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1、钢结构设计制图深度和表示方法,张运田中国建筑标准设计研究院,一、钢结构设计制图阶段划分(1),中国建筑标准设计研究所,二十世纪五十年代钢结构设计制图沿用前苏联的编制方法分为KM图和KM图两个阶段，即钢结构设计图和钢结构施工详图两个阶段，以后有一段时间各行业各系统采用的编制方法也有所不同。为推动钢结构设计的正常发展，很有必要把钢结构设计制图阶段划分明确，以便明确各方责任，使审图者也能掌握统一标准。,一、钢结构设计制图阶段划分(2),中国建筑标准设计研究所,建议把钢结构设计制图分为设计图和施工详图两个阶段。设计图原则上必须由具有相应设计资质级别的设计单位设计编制。施工详图原则上是由具有相应设计资质
2、级别的钢结构加工制造企业或委托设计单位完成。,二、钢结构设计制图的深度(1),中国建筑标准设计研究所,钢结构设计图是提供编制钢结构施工详图（也称钢结构加工制作详图）的单位作为深化设计的依据。所以钢结构设计图在内容和深度方面应满足编制钢结构施工详图的要求。必须对设计依据，荷载资料、建筑抗震设防类别和设防标准，工程概况，材料选用和材料质量要求，结构布置，支撑设置，构件选型，构件截面和内力，以及结构的主要节点构造和控制尺寸等均应表示清楚，以便供上级主管I部门审查和编制钢结构施工详图的人员能正确体会设计意图。,二、钢结构设计制图的深度(2),中国建筑标准设计研究所,设计图的编制应充分利用图形表达设计者
3、的要求，当图形不能完全表示清楚时，可用文字加以补充说明。设计图所表示的标高、方位应与建筑专业的图纸相一致。图纸的编制应考虑各结构系统间的相互配合，编排顺序应便于阅图。,三、钢结构设计图的内容(1),中国建筑标准设计研究所,钢结构设计图内容一般包括：图纸目录设计总说明柱脚锚栓布置图纵、横、立面图,构件布置图节点详图构件图钢材及高强度螺栓订货表,三、钢结构设计图的内容(2),中国建筑标准设计研究所,1.设计总说明设计依据设计荷载资料设计简介材料的选用制作安装：需要作试验的特殊说明,三、钢结构设计图的内容(3),中国建筑标准设计研究所,2.柱脚锚栓布置图：首先要按一定比例绘制柱网平面布置图。在该图上
4、标注出各个钢柱柱脚锚栓的平面位置，即相对于纵横轴线的位置尺寸，并在基础剖面上标出锚栓空间位置标高，标明锚栓规格数量及埋设深度。,三、钢结构设计图的内容(4),中国建筑标准设计研究所,3.纵、横、立面图：当房屋钢结构比较高大或平面布置比较复杂柱网不太规则，或立面高低错落，为表达清楚整个结构体系的全貌，宜绘制纵、横、立面图，主要表达结构的外形轮廓，相关尺寸和标高，纵横轴线编号及跨度尺寸和高度尺寸，剖面宜选择具有代表性的或需要特殊表示清楚的地方。,三、钢结构设计图的内容(5),中国建筑标准设计研究所,4.结构布置图：结构布置图主要表达各个构件在平面中所处在的位置并对各种构件选用的截面进行编号如：,三
5、、钢结构设计图的内容(6),中国建筑标准设计研究所,4.1 屋盖平面布置图：包括屋盖檩条布置图和屋盖支撑布置图，屋盖檩条布置图主要表明檩条间距和编号以及檩条之间设置的直拉条、斜拉条布置和编号。屋盖支撑布置图主要表示屋盖水平支撑，纵向刚性支撑、屋面梁的隅撑等的布置及编号。,三、钢结构设计图的内容(7),中国建筑标准设计研究所,4.2 柱子平面布置图主要表示钢柱（或门式刚架）和山墙柱的布置及编号，其纵剖面表示柱间支撑及墙梁布置与编号，包括墙梁的直拉条和斜拉条布置与编号，柱隅撑布置与编号。横剖面重点表示山墙柱间支撑、墙梁及拉条面布置与编号。4.3 吊车梁平面布置表示吊车梁及其支撑布置与编号。,三、钢
6、结构设计图的内容(8),中国建筑标准设计研究所,4.4 高层钢结构的结构布置图：4.4.1 高层钢结构的各层平面应分别绘制结构平面布置图，若有标准层则可合并绘制，对于平面布置较为复杂的楼层，必要时可增加剖面以便表示清楚各构件关系。4.4.2 当高层结构采用钢与混凝土的组合的混合结构或部分混合结构时，则可仅表示型钢部分及其连接，而混凝土结构部分另行出图与其配合使用（包括构件截面与编号）。,三、钢结构设计图的内容(9),中国建筑标准设计研究所,4.4.3 除主要构件外，楼梯结构系统构件上开洞、局部加强、围护结构等可根据不同内容分别编制专门的布置图及相关节点图，与主要平、立面布置图配合使用。4.4.
7、4 对于双向受力构件，至少应将柱子脚底的双向内力组合值及其方向填写清楚，以便于基础详图设计。,三、钢结构设计图的内容(10),中国建筑标准设计研究所,4.4.5 布置图应注明柱网的定位轴线编号、跨度和柱距，在剖面图中主要构件在有特殊连接或特殊变化处（如柱子上的牛腿或支托处，安装接头、柱梁接头或柱子变截面处）应标注标高。,三、钢结构设计图的内容(11),中国建筑标准设计研究所,4.4.6 构件编号：首先必须按建筑结构制图标准规定的常用构件代号作为构件编号构件代号，在实际工程中，可能会有在一项目里，同样名称而不同材料的构件，为便于区分，可在构件代号前加注材料代号，但要在图纸中加以说明。一些特殊构件
8、在常用构件代号中未作出规定，可参照规定的编制方法用汉语拼音字头编代号。,三、钢结构设计图的内容(12),中国建筑标准设计研究所,在代号后面可用阿拉伯数字按构件主次顺序进行编号，一般来说只在构件的主要投影面上标注一次，不要重复编写，以防出错。一个构件如截面和外形相同，长度虽不同，可以编为同一个号；如果组合梁截面相同而外形不同，则应分别编号。,三、钢结构设计图的内容(13),中国建筑标准设计研究所,4.4.7 结构布置图中的构件，当为实腹截面或钢管时，可用单线条绘制，并明确表示构件间连接点的位置。粗实线为有编号数字的构件，细实线为有关联但非主要表示的其他构件，虚线可用来表示垂直支撑和隅撑等。4.4
9、.8 每张构件布置图均应列出构件表，具体如下表：,三、钢结构设计图的内容(14),中国建筑标准设计研究所,图纸幅面为A1和A2的构件表宽度可取170mm，增加备注栏。图纸幅面为A3的构件表宽度可取90mm。如果构件截面已确定其连接方法细部尺寸已在图上交代清楚，内力一栏可只提供柱底板处的内力。否则均应填写以便绘制施工详图。网架或桁架杆件较多的构件可以在图上表示杆件截面和内力。,三、钢结构设计图的内容(15),中国建筑标准设计研究所,5.节点详图5.1 节点详图在设计阶段应表示清楚各构件间的相互连接关系及其构造特点，节点上应标明在整个结构物的相关位置，即应标出轴线编号、相关尺寸、主要控制标高、构件
10、编号或截面规格、节点板厚度及加劲肋做法。构件与节点板采用焊接连接时，应标明焊脚尺寸及焊缝符号。构件采用螺栓连接时，应标明螺栓是什么螺栓、螺栓直径、数量。设计阶段的节点详图具体构造作法必须交代清楚。,三、钢结构设计图的内容(16),中国建筑标准设计研究所,5.2 绘制那些节点图，一般是绘制结构物连接构造复杂处；主要构件连接处；不同结构材料连接处；需要特殊交代清楚的部位。5.3 节点的圈法；应根据设计者要表达其设计意图来圈定范围，重要的部位或连接较多的部分可圈较大范围，以便看清楚其全貌，如屋脊与山墙部分，纵横墙及柱与山墙部位等。一般是在平面布置图或立面图上圈节点重要的典型安装拼接节点应绘制节点详图
11、。,三、钢结构设计图的内容(17),中国建筑标准设计研究所,6.构件图 平面桁架和立体桁架、格构式构件以及截面较为复杂的组合构件等需要绘制构件图，门式钢刚架由于采用变截面，故也要绘制构件图，通过构件图表达构件外形及其几何尺寸，以方便绘制施工详图。平面或立体桁架构件图。一般杆件均可用单线绘制，但弦杆必须注明重心距，其几何尺寸应以重心线为准。,三、钢结构设计图的内容(18),中国建筑标准设计研究所,当桁架构件图为轴对称时，可分为左侧标注杆件截面大小，右侧标注杆件内力。当桁架构件图为不对称时，则杆件上方标注杆件截面大小下方标注杆件内力。,三、钢结构设计图的内容(19),中国建筑标准设计研究所,柱子构
12、件图一般应按其外形整根竖放绘制，在支承吊车梁肢和支承屋架肢上用双线，腹杆用单实线绘制，并绘制各截面变化处的各个剖面，注明相应的规格尺寸，柱段控制标高和轴线编号的相关尺寸。柱子尽量全长绘制，反映柱子全貌，如果竖放绘制有困难，可以整根柱子平放绘制，柱顶放在左侧，柱脚放在右侧，尺寸和标高均应标注清楚。,三、钢结构设计图的内容(20),中国建筑标准设计研究所,门式刚架构件图可利用对称性绘制，主要标注其变截面柱和变截面斜梁的外形和几何尺寸，定位轴磀线和标高，以及柱截面与定位轴线的相关尺寸等。高层钢结构中特殊构件宜绘制构件图。,四、钢结构施工详图设计的深度(1),中国建筑标准设计研究所,钢结构施工详图（也
13、称加工制作详图）原则上是由具有钢结构专项设计资质的加工制作企业完成，或委托具有该项资质的设计单位完成。钢结构施工详图编制的依据是设计图样。钢结构施工详图的深度要遵照钢结构设计规范对构件的构造予以完善，通过设计图提供的内力进行焊缝计算或螺栓连接计算确定杆件长度和连接板尺寸。按便于施工的原则，并考虑运输和安装的能力确定构件的分段。,四、钢结构施工详图设计的深度(2),中国建筑标准设计研究所,通过制图将构件的整体形象，构件中各零件的加工尺寸和要求，零件间的连接方法等详尽地介绍给构件制作人员。将构件所处的平面和立面位置，以及构件之间、构件与外部其他构件之间的连接方法等详尽地介绍给构件的安装人员。绘制钢
14、结构施工详图必须对钢结构加工制作、生产程序和安装方法有所了解，才能使绘制的施工详图实用。,四、钢结构施工详图设计的深度(3),中国建筑标准设计研究所,绘制钢结构施工详图关键在于详。图纸是直接下料的依据，故尺寸标注要详细准确。图纸表达要意图明确、语言精炼，要争取最少的图形，最清楚地表达设计意图，以减少绘制图纸工作量，达到提高设计人员劳动效率的目的。,五、钢结构施工详图的设计内容(1),中国建筑标准设计研究所,钢结构施工详图的设计内容包括两部分：根据设计单位提供的设计图样对构件的构造进行完善；进行钢结构施工详图的图纸绘制。1.构造设计1.1 焊接连接：,焊接连接是钢结构设计中采用最普遍的一种连接形
15、式。它与螺栓连接相比，具有构造简单、施工方便；易于自动化操作；不削弱构件截面；生产效率高等优点。特别是随着大型框架结构的特厚钢板断面焊接节点、大跨度空间结构的厚板钢球和钢骨焊接节点、立体桁架中的型钢斜交焊接节点等的采用表明焊接连接在钢结构的制作和安装过程的重要性。,焊接连接：,但是焊接连接的缺点也不少，主要是在热影响区内容易产生残余应力和残余变形，焊接后的材料性能对疲劳较敏感。焊接产生的气孔、夹渣、未熔合缺陷达到一定程度时引起接头强度和塑性（延性）、韧性的下降。焊接接头中的微小裂缝在工作应力的作用下可能扩张产生构件断裂现象，因此设计时要特别重视。,五、钢结构施工详图的设计内容(2),1.1.1
16、 焊接的构造要求：a）在设计中不得任意加大焊缝，应尽量避免焊缝的立体交叉。焊缝布置应尽量对称于构件或节点板截面中和轴，避免偏心传力。b）焊脚尺寸，不得小于1.5t，当焊件厚度等于或小于时，则最小焊缝焊脚尺寸应与厚度相同，角焊缝焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。角焊缝长度不得小于8hf和40mm。侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf。,五、钢结构施工详图的设计内容(3),中国建筑标准设计研究所,c）选用焊接材料材质应与主体金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与较低强度钢村相适应的焊接材料。d）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。e）为便于焊接操作，尽
17、量选用俯焊、平焊或搭焊的焊接位置，并应考虑合理的施焊空间。,五、钢结构施工详图的设计内容(4),中国建筑标准设计研究所,f）焊接桁架应以杆件重心线为轴线，当桁架弦杆截面变化时，如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的5，可不考虑其影响。g）当焊接桁架的杆件用节点板连接时，弦杆与腹杆，腹杆与复杆之间的间隙不应小于20mm，相邻焊脚趾间净矩应大于5mm。h）钢管结构中支管壁与主管壁之间夹角大于或等于120时的区域宜用对接焊缝或带坡口的角焊缝。角焊缝的焊脚尺寸h 不宜大于支管壁厚的2倍。,五、钢结构施工详图的设计内容(5),中国建筑标准设计研究所,i）高层钢结构的梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊接；8度
18、乙类建筑和9度时，应检验V形切口的冲击韧性，其恰帕冲击韧性在-20时不低于27J。箱形截面柱在与梁翼缘对应位置的隔板应采用全熔透对接焊缝与壁板相连。工字形截面柱的横向加劲肋与柱翼缘应采用全熔透对接焊缝连接，与腹板可采用角焊缝连接。梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝，应采用坡口全熔透焊缝。,五、钢结构施工详图的设计内容(6),中国建筑标准设计研究所,j）采用合理的节点设计防止层状撕裂，一般在满足设计要求焊透深度的前提下，宜采用较小的坡口角度和间隙，以减少焊缝截面积和减少母材厚度方向承受的拉力应力。在角接接头中采用对称坡口或偏向于侧板
19、的坡口，使焊缝收缩产生的拉应力与板厚方向成一角度，尤其在特厚板时，侧板坡口面角度应超过板厚中心，可减少层状撕层倾向。采用对称双面坡口也可减小焊缝截面积，减小层状撕裂倾向。k）工字形截面柱和箱形截面柱与梁刚接时，应符合图5-1要求。,五、钢结构施工详图的设计内容(7),中国建筑标准设计研究所,五、钢结构施工详图的设计内容(8),中国建筑标准设计研究所,1.2 螺栓连接普通螺栓连接是钢结构连接中常常采用的一种连接型式，由于安装方便，且传递拉力性能较好，所以广泛应用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构中。高强度螺栓由于具有较好的抗冲击，耐疲劳性能，被广泛应用于承受动力荷载的结构连接于强度高被广泛用
20、于高层钢结构和大跨度空间钢结构中的连接；,高强度螺栓按受力性质分为两种：一种是依靠摩擦阻力传力，称为高强度螺栓摩擦型连接；另一种是依靠杆身的承压和抗剪，称为高强度螺栓承压型连接，采用高强度螺栓承压型连接的构件，其剪切变形比高强度摩擦型螺栓连接大，故其适用承受静荷载或间接承受动力荷载并容许出现一定滑移的构件连接。,根据螺栓的制造质量和尺寸公差，可分为A、B、C三级。A级精度最高，C级最粗糙。A级和B级螺栓抗拉、抗剪性能好，剪切变形也小，但是其杆径要求只能比螺栓孔小0.3，需较精密加工，且必须采用质量较高的I类孔，故造价高，安装复杂。所以在钢结构工程中，不论是普通螺栓连接还是高强度螺栓连接，一般均
21、采用C级螺栓。,1.2.1 螺栓连接构造要求：a）在一般情况下，每一根杆件在节点上以及拼接接头一端的永久螺栓不宜少于两个。对螺栓球节点网架杆件端部连接允许采用一个螺栓。对组合结构的小截面杆件可采用一个螺栓连接。b）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺母或其它防止松动的有效措施。,五、钢结构施工详图的设计内容(9),中国建筑标准设计研究所,c）螺栓孔规线及螺栓孔允许最大开孔直径要求要满足有关规定。,d）螺栓的间距应满足规范规定。,五、钢结构施工详图的设计内容(10),中国建筑标准设计研究所,e）一般C级螺栓连接的制孔应采用钻成孔。高强度摩擦型螺栓连接的孔径比螺栓直径大1.52.0mm；高强
22、度承型螺栓连接的孔径比螺栓直径大1.01.5mm。f）一个构件若借助填板或其他中间板件与另一个构件连接时的螺栓数量，应按计算增加10，搭接或用拼接板的单面连接，螺栓数量应按计算增加10。在构件的端部连接中，当增加辅助短角钢两肢中的任一肢上，所用的螺栓数应按计算增加50。,五、钢结构施工详图的设计内容(11),中国建筑标准设计研究所,g)在抗弯或抗弯剪的端板连接或法兰盘连接中，其端板厚度或法兰盘厚度不宜小于连接螺栓的直径。h）螺栓连接形式可参考有关规定。i)当节点采用高强度螺栓和焊接连接并用时，对临近焊缝的高强度螺栓连接，若采用先拧后焊的工序，则高强度螺栓的承载力应降低10。j）普通螺栓板手空间
23、尺寸（mm）按图5-2采用。,五、钢结构施工详图的设计内容(12),中国建筑标准设计研究所,五、钢结构施工详图的设计内容(13),中国建筑标准设计研究所,k)螺栓长度计算：L=t+H+nh+C 式中：t被连接件总厚度mm;H螺母高度，一般为0.8d;n垫圈个数；h垫圈厚度mm;c螺纹外露长度mm;(一般为5mm)。,五、钢结构施工详图的设计内容(14),中国建筑标准设计研究所,1.3 节点板及加劲肋 节点设计应按下列原则考虑：a)在节点处内力传递简捷明确，安全可靠；b)要确保连接节点有足够的强度和刚度；c)节点加工制作简单，安装方便；d)工程造价经济性好。节点板要保证杆件或构件的可靠传力，故传力应直接，并尽量使连接不产生偏心。,
