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1、精品文档第 3 章施工详图设计3.1钢结构设计阶段划分及相互关系二十世纪五十年代我国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，但在以后的一段时间中，各行业各系统各单位采用的编制方法有所不同，并且随着钢结构的快速发展和工程的日益大型化、复杂化，国内各设计单位的钢结构设计能力参差不齐，设计图内容不够统一、不够规范。因此为了规范设计图纸，根据国际惯例、我国实际情况和钢结构特点，需要对钢结构的设计阶段进行划分，并对钢结构每个阶段的设计内容和图纸要求进行明确。钢结构设计阶段划分欧美、日本等国钢结构工程的设计普遍采用设计图与工厂详图(shop
2、drawing)两个阶段出图的做法。我国1983 年颁布的钢结构施工验收规范(GBJ205-83) 明确对钢结构施工设计的两个阶段做法予以肯定，并分别定义为设计图和施工详图。2003 年出版的钢结构设计制图深度和表示方法 03G102 标准图集则进一步明确了设计图和施工详图两个阶段的划分，并详细规定了设计图和施工详图中应包含的内容，明确了钢结构施工详图编制必须以设计图为依据，构件的加工、制作和安装必须以施工详图为依据。钢结构设计图由具有相应设计资质的设计单位设计完成，钢结构施工详图由具有相应设计能力的钢结构加工制造企业或委托专业设计单位完成。根据钢结构工程不同的特点及复杂程度，有时把施工详图进
3、一步划分为深化设计图和加工图 ( 也称翻样图 ) ，深化设计图以设计图为依据，加工图以深化设计图为依据，并直接作为工厂加工的依据。由于施工详图的编制工作较为琐细、费工( 其图纸量约为设计图图纸量的2.5 10 倍 ) ，也需要一定的设计周期，故建设及承包单位都应了解这一钢结构工程特有的设计分工特点，在编制施工计划中予以考虑。同时作为一项基本功，钢结构加工厂的设计人员也应对施工详图设计有深入的了解和掌握。施工详图与设计图的关系设计图由设计单位编制完成，施工详图以设计图为依据，由钢结构制造厂家(或钢结构安装单位 )编制完成，并直接作为加工和安装的依据。二者的区别见表3.1-1 所示。表 3.1-1
4、设计图与施工详图的区别设 计 图施工 详 图1.根据工艺、建筑要求及初步设计等，并经施1.直接根据设计图编制的工厂加工及安装详图工设计方案与计算等工作而编制的较高阶段施工设(含连接、构造等计算)；计图；2.目的为直接供制造、 加工及安装的施工用图；2.目的、深度及内容均仅为编制详图提供依据；3.一般由制造厂家或安装单位编制；3.由设计单位编制；4.图纸表示详细，数量多，内容包括：施工详4.图纸表示较简明，图纸量较少；其内容一般图总说明、 结构和构件布置图、构件 (包括节点 ) 加工包括：设计总说明及结构布置图，剖、立面图，构详图、零件加工图、安装图和材料清单等。件截面图，典型节点图，钢材材料表
5、等。精品文档精品文档施工详图主要内容施工详图内容包括两部分：对构造进行设计，进行施工详图绘制。1. 构造设计内容钢结构设计图在深度上一般只绘出构件布置、 构件截面与内力及主要节点构造， 故在详图设计中尚需进行构造设计与连接计算，一般包括以下内容：(1) 构造设计 焊缝连接设计。如焊缝计算、焊接构造、拼接位置、坡口要求、焊脚尺寸、焊缝检验要求等。 螺栓连接设计。如螺栓计算、螺栓构造与布置、螺栓尺寸、施工要求等。 节点板及加劲肋设计。如桁架节点板、支撑节点板、横隔板、端板、缀板、填板、连接板、耳板、檩托板等设计。 支座设计。如滚轴支座、橡胶支座、销轴支座、轴承支座等设计。 铸钢节点 ( 含铸钢支座
6、 ) 设计。 桁架或大跨实腹钢梁起拱构造与设计。 桁架、大跨实腹钢梁、高层/ 超高层钢结构钢柱等分段构造设计。 其他设计。如吊装耳板、定位夹板、人孔、手孔、切槽、抗剪键等设计。(2) 构造及连接计算 节点力学计算分析。节点板计算、铸钢节点有限元分析、支座节点分析计算等。 焊缝计算。如焊缝长度计算、角焊缝焊脚尺寸计算等。 螺栓计算。如螺栓数量计算、螺栓尺寸计算等。 各种尺寸计算。如加工余量计算、变形量计算、起拱计算、构件几何尺寸计算、相贯线计算等。2、施工详图绘制内容应按结构类别和形式绘制图纸目录、施工详图总说明、结构和构件布置图、构件( 包括节点 ) 加工详图、零件加工图、安装图和材料清单等。
7、3.2 主要构造设计与计算施工详图中的构造设计，应按设计图所给出的典型节点图或连接条件，并按设计规范的要求进行设计。设计计算模型建立对于大型复杂的钢结构，仅仅依靠平面图无法全面反映各构件的相对位置关系和自身的构造关系，因此进行施工详图设计时，必须首先根据设计图纸或设计单位提供的单线模型 ( 即计算模型 ) 建立结构的空间实体模型 ( 即三维实体模型 ) 。三维实体模型一方面供构件设计计算使用，另一方面供绘制构件详图使用，并能清楚观察节点连接处的相互关系，避免杆件相互碰撞情况的发生。三维实体模型可用AutoCAD、Xsteel以及一些专门软件进行绘制。材料采购清单编制材料采购需要一定的时间周期，
8、 在编制施工详图时， 常常先编制材料采购清单， 及时进行材料采购，以保证施工详图设计完成后即可进行构件加工。精品文档(mm)；(mm)；精品文档材料采购清单需注明待采购材料的材质、尺寸、规格、型号、数量、重量、加工方法和其他技术要求以及厚钢板 Z 向性能要求、产地要求等。材料采购清单中还应考虑材料损耗率 ( 包括复检抽样需要的材料 ) 和其他特殊要求。典型节点构造设计与计算节点起着连接构件、保证构件间可靠传力的重要作用，其构造要求应传力直接，外形合理，不应或尽量少产生附加偏心或焊接应力。设计完成后一般以不小于1:5 的比例进行绘图。钢结构常见的节点类型有：螺栓球节点、焊接空心球节点、铸钢节点、
9、钢管相贯节点、销轴式节点、板节点等。1. 螺栓球节点螺栓球节点由高强度螺栓、螺栓球、紧固螺钉、套筒和锥头或封板等零件组成，适用于连接网架和双层网壳的钢管杆件，见图3.2-1。ds bdsbb 1b 1ddDdb1图 3.2-1螺栓球节点图3.2-2螺栓球与直径有关的尺寸(1) 螺栓球直径的计算螺栓球直径 ( 见图 3.2-2) 应根据相邻螺栓在球体内不相碰并满足套筒接触面的要求分别按下列公式进行计算，并按计算结果中的较大者选用。d sb2bctgbb 2Dd12 d1d1sind sbdbctgb2D1d1sin式中 D 螺栓球直径 (mm)；两相邻螺孔之间的最小夹角d1b 两相邻螺孔的较大直
10、径dsb 两相邻螺孔的较小直径(3.2-1)(3.2-2)(弧度)； 螺栓拧入螺栓球长度与高强度螺栓直径的比值，可取为1.1 ； 套筒外接圆直径与高强度螺栓直径的比值，可取为1.8 。当相邻杆件夹角 较小时，还应根据相邻杆件及相关封板、锥头、套筒等零部件不相碰的要求核算螺栓球直径。此时，可通过检查可能相碰点至球心的连线与相邻杆件轴线间的夹角之和不大于 的条件进行核算。(2) 高强度螺栓的确定精品文档精品文档受拉杆件的高强度螺栓直径由计算软件按等强度原则配置。受压杆件的高强度螺栓直径，按其设计内力绝对值求得高强度螺栓直径计算值后，按表 3.2-1 的螺栓直径系列减小 1 3 个级差选用，但必须保
11、证套筒任何截面都具有足够的抗压强度。表 3.2-1常用螺栓在螺纹处的有效截面面积A eff 及承载力设计值N bt性能等级10.9S螺纹规格 dM12M14M16M18M20M22M24M27M30M33M36螺距1.75222.52.52.5333.53.54p(mm)Aeff84.3115157192245303353459561694817(mm 2)tN b (kN)36.249.567.582.7105130.5151.5197.5241.0298351性能等级9.8S螺纹规格 dM39M42M45M48M52M56 4M60 4M64 4螺距44.54.555444p(mm)Aef
12、f (mm 2)9671121130614731758214424852851tN b (kN)375.6431.5502.8567.1676.7825.4956.61097.6注：螺栓在螺纹处的有效截面面积Aeff0 938224 。d .p(3) 套筒设计套筒 ( 六角形无纹螺母) 外形尺寸必须符合搬手开口系列，端部要求平整， 内孔径比螺栓直径大 1mm。套筒应根据相应杆件的最大轴向承载力按压杆进行计算，并验算其端部有效截面的局部承压力。对开设滑槽的套筒还需验算套筒端部到滑槽端部的距离，使该处有效截面的抗剪力不低于紧固螺钉的抗剪力，并且不小于1.5 倍滑槽宽度。套筒长度 l s 和螺栓长度l 按下列公式计算 (见图 3.2-3)。（
