策

序号重难点分析及解决方案

1 重、难点结构构件类型及节点种类非常多，深化设计任务量较大

2. 深化设计部署及进度计划 2.1

深化设计组织机构

图 钢结构深化设计组织机构

2.2钢结构深化设计人员部署

表钢结构深化设计人员部署

2.3深化设计进度安排

表

深化设计进度安排

钢结构制作和安装过程中，由于运输条件的限制，或者柱截面发生变化，需要将柱和柱拼接起来。柱的拼接节点一般都是刚性节点，为便于现场安装操作，柱拼接接头一般设置在距楼板顶面以上1.1～1.3m的位置，同时避开水平荷载下的最大弯距区，抗震设计时柱的拼接接头应位于框架节点塑性区以外，并按与柱截面等强度原则设计。本工程柱拼接接头位置已由设计指定并反映在施工图中，为距楼层梁顶面1.3m处。

考虑运输方便及吊装条件等因素，柱的安装单元一般采用二～三层为一节，长度不超过14.5m。根据设计和施工的具体条件，柱的拼接可采用焊接或高强度螺栓连接。焊接接头没有拼接节点板，传力简单，外形整齐，节省材料。但高空焊接作业，需要

采取措施保证焊接质量。

有抗震设防要求的焊缝连接，应采用全熔透坡口焊。箱型柱壁板全熔透坡口焊时，下柱与柱口齐平处设置盖板，厚度一般不小于16mm，用单边V形坡口与柱壁板焊接，其边缘与柱口截面一齐刨去4mm，以便与上柱的焊接垫板有良好的接触面。下柱盖板与柱壁板焊接时，应保证一定的焊接深度，使柱口铣平后不致将焊根露出。箱型柱现场焊接接头的上柱也应设置上柱隔板，以防止运输、堆放和焊接时的截面变形，其厚度不小于10mm。

钢柱的现场拼接，4个壁板均采用焊接。上下柱均设置安装耳板，以便安装就位。每个耳板上开三个螺栓孔，耳板厚度根据风振及施工荷载确定，并不小于10mm。拼接时，首先用连接板和螺栓将上下柱的耳板连接固定在一起，再进行柱翼缘和腹板的焊接。柱焊接好后，用焰割将耳板切除。连接板为单板时，其厚度宜取耳板厚度的1.2～1.4倍；为双板时，宜取耳板厚度的0.7倍。连接耳板的螺栓直径不小于M20。

t=25

图钢柱现场安装拼接接头

4.深化详图设计方案

4.1深化详图设计内容

深化详图设计的内容包括（但不限于）以下内容：

表深化详图设计内容

4.2深化详图设计深度

深化设计图纸的表达至少（但不限于）达到如下要求的深度。

4.2.1 图纸目录、图纸清单至少应包含以下内容

表深化设计尚应包含内容

4.2.2 钢结构设计总说明，主要应包含以下内容

表设计总说明包含内容

4.2.3 构件清单

准确而详细地表达所有构件和图纸的对应关系以及所有应当表达的构件信息

4.2.4 地脚螺栓布置图、平、立面布置图（包括剖面布置图），至少应包含以下内

容：

构件编号、安装方向、标高、安装说明等一切安装所必须具有的信息。

4.2.5 构件加工图，至少应包含以下内容：

表构件加工图包含内容

4.2.6 零件详图

尺寸表达完整。

4.3深化详图设计流程

深化详图设计流程见下图。

图深化详图设计流程

4.4深化详图设计软件

结合以往工程深化设计经验，太平金融大厦钢结构工程钢结构工程的钢结构部分

详图设计主要采用芬兰TEKLA公司的软件XSTEEL 13.0进行，部分节点及构件进行CAD辅助设计、出图。

以XSTEEL为代表的钢结构专用设计软件平台是自主开发的真三维体系，具有较强的技术优势：

表XSTEEL软件功能

XSTEEL的出现，是钢结构详图设计的一次革命，不但使设计效率大大提高，而且使设计质量有了保证。

图钢结构工程钢结构深化设计模型界面（XSTEEL）

图钢结构工程钢结构深化设计图纸界面（XSTEEL）

4.5深化详图设计方案

4.5.1 整体建模

实体建模前，对设计院提供的钢结构施工图进行仔细的阅读，将图中有不明确或有疑点的问题逐一列出，形成文件资料，经向设计院进行核实确认后再进行建模，整个工程建模在Xsteel平台下完成，建模工作可以通过局域网由多人分区分楼层进行，将其中的一台电脑用户设定为主服务器，可以随时观察和校对其他用户已经完成的模型。在Xsteel平台下建模，建模时应结合安装方案、制作工艺，在模型中就进行构件的分段处理。

4.5.2 平面、立面结构布置图

分层进行梁构件图布置，分轴线进行柱及斜撑构件布置，对各层、各区的构件进行编号。

4.5.3 构件图

在Xsteel模型中可直接生成构件图，构件编号与布置图相对应（如下图所示）。

图Xsteell构件图纸

4.5.4 零件图

根据构件图、参照节点、分段等要素在Xsteel的构件模型中直接生成零件图和材料清单。

图XSTEEL中零件图

4.5.5 照上述步骤完成后，将最后完成的图纸进行“自校——互校——校对——审核——签字”。

5.工艺设计

根据太平金融大厦钢结构工程钢结构工程具体的焊接坡口及切槽构造，应根据接头的类型、板件的厚度、板件焊缝的类型、质量等级及相关规范、规程，并结合工厂制作工艺要求进行设计。以下为本工程板件焊接坡口的通用图库。

表本工程焊接坡口通用图库

6.深化设计质量保证措施

6.1深化设计人员

本工程的深化设计须组织强大深化设计队伍，深化设计技术负责人为高级工程师职称，从事专业工作年限不少于八年，结构设计分部、详图设计分部、工艺设计分部负责人均为本科以上学历，从事专业工作年限不少于五年，其他成员选择本科以上学历、深化设计工作年限在3年以上人员，保证深化设计图纸质量。

6.2深化设计三级审核制度

除了强化人员能力配备外，对深化设计严格合理的工作流程、体制和控制程序是保证深化设计质量的关键因素。总包项目经理部将根据中国钢结构行业的具体情况，制定符合建设部颁布的各项制图标准和设计规范的深化设计标准，建立起完善的三级审核制度。设计制图人员根据设计图纸、国家和部委规范、规程以及企业深化设计标准完成自己负责的设计制图工作后，经过以下检查和审核过程：

6.3设计制图人自审

设计制图人将完成的图纸打印白图（一次审图单），把对以下内容的检查结果用马克笔做标记：

表深化详图自审内容

序号内容

1 笔误、遗漏、尺寸、数量；

2 施工的难易性（对连接和焊接施工可实施性的判断）；

对于发现的不正确的内容，除在电子文件中修改图纸外，还要在一次审图单上用笔修改，3

并做出标记（圈起来）；

自审完成后将修改过的图纸重新打印白图（二次审图单），并将一次审图单和二次审图单4

一起提交审图人员。

6.3.1 审图人员的校对检查

审图人员的检查内容和方法同自审时基本相同，检查完成后将二次审图单交设计制图人员进行修改并打印底图，必要时要向制图人将错误处逐条指出，但对以下内容

要进行进一步审核：

表审核内容

6.3.2 审定时的审图以深化设计图的底图和二次审图单为依据，对图纸的加工适用性和图纸的表达方法进行重点审核。对于不妥处，根据情况决定重复从审图人员开始或制图人员开始的上述工作。

6.4及时的通知、反馈、处理

当深化设计出现质量问题，在生产放样阶段被发现时，及时通知深化设计部。深化设计部立即组织人员对问题进行分析，如果判断属于简单的笔误，即迅速修改错误，出新版图，并立即发放给生产和质量控制等相关部门，同时收回原版图纸。当质量问题判断为对设计的理解错误或工艺上存在问题时，重新认真研究设计图纸或重新分析深化设计涉及到的制作工艺，及时得出正确的认识，并迅速修改图纸，出新版图后立即发放给生产和质控等相关部门，同时收回原版图纸。当在构件制作过程中或安装过程中，根据现场反馈的情况发现深化设计的质量问题时，立即通知现场停止相关部分的作业。同时组织技术力量会同有关各方研究处理措施和补救方案，在征得设计和监理同意后，及时实施，尽可能将损失减少到最小，并将整个过程如实向业主汇报。6.5出错补救措施

深化设计部设专门联系人与设计院、业主保持不间断的联系，尽量减少深化设计的错误；在设计中发现深化图出错，而尚未下料开始制作的，立即对错误进行修改，在确认无误后再进行施工；如果深化设计发生错误，且工厂已经下料开始制作，在发现错误后，立即停止制作，并向设计院和业主报告，与设计人员共同商讨所出现错误的性质，如果所发生的错误对整体结构不造成安全影响，在设计院、业主的认可、批准后继续施工；否则对已加工的构件实行报废处理。