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钢结构深化设计论文

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1深化设计软件及人员配备

采用芬兰Tekla公司开发的钢结构详图设计软件TeklaStructures13.1进行三维建模,在三维环境下的细部设计,如螺栓配比、焊缝等级、施工间隙等设计能确保建造和安装阶段的无差错协作。所有图纸和报表都可以通过三维模型自动生成,比起传统的CAD制图,Tekla实现了高效率、零差错的目标。在人员配备方面,充分考虑到项目难度及工期要求,安排总负责1人,建模3人,出图4人,审图2人。总负责和审图人员都是具备10年专业工作经验的高级工程师,建模人员也具备5年以上Tekla建模的工作经历。高素质的团队是保证设计质量的前提条件。

2深化设计内容及方法

2.1空间坐标及平面定位

由于本工程“扭转上升并内敛”的结构特点,塔楼外围框架钢柱每一层坐标都在变化,结构控制点坐标的定位是关键,根据设计院提供的结构坐标在CAD中放样再局部修正并导入Tekla软件中。在雨篷和裙房深化中,建筑外形呈空间扭曲造型,结构定位相当困难,只能根据建筑三维模型及幕墙预留空间找结构坐标,再进行结构布置及优化,并提交设计院审核。

2.2节点设计及优化

1)柱脚节点设计考虑到现场安装方便,增加横向固定钢板将14件直径为30mm的锚栓固定,同时也起到加强锚栓和混凝土结合力的作用,使整体受力更加可靠。2)梁柱节点设计梁柱连接采用强节点弱构件设计,环向牛腿板使整体强度更加可靠,与钢柱和钢梁全熔透焊接能有效传递弯矩、防止局部变形。梁与牛腿腹板高强螺栓连接按照抗剪等强配置,若螺栓过多无法排布可适当折减保证抗剪承载力≥600kN(设计值)。3)钢梁与混凝土剪力墙连接实际施工过程中混凝土浇筑及钢结构安装累积误差可能在10~20mm或更大。在钢梁与剪力墙连接时深化设计要充分考虑,一方面将钢梁端与剪力墙间隙设计到20mm,另一方面连接板在加工时再留20mm余量,现场安装时可根据实际情况切割,此方法可避免扩孔,保证高强螺栓有效传力。4)屈曲支撑节点设计屈曲支撑节点设计时节点承载力应大于屈曲支撑的极限承载力,以保证强节点的要求。屈曲约束支撑与框架结构铰接,因此节点构造应减小转动刚度,尽量减少二次弯矩。根据建筑外观的要求,节点采用销轴连接方式。5)椭圆Y形柱节点设计椭圆Y形柱作为转换构件,必须提供更直接、更有效的传力方式。深化时对原设计的节点做了一些优化:将变截面管的上端尺寸增大,这样分叉的两圆管柱间就有足够的间隙,并取消原设计的现场焊缝,将现场焊缝移至上一层楼面以上。优化后的节点可以避免焊缝集中、方便混凝土浇筑、传力简洁、加工制作简单。

2.3参数化节点建模

对于高层钢结构来说,一般标准层结构布置和荷载相对变化不会太大,再加上结构对称性等原因,在同一层不同位置或不同层同一位置构件截面及连接形式会相似甚至相同,可直接利用Tekla自带节点库,这会给建模工作带来很多方便。宁波中银大厦从下到上旋转内收,和以往高层有很大不同,特别是在梁柱连接上没有一个完全相同的节点。塔楼中间为混凝土核心筒,外围由一圈钢管混凝土柱和环向梁组成,径向梁一端连接钢柱,另一端与核心筒连接。节点主要有径向梁、环梁与钢柱的刚接节点、径向梁与核心筒埋件的铰接节点、主次梁铰接节点、主梁开孔节点。虽然节点类型不多,但是截面种类繁多,若每个节点一一放样则工作量较大。对于钢柱现场拼接节点、主梁开孔节点、钢梁吊耳码板等标准节点可以做成自定义节点。对于主次梁铰接、钢管柱与钢梁刚接等节点形式类似,只是具体节点板厚、螺栓数量不同,因此节点可以做成带参数的自定义节点。例如钢管柱与钢梁刚接节点,可以按照节点计算结果把每种截面对应的节点板厚度与螺栓大小、间距、数量、等级等信息做成文件或表格,再利用自定义节点中的函数把节点需要的信息从文件读取进去,从而生成正确的节点。也可以把节点计算的过程写成文件,通过自定义节点提供的原始数据直接算出结果返回给节点。这样大大节约了节点建模时间,且能保证准确率。

2.4图纸设计

深化设计图纸包括设计说明、布置图、构件图、零件图及各类清单。钢柱及钢梁构件图表达的内容较多,包括每个零件装配定位信息、焊缝形式及等级、零件尺寸、零件材料表等,每一项内容都需要技术人员精心、细心地编制,都需要有丰富的技术经验作为基础,技术人员设计出来的图纸必须满足工厂制作和现场安装的需要,确保图纸的准确性、完整性、适用性、可行性。

2.5材料排版

利用Tekla自身优势进行材料排版,为材料采购和工厂数控下料提供了有力的技术支持,有效控制了材料损耗。

2.6数字化信息技术

在进行三维建模同时将现场焊缝、工厂焊缝建入模型中,每一条焊缝有一个独立的编号,可直接生成焊接地图及焊缝报表,Tekla提供先进的数字化制造平台为高效率工厂制作提供了技术支持,同时为焊接质量控制和检测提供了简单直观的数据资料。

3结语

钢结构深化设计在建筑钢结构中发挥着越来越重要的作用,是对设计图的二次深化和优化,也是对原设计图的补充。特别是在节点设计方面,在满足受力要求前提下,优化设计使其更加合理和有效,充分考虑到了工厂制作工艺和现场安装方案。钢结构深化设计在项目实施过程中起到协调各专业的作用,同时也为业主在预算上提供了充分的数据支持。

作者:刘铁潘伯林周华曹培庄单位:宁波东部新城开发投资有限公司上海振华重工(集团)股份有限公司

钢结构深化设计论文责任编辑:林冰洁    阅读:人次