钢结构二次深化设计-经验总结

钢结构连接节点设计1/12钢结构二次设计1．钢结构二次设计：钢结构二次设计就是将施工图设计图纸转换为钢结构加工和安装的施工图纸。其主要内容包括如下：（1）构件布置图的绘制：按业主提供的施工图设计图纸，标识构件、节点编号，构件、节点所在图纸，加工和安装的技术要求。（2）节点设计图：根据BINE提供的设计规范和构件型号确定构件之间的连接详图，包括连接型式、螺栓规格、数量，定位，焊缝尺寸、型式、节点板尺寸。（3）绘制车间加工图：按照构件布置图和节点设计图，以确定各组成件的型号、加工尺寸，孔规格及相互位置关系，焊缝尺寸，以便于车间加工。（4）编制节点设计依据的计算书：根据概念设计图纸所给定的力或按设计规范确定的载荷，进行节点连接的强度计算，为连接设计提供计算依据。上述二次设计的工作过程中，提供节点设计和计算书是二次设计工作的重要环节。2．钢结构连接设计2.1钢结构节点的连接型式：按构件受力方式可分为单剪（铰接）连接、轴力连接、弯矩（刚接）连接，扭矩连接，组合连接等。按构件的连接方式可分为单板连接，双板连接，单角钢连接，双角钢连接，端板连接。按构件与构件间的连接可分为梁-梁连接，梁-柱连接及其分别带有水平支撑和垂直支撑的连接，柱拼接(包括大小柱的拼接)。2.2钢结构连接节点的设计要求钢结构的节点设计应满足承载力的要求，还应具有必要的延展性，避免应力集中和过大的约束应力。同时，便于加工和安装，满足加工工艺性要求。应该注意节点的合理构造，符合经济性要求。此外还必须适应岭澳二期核电的钢结构施工要求。岭澳二期核电工程对钢结构的加工和安装要求决定了钢构件的连接方式，由钢结构连接节点设计于加工车间的焊接易于保证焊缝质量，而大批量的钢构件仅适于车间加工才能保证工程进度的要求，同时便于现场安装方便快速，因此决定了在钢结构的节点设计中，构件与构件间的连接要尽可能使用螺栓连接，除非在那些使用螺栓连接将使整个节点变得非常复杂或者被连接构件的尺寸较小、无足够的空间布置一定数量的螺栓，而采用现场焊接的连接设计。此外，对于和预埋件相连接的构件，为使其连接方便，并且便于处理预埋件定位偏差造成的影响，宜采用现场焊接。同时为便于钢构件和混凝土的固定或在浇筑混凝土时遗漏预埋件的情形下，采用HILTI膨胀螺栓连接。2.3钢结构连接节点的设计方法钢结构连接中最基本的连接型式为铰接连接、刚性连接、支撑连接及柱拼接，以下就各连接型式的特点分别说明。(1)铰接连接梁-梁，梁-柱连接是钢结构设计中的基本连接。大多为铰接连接型式，如图一、二所示。可使用双角钢，端板，单板、双板连接。此情况下一般将双角钢与次梁车间焊接，现场用螺栓将主梁腹板与双角钢连接，此连接状态，螺栓不受偏心载荷，而焊缝受到偏心载荷的作用，由于焊缝采用三面围焊其抗弯能力较高，因此，在较大载荷的作用下，一般采用双角钢连接。在另外一些情况下，如载荷较大并且次梁与主梁斜交时，将钢板折弯成相应的角度，形成类似于双角钢的连接。如果载荷较小，可采用较简单的端板连接，在此类连接中，适当增加端板板厚，可承受剪力和轴向力的组合荷载。同时，对于主次梁斜交连接的场合下，端板连接在加工工艺性上的优点比双角钢连接更好。2/12钢结构连接节点设计单板连接（图三）对于连接槽钢等类的轻型次梁而言是非常简便的，尽管螺栓受偏心载荷，但只要螺栓的承载能力满足受力要求即可。而单板与主梁的焊缝一般采用三面围焊，其受力状态较好。如果由于上下翼缘切割腹板需要加强时，只需在单板的另一侧即腹板内侧焊接一加强板。这类连接尤其对于在主梁上无法进行螺栓连接的场合是非常适宜的。双板连接（图四）同样适用于在主梁上无法紧固螺栓的场合，当外载荷较大而螺栓单剪又不足以抵抗外载荷时，采用此连接方式。其缺点就是螺栓及梁均受偏心载荷的作用，进行螺栓在剪力及弯矩综合作用下的验算需要比较复杂的计算程序。当连接单板与次梁腹板厚度不同时，可使用比次梁腹板稍厚的单板，而在腹板与连接双板间加适当的垫板。(2)刚性连接当被连接梁处于悬臂状态或粱－粱、粱－柱连接按刚性连接设计时，其连接节点必须采用刚性连接。在刚性连接中，翼缘承受弯矩，腹板承受剪力。由于刚性连接受力比较复杂，大多数场合，对上下翼缘均需进行连接，因此，刚性连接是非常复杂和费用较高的连接节点。一般情况下对腹板可采用双角钢或端板连接以承受剪力，上下翼缘可通过连接板与另一方向梁上下翼缘用螺栓连接。当在3/12钢结构连接节点设计上翼缘铺盖钢格栅时，一般不宜采用上翼缘用连接板的方式，而采用带垫板的现场全焊透方式进行连接，这样既节省了高强螺栓的使用，又使连接变得简单。如图五所示，为了使粱翼缘弯矩不致使柱的单侧翼缘承受，此节点中在梁上下翼缘方向，使用了四块加筋板以抵抗梁延翼缘方向的轴力，阻止柱子翼缘的局部变形，使柱子翼缘受力均匀，减少梁上下翼缘和柱翼缘接触的应力集中，由于在该连接中，梁翼缘传递的弯矩较大，增加一斜加筋板及在连接双板上加筋以使柱翼缘的受力更加均匀。对于较小载荷的梁－柱刚性连接，可采用端板连接的方式进行，在此类连接中梁上下翼缘及腹板均与端板焊接，用螺栓将端板与柱翼缘或腹板连接，但端板必须有足够的厚度（t≥20mm）以抵抗梁翼缘板的弯矩，焊缝可根据梁翼缘板的厚度或外载荷的大小选择角焊缝或全焊透坡口焊。较小载荷的梁－梁刚接，可采用如图六所示的双角钢与梁腹板连接、翼缘板采用带垫板的现场焊接的方式设计连接节点。主次梁刚性连接，一般情况下在主梁腹板焊一连接板与次梁下翼缘用螺栓连接（图七），主梁上翼缘与次梁上翼缘采用带垫板的现场全熔透焊，腹板之间的连接可采用双角钢或端板用螺栓进行连接。对于带水平支撑的主次梁弯矩连接，这样的连接方法显得更加适用和简单，而且极大地降低连接费用。(3)支撑连接支撑按其连接形式可分为钢结构楼层面的水平支撑和柱间垂直支撑连接。连接主梁和柱间的垂直支撑在结构中通常起空间稳定作用，将结构所承受的水平力传给基础梁的重力载荷传给柱或地面。4/12钢结构连接节点设计连接主梁和次梁沿水平方向布置的水平支撑主要提供结构的侧向稳定性，抵抗梁的侧向变形，在结构中主要传递水平方向的力。支撑承受沿构件方向的轴向力，其载荷的大小一般根据支撑构件的型号及屈服强度进行确定。影响支撑结构的另一重要因素就是支撑的工作点，对于用螺栓连接的支撑其作用线应与螺栓孔中心线重合。对于垂直支撑，工作点在主梁与柱轴线的交点上。对于水平支撑，工作点应在主次梁轴心线的交点上。如图八所示为典型的水平支撑和垂直支撑连接节点，在水平支撑连接中，节点板仅与梁连接，将水平支撑的力通过梁与柱的连接角钢或端板传递至主柱。在此结构中，将节点板与较小梁下翼缘用螺栓连接，而通过与节点板焊接的角钢用螺栓将节点板与较大梁的腹板焊接。螺栓的数量与水平支撑的设计载荷及支撑角度有关。对于垂直支撑节点板，将其与主梁焊接通过焊于其上的双角钢，用螺栓与柱腹板连接，为方便加工应尽量使柱腹板的孔间距一致。另外一种比较典型的连接就是用螺栓将支撑直接与柱或梁的侧翼缘或下翼缘连接，省却了节点板和车间焊缝，简化了节点连接。对于车间焊接的框架结构，其中的支撑都采用焊接连接，提高了节点的可靠性。2．4节点连接细节定义：a:边距（edgedistance）de。de不小于1.75d，取2d。b:端距（enddistance）e表示。不小于1.75d，取2d。c:孔中心距（space）p表示。不小于3d。d:孔间距（gauge）以g表示。满足边距要求且满足工艺要求，不小于100mm。5/12钢结构连接节点设计e:高强螺栓等级8.8S、10.9S。2．5常用角钢、槽钢孔边距及端距和中心线，如下图示：等边角钢和不等边角钢肢宽b(mm)a(mm)孔径(max)mme(Ref2d)mmp(Ref3d)mm5030153050563015305063351735607040224080754522408080452240809050244080100552440806/12钢结构连接节点设计7/12普通槽钢翼缘mm腹板mmTypea孔径(max)c孔径(max)[6.32213（d=12）腹板对称中心17(d=16)[82513（d=12）腹板对称中心17(d=16)[102813（d=12）腹板对称中心17(d=16)[12.63017(d=16)腹板对称中心17(d=16)[14(a)3517(d=16)4517(d=16)[16(a)3522(d=20)5022(d=20)[184022(d=20)5522(d=20)[204522(d=20)5522(d=20)[224522(d=20)6022(d=20)[255022(d=20)6022(d=20)[285026(d=24)6526(d=24)[325026(d=24)7026(d=24)[366026(d=24)7526(d=24)对于轧制型钢边距和端距要求可以适当降低，因为其相应材料厚度增加，其承载能力有所提高，但对于节点板，因切割加工成形，应保证其边距和端距要求。此外间距G尽可能圆整，不考虑腹板厚度引起的a值变化的增加。2．6螺栓主要连接尺寸p(mm)e(mm)de(mm)SizenormalMin.normalMin.normalMin.M16605035253530M20806540304035M22807040354035M24807045405040M27908050455550钢结构连接节点设计2．7典型连接应用8/12钢结构连接节点设计9/123．车间加工图纸要求：3．1：车间加工图用于钢结构工程的施工，是指导钢结构制作、安装、检验的的重要文件，由构件布置图，节点详图和构件图组成。构件布置图纸用于车间预拼装放样、现场安装放线定位和组装的指导图，根据设计图中构件定位尺寸绘制，仅绘制每根杆件的轴线、方向(角钢和槽钢)；─标注每个构件的识别编号，编号对于不同的构件应该具有唯一性。─标注结构的框架大样尺寸和外形尺寸。─标注每个节点编号；（或参考相同的节点号）─详细的材料明细表，包括构件编号、规格型号、材质、外形尺寸、构件数量、单重、总重、详图所在车间制造图的编号等内容。─标明所有构件的编号、详细尺寸，同时要有材料表如实地反映出钢结构所需的各种材料规格、材质、型号以及使用数量。3．2节点详图是车间加工图纸绘制的依据，其要求如下：─设计给出的所有编号节点详细构造图─设计未给出，要求设计节点详细的构造图─节点所涉及材料：节点板、螺栓等，包括节点编号、材质、规格型号、材质、数量等。一般而言，节点板应在构件详图反映，在车间加工时与主要构件车间焊接。3．3杆件详图，其要求如下：─用足够的视图表示清楚构件的外形。─标注出制作所必需的细部尺寸，如型钢的长度、切角，以及螺栓孔的位置及使用螺栓规格等级。─标注杆件上所有连接部件的连接方式以及其部件清单。—在相应图上列出必要的施工说明和技术要求。—焊缝的标注及焊缝要求的说明。4：有关CAD制图的规定：图层：要求按线型和线宽分层，尺寸线单独放置于一个图层。文字：中文，ROMANS＋hztxt。字高3mm、4mm、5mm、6mm、7mm。比例按图纸幅面进行缩放。（1：1或放大或缩小）钢结构连接节点设计10/12打印线条，主色：轮廓线白0.25mm,虚线、中心线、标注引出线、标高线、索引线0.07mm,其余0.15mm。具体要求如下4．1图层设置4．.1.1:平面图纸：0层：不作改变，不放置任何物体，只作为过度层。Defpoints层：不可打印层，可放置一些不需打印的辅助线，黄色。实体层：作为凸显轮廓的图层，绿色，线型CONTINOUS。虚线层：作为隐藏物体的线条，黄色，线型HIDDEN2。轴线层：作为轴线使用，红色，线型CENTER（ZX）。尺寸层：作为尺寸标注使用，绿色，线型CONTINOUS。文字层：作为说明，注释用，绿色，线型CONTINOUS。辅助层；作为辅助物体的线条，灰色8。图框层：将图框并为一个0层，或设为块（除改填部分）4.1.2:模型空间：所有图层名必须用构件名表示，构件名为轴线层，实体层在轴线层名前加“S”，轴线层与