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【钢结构·技术】解密!五大钢结构之一“门刚”建筑如何深化设计?

在解密门式刚架轻型房屋钢结构建筑以及如何深化设计之前,先来看一看实例项目的设计长什么样吧!

(模型整体及局部)

中建工业化宁乡基地厂房——建筑长250米,宽150米,高16米,局部高25米。厂房内部有行车有夹层有高低跨,结构元素丰富,是典型的门式刚架结构。同时它的墙面竖窗设计也独具特色。

(模型整体及局部)

山东鲁桥1#车间——建筑长度155米,宽108米,高度9.5米,为三连跨结构。 最大跨度达到36米,柱梁截面最大达到1.5米。屋面桁架天窗喉口宽度达到6米。

(模型整体及局部)

山东鲁桥硅砖车间——建筑长282米,宽72米,高12米。车间顶部设有两个270长的简易气楼。

(模型整体及局部)

海纳川(滨州)发动机铸造中心铸造联合厂房——建筑总长375米,宽78米,高18米。建筑由两栋单体组成,屋面设有屋脊通风气楼以及顺坡通风采光天窗。

(模型整体)

淄博C区联合车间——建筑长420米,宽168米,高20米。结构为六连跨,设有高低跨、夹层、气楼、钢梯等。建筑外窗采用蛇行窗,造型新颖独特。

何为“门刚”建筑?

门式刚架轻型房屋钢结构是一种由梁、柱等单元构件组合而成的结构体系,具有结构自重轻、使用空间大、抗震能力强等特点,被广泛应用于各类厂房、仓库和超市、娱乐体育设施、车站候车室等公共建筑。

结构体系图

“门刚”建筑如何深化设计?

其实,门式刚架轻型房屋钢结构在结构设计和制造安装之间存在一个中间过程——深化设计。深化设计作为结构设计和现场施工的链接载体,一般需要分为三个阶段才能将一栋门式刚架建筑由简单的结构设计细化成工厂制造、现场安装的建筑实体:深化设计准备阶段深化设计阶段以及深化成果输出阶段

阶段一:深化设计准备

“三维”构建

一栋门刚结构建筑进入深化设计阶段之前会有一个准备阶段。深化设计师首先要做的是对各专业的图纸进行一个深入的熟悉,然后在自己的大脑中进行初步的三维构建。过程中,深化设计师需要将各专业图纸中有冲突的部位、在设计和施工上有待优化的方面提取出来,形成文字性的内容,以备沟通交流找到最佳解决方案。

阶段二:深化设计

·基础预埋搭建

基础预埋深化建模

正式深化设计阶段——搭建一个三维实体模型。

先是将各类设计零部件和设计参数输入到实体模型中,随后,便是模型搭建的第一步也是最重要的一步——基础预埋的搭建。基础预埋的搭建如果不正确,轻则影响到建筑能否顺利安装,重则会影响到结构的安全。所以,基础预埋深化一定需要注意:

1. 预埋锚栓的大小、材质和定位要按照结构图中预埋布置图的要求,同时考虑锚栓是否满足锚固长度的要求,当设计无规定时,可按钢锚栓选用表中的参数选取。

2. 预埋锚栓的定位和基础及基础短柱之间的位置应一致,一般情况下应中心对齐,如果定位偏心,会影响结构受力。如设计要求偏心,应按设计要求深化。

3. 基础短柱中钢筋数量较少、不便于预埋锚栓安装固定时,应设置预埋支架以保证预埋锚栓在基础混凝土浇筑时不出现移位。

4. 预埋锚栓组定位时,应设置安装定位用预埋定位钢板,定位钢板的厚度应根据锚栓大小及数量确定,一般采用6~10mm钢板。定位钢板中心应开混凝土浇筑孔,定位板上锚栓孔孔径比锚栓直径大2mm。

5. 预埋锚栓顶端应车丝,用于固定钢柱。车丝长度应根据柱脚底板厚度、垫板厚度、螺帽厚度确定,通常应比最顶端螺帽高出20~50mm。

· 横梁与立柱搭建

钢柱深化建模

门式刚架主要的承重构件为钢柱和钢梁,其中钢柱分为刚架柱、抗风柱、夹层柱;钢梁分为屋面梁、夹层梁及吊车梁,需要注意的是:当有行车时要设置钢吊车梁,有夹层的位置要设置夹层柱、梁。

钢梁深化建模

钢吊车梁深化建模

在深化过程中,这些小细节也是必须要牢记的:

1. 钢柱、钢梁截面大小、板厚、材质应按结构图中钢架图的要求。

2. 钢柱柱脚锚栓孔定位尺寸应与预埋锚栓定位尺寸一致,不然,现场无法安装。为消除钢架安装误差,孔径大小应比预埋锚栓大5~10mm。钢柱柱脚应根据结构设计决定是否设置抗剪键。在柱脚有包裹混凝土保护时,应注意柱脚加劲板的大小不超出混凝土保护层外。

3. 钢柱柱顶在设计无明确要求时,通常做成平顶以便于柱顶天沟的安装。柱顶加劲板的设置及大小应考虑对柱顶天沟安装的影响,防止加劲板过大造成天沟无法放置。

4. 钢梁深化应考虑结构设计对屋面坡度的要求,常规的屋面坡度一般为5%~10%。

5. 钢柱与钢梁、钢梁与钢梁连接处高强螺栓间距一般为70~250 mm,为防止间距过大时造成连接板接合不紧密、影响板间的摩擦系数,应设置加劲肋。

6. 钢吊车梁截面大小、板厚、材质应按吊车梁布置图及大样图的要求。

7. 钢吊车梁上翼缘轨道连接孔应根据轨道连接方式确定,当采用焊接轨道压板或弯钩时,因连接方式的改变,上翼缘不设置轨道连接孔。

8. 钢吊车梁端板的长度应考虑设计要求中与上翼缘连接处焊缝的高度,端板顶端一般距上翼缘上表面5~10mm。

9. 钢吊车梁端部钢车挡应根据现场施工情况确定是否与钢吊车梁焊接为一个整体,通常采用现场焊接的方式。

对于一个完整的深化模型来说,不应只有“骨骼”而缺失“关节”。也就是说,整个深化过程中,除开主体构件的搭建之外,节点深化建模也是至关重要的。深化设计一直强调:强柱弱梁,强节点、弱构件。

在节点深化深化建模中最应关注的则是螺栓的大小、规格、等级、间距、连接板的厚度,焊缝的等级及尺寸均应符合设计要求。

节点深化建模

· 支撑系统搭建

钢支撑深化建模

门式刚架的支撑系统一般包含系杆、水平支撑、柱间支撑。支撑有柔性和刚性之分,柔性支撑一般多采用圆钢,钢性支撑一般采用角钢或圆管。支撑主要用来传递横向水平力,并将结构件连为一个整体,在钢支撑深化中——钢支撑截面大小、板厚、材质应按结构图的要求;钢系杆端部连接节点不宜伸入钢柱或钢梁翼缘内侧,防止系杆长度超过钢柱和钢梁之间的净空而无法放入。檐口位置钢系杆的设置应考虑天沟落水管安装;系杆连接螺栓规格等级按设计要求,应尽量采用高强螺栓连接以减少焊接工作量;屋面水平支撑应设在钢梁上翼缘以下150mm左右位置,圆钢柔性水平支撑应设置花篮螺栓便于张紧;水平支撑与花篮螺栓的连接应采用弯钩连接或支撑圆钢车丝连接,不宜采用圆钢与花篮螺栓对焊,避免因焊缝过脆造成断裂。角钢或其他刚性水平支撑在钢梁上的连接螺栓孔应比螺栓直径大4~5mm。

· 围护结构搭建

檩条、隅撑、拉杆深化建模

围护结构相对简单,它包含檩条、隅撑、拉条、撑杆等。深化过程中,围护结构截面大小、板厚、材质按结构图的要求。

常规檩条截面形式有:C型、H型和Z型。C型檩条采用铰接节点连接,檩条与檩条间应留10~15mm间隙。Z型檩条采用搭接连接,搭接长度按设计要求。高频焊接H型钢檩条采用铰接节点连接,檩条与檩条间应留10~15mm间隙,檩条端部下翼缘需切肢。C型及Z型檩条开孔宜采用18~25mm长圆孔。为消除安装误差,高频焊接H型钢檩条开孔宜采用扩大圆孔,孔径比螺栓或拉条大4~5mm。设计要求中,为规避设计变形,双拼C型檩条的连接焊缝应采用间断焊。

隅撑两端连接螺栓开孔宜采用18~25mm长圆孔。隅撑的设置位置应避免与水平支撑碰撞,由于安装误差可能造成的丝扣外露过短,拉杆与斜拉杆两端车丝长度不宜小于30mm。

· 女儿墙柱、气楼、钢梯、雨篷搭建

钢梯模型图

女儿墙柱、气楼、钢梯、雨篷属于附属结构。女儿墙柱一般在工厂焊接于柱上,对于需要现场焊接于柱上或梁上的女儿墙柱应设置现场安装定位螺栓,螺栓可采用16~20mmC级普通螺栓。而气楼一般采用托梁与屋面连接,应考虑气楼底部与屋面连接位置的防水。室内钢梯及室外屋面检修梯的连接应考虑现场定位,宜在连接处设置定位螺栓。

经过以上步骤,一栋经典的门式刚架轻型房屋钢结构建筑模型就搭建完成了。

完整深化模型图

· 继续向内部探秘!

模型内部整体屋面

模型内部局部视图(牛腿节点)

· 模型编号

模型搭建完成后,接下来就是对模型零部件进行整体编号。编号完成,系统会自动给每一种构件分配唯一的编号,方便现场安装辨认。

深化设计阶段的工作到此全部完成。

阶段三:深化成果输出

深化设计阶段工作完成后,需要将深化设计的成果转化成工厂制作加工及现场安装可用的各类图纸以及清单表格,方便项目统计工程量、对接后期工程结算。

这么看过来之后,大家有没有对门式刚架结构的深化设计有个基本的了解呢?门式刚架结构作为5大结构之一,介于它造价低、应用广等诸多优势,此类工程只会越来越多。所以,归根结底,为贯彻“服务项目生产”的工作理念,钢构事业部的深化设计师们也将持续加强对此类结构深化工作的创新开展,为钢结构事业部深化设计软实力的稳健提升添砖加瓦。

(来源:钢结构在线)


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