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钢结构工程施工设计入门及简易方法(下)
编辑:深圳市金利亚钢结构有限公司   时间:2020-10-23

5. 节点设计  

连接节点的设计是钢结构工程施工设计中重要的内容之一。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接。初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。  

连接的不同对结构影响甚大。比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。  

连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法,初学者可偏安全选用前者。钢结构设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。  

具体设计主要包括以下内容:  

5.1 焊接:对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43 对应 Q235,E50 对应 Q345. Q235 与 Q345 连接时,应该选择低强度的 E43,而不是 E50.  

焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定。  

5.2 栓接:  铆接形式,在建筑工程中,现已很少采用。  

普通螺栓抗剪性能差,可在次要结构部位使用。  

高强螺栓,使用日益广泛。常用 8.8s 和 10.9s 两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格 M12.常用 M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。  

自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中,也常用于主结构的连接。  

 5.3 连接板:可简单取其厚度为梁腹板厚度加 4mm.然后验算净截面抗剪等。  

 5.4 梁腹板:应验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压。  

 5.5 节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外,还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。  

 5.6 节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。 

6.构件设计  

构件的设计首先是材料的选择。比较常用的是Q235 (类似 A3)和 Q345 (类似 16Mn)。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑,也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时,可选择 Q345;稳定控制时,宜使用 Q235.  

构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。  

当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。由于程序技术的进步,一些软件可以将验算时不通过的构件,从给定的截面库里选择加大一级。并自动重新分析验算,直至通过,如 sap2000 等。这是常说的截面优化设计功能之一。它减少了结构师的很多工作量。但是,初学钢至少应注意两点:   

6.1 软件在做构件 (主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定。目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,结构师应该逐个检查。  

6.2 当上面预估的截面不满足时,加大截面应该分两种情况区别对待。  

(1)强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度,其中,抗弯不满足加大翼缘厚度,抗剪不满足加大腹板厚度。  

(2)变形超限,通常不应加大板件厚度,而应考虑加大截面的高度,否则,会很不经济。  

使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能,很难考虑上述强度与刚度的区分,实际上,常常并不合适。  

7.图纸编制  

钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段,设计图为设计单位提供,主要是原理图和杆件示意图。施工详图通常由钢结构专业制造公司,根据设计图来进行具体的深化设计内容。现在的深化设计程序和先进,可以同时完成所有杆件的加工、制作等内容。有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾,有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。  

7.1 设计图:是提供制造厂编制施工详图的依据。深度及内容应完整但不冗余。在设计图中,对于设计依据、荷载资料 (包括地震作用)、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求 (包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等)、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚,以利于施工详图的顺利编制,并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。  

7.2 施工详图:又称加工图或放样图等。深度须能满足车间直接制造加工。不完全相同的另构件单元须单独绘制表达,并应附有详尽的材料表。  

设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制,目前比较混乱,各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书,并依据规范规定编制。  

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