第7章 钢结构深化设计

108第7章钢结构深化设计第1节深化设计概述1．深化设计内容北京中国国际贸易中心三期工程高330米，钢结构总量约为5万吨，钢结构深化节点设计的重点工作是，解决核心筒钢结构与外框架钢结构的相互关系、复杂节点在工厂加工及现场焊接过程中的可操作性；使深化设计节点图深度不但能够满足钢材采购要求，还能满足加工图设计的要求；作好土建钢筋留洞、机电设备留洞、幕墙连接件等前期设计工作。钢结构深化设计的主要包括几部分：·主体钢结构节点设计；·审核加工图与深化设计节点图的一致性；·与其它各专业之间设计配合。2．深化设计组织机构及审批流程本工程钢结构深化设计及详图设计全部由项目钢结构部组织实施。钢结构部负责协调沟通钢结构深化设计过程中，施工方与业主、设计院间的设计思想的一致性，最终形成最佳节点构造与最适宜操作性的完美结合。为完成深化设计工作，我公司特聘请台湾永峻作为钢结构深化设计顾问，结合台湾永峻公司多年来的超高层设计经验，针对国贸三期工程的复杂节点，认真研究，确定合理构造，力争创造完美节点设计。2.1管理模式2.1深化设计出图方式业主代表相关专业设计配合结构专业：钢筋留洞装修专业：吊顶隔墙幕墙专业：连接方式机电专业：通风管道结构设计ARUP钢结构专业承包设计顾问台湾永峻钢结构深化设计组加工详图设计压型板深化设计109我司设计人员将针对北京中国国际贸易中心三期工程现阶段钢结构图纸深化设计工作量的需要配备人员，预计深化设计组配备15人，加工图设计组配备20人。作为钢结构专业承包商，组织钢结构深化设计组具体实施主体钢结构的深化设计，与ARUP达成一致意见后绘制正式节点图，节点图是钢结构设计真实意思的准确表示，因此深化设计节点图最终以ARUP的名义正式发图。3．深化设计的前提条件3.1首先必须保证结构工程绝对安全可靠；3.2钢结构详图设计要充分把握原结构设计的意图、结构特点；3.3与其它专业设计（室外幕墙工程、室内装饰工程、机电工程等）相协调；3.4钢结构设计要进行科学合理的深化和优化，充分体现其经济合理性；3.5节点图设计以原设计图为依据，加工安装详图设计应以节点图及结构图为依据；设计图纸必须保证工厂加工和现场安装的要求；3.6严格遵循设计程序，与业主、设计院密切配合，保证设计工作的顺利进行；3.7一旦我公司中标，将积极、主动、高效地与设计院协调配合完成钢结构设计工作。4．钢结构深化设计进度计划深化设计结果直接影响钢材定尺采购，70mm以上厚钢板的采购周期可能在2-3个月，因此深化设计需要在钢材采购订货前完成。本工程钢材采购受到Q345GJ材质生产厂家少、订货周期长的影响，地下钢结构和地上L1-L7层顶部分的节点设计应在2006年2月10前完成，才能基本满足钢材采购订货、详图设计、工厂加工、现场安装的总体需要。钢结构深化设计内容完成时间地下B3-B1层节点深化设计及审核2006-02-10前地上L1-L7层节点深化设计及审核2006-02-10前地上L8-L10层节点深化设计及审核2006-2-22前地上L11-L32层节点深化设计及审核2006-03-05前地上L33-L56层节点深化设计及审核2006-08-15前地上L57-L74层节点深化设计及审核2007-01-07前5．钢结构深化设计内容外框筒钢结构核心筒钢结构1.柱与柱连接1.柱与柱连接2.柱与柱临时连接2.柱与柱临时连接3.柱顶吊装耳板3.柱顶吊装耳板4.钢梁与外框筒柱腹板连接4.钢梁与核心筒柱腹板连接1105.钢梁与外框筒柱翼缘板连接5.钢梁与核心筒柱翼缘板连接6.钢梁与核心筒柱连接6.偏心支撑与核心筒柱连接7.钢梁与核心筒梁连接7.偏心支撑与核心筒梁连接8.钢梁与钢梁连接8.中心支撑与核心筒柱连接9.腰桁架与钢柱连接9.中心支撑与核心筒梁连接10.伸臂桁架与钢柱连接10.钢梁与钢梁连接11.水平支撑梁与钢梁连接11.单钢板剪力墙与柱连接12.隅撑12.单钢板剪力墙与梁连接13.压型钢板下柱边支撑13.双钢板剪力墙与柱连接14.压型钢板下核心筒周边支撑14.双钢板剪力墙与梁连接15.压型钢板降标高处支撑15.隅撑16.压型钢板洞边支撑16.压型钢板下柱边支撑17.柱脚17.压型钢板下核心筒周边支撑18.压型钢板降标高处支撑19.压型钢板洞边支撑20.柱脚节点图内容应包括各个节点的连接类型、连接件的尺寸、高强度螺栓的直径和数量、焊缝的形式和尺寸等设计所必须具备的信息和数据。第2节钢构件深化设计1．节点设计应遵循以下原则①设计文件无明确要求时，所有节点按等强连接设计；②所有节点设计，除满足强度要求外，尚应考虑结构简洁、传力方式明确，以及现场安装的可操作性；③材料长度不够导致的对接焊缝，其拼接位置应满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的要求。节点设计质量管理流程如图7-2-1所示。2．深化设计图纸质量管理流程钢结构加工安装详图设计工作的有效组织，详图设计的深度、质量不仅要完全符合原设计的要求，而且要成为指导整个钢结构制作加工和安装的依据。根据与制作、安装施工各方的沟通结果，对施工图纸进行深化，转化为制造厂的构件加工图纸。深化设计图纸质量管理流程如图7-2-2所示。111图7-2-2深化设计图纸管理流程执行批准否节点验算典型节点形式设计深化设计负责人制作主任工程师制作焊接工程师安装主任工程师安装焊接工程师典型节点形式论证对原设计节点修改验算通过报审通过是否修正是采用原设计节点图7-2-1节点设计质量管理流程原设计图制作工艺节点形式三维建模施工图绘制校对审核审核审核审定报审信息反馈出图修改1123．典型节点设计实例3.1钢柱斜率考虑在转换层之间，钢柱保持同一斜率，外立面依靠外挑部分来调节，据说曾经考虑过这一方案。（9到27层之间约为1.1度，30层到53层之间约为2.8度，57到68层约为4.8度）3.2核心筒钢板剪力墙典型节点设计为保证双钢板剪力墙能顺利施工，减少现场焊接工作量，尤其是立焊和仰焊的工作量可采取一块钢板采用高强度螺栓连接，另一块钢板现场焊接的连接方式。见图7-3-13.2核心筒内钢柱与钢梁连接典型节点设计主要考虑核心筒内钢柱截面为异型，且柱截面尺寸大，需要的传力板多，其构造需按照不同截面形式分别考虑，仅以C1柱为例说明。见图7-3-2第3节压型钢板深化1．压型钢板板型及材质的选择根据钢结构技术文件要求，本工程主塔楼地上结构楼板采用压型钢板组合楼板，压型钢板的型号采用缩口板或闭口板，压型钢板肋高以上混凝土厚度必须大于65mm，同时，压型钢板本身应有足够的刚度提供施工阶段3m免支撑的设计净跨，3m以上的跨距则允许施工阶段在跨间架临时支撑。根据市场调查结果，相同品牌相同钢板厚度的缩口型压型钢板单价比闭口型压型钢板略低（因为生产工艺和单位面积用钢量的差异所致）。因此，在符合以上技术要求的条件下，首先考虑采用缩口形压型钢板排板方式，并根据各楼层楼板厚度和梁间距，选择最经济的钢板厚度。在决定钢板厚度之前，首先了解各楼层混凝土楼板厚度，梁间距，以及能否连续铺板，然后确定压型钢板原材料的材质规格。1.1压型钢板跨度楼层Floor部位Location楼板厚度(mm)铺板条件跨度Span(m)方式2核心筒内1503.4S（单跨）核心筒外1302.6M（双跨）3核心筒内1503.4S113核心筒外1302.3M4核心筒内1503.4S核心筒外1302.3M5核心筒内1503.4S核心筒外1302.3M6核心筒内1503.4S核心筒外1302.6M7核心筒内1503.4S核心筒外1302.6M8核心筒内1503.4S核心筒外1302.6M9~15核心筒内1503.4S核心筒外1302.3M16核心筒内1503.2S核心筒外1302.3M17~19核心筒内1503.2S核心筒外1302.3M20核心筒内1503.2S核心筒外1302.3M21~27核心筒内1503.2S核心筒外1302.3M28核心筒内2003.2S核心筒外2002.2M29核心筒内2003.2S核心筒外2002.2M30核心筒内2003.5S核心筒外2002.3M31&32核心筒内1503.5S核心筒外1302.4M33&34核心筒内1503.5S核心筒外1302.4M35~40核心筒内1503.5S核心筒外1302.4M41核心筒内1503.5S核心筒外1302.1M11442~47核心筒内1503.2S核心筒外1302.1M48~53核心筒内1503.2S核心筒外1302.2M54核心筒内1503.2S核心筒外1302.2M55核心筒内2003S核心筒外2002.3M56核心筒内1503S核心筒外2005.6S57~60核心筒内1503S核心筒外1805.6S61~68核心筒内1503S核心筒外1805.6S69核心筒内2003S核心筒外2005.6S70核心筒内1503S核心筒外1502.8M71核心筒内1504S核心筒外1302.8M72核心筒内1504S核心筒外1302.8M73核心筒内2003.5S核心筒外2002.8M74核心筒内1503.2M核心筒外1301.8MTop2502M1.2钢板屈服强度的选择根据美国材料试验标准关于热浸镀锌钢板的材料规范ASTMA653，针对结构用钢的屈服强度等级有最低的230Mpa到最高的550Mpa,采用较高强度的压型钢板固然有利于施工阶段及组合楼板的承载能力；然而钢板的延伸率绝对和强度成反比，因此，如果过度提高钢板的强度，反因高强度钢板本身较差的延伸率导致作为压型钢板原材及组合楼板受力钢筋的不适用性，因为脆裂及瞬间破坏将可能发生在轧制成型和组合楼板受力过程当中。再者，根据美国钢承板协会(SDI)的建议，压型钢板在弹性设计(ASD)时的设计强度应采115屈服强度的60%,而且最高不得大于36ksi（相当于250MPa），或者在极限设计(LRFD)时的屈服强度不得大于60ksi（相当于410MPa）。综合以上因素，本工程压型钢板拟采用410MPa屈服强度，延伸率16%以上的原钢卷材料。1.2钢板表面防腐蚀处理的选择：根据英国国家标准BS5943:Sec.2的数据：275g/m2的镀锌量在室内干燥（Interior:dry）的环境下可以提供钢材40年以上的免维修年限（Lifetofirstmaintenance）；又根据北美Galfan发展协会的资料显示：相同涂布量的5%铝锌，其抗腐蚀性能几乎是两倍于一般热浸镀锌；因此，为保证本工程压型钢板具备更高（50年以上）的免维修年限，将采用ASTMA875ZGF275（热浸镀5%铝锌，275g/m2）的表面处理。2．具体铺板方式及厚度选择缩口型压型钢板的断面性质以GENCORE®板型为例，肋高51mm，肋间距155mm，依据《高层民用建筑钢结构技术规程》有关组合楼盖的设计规定，计算不同厚度钢板所能提供的允许无支撑跨距。表1：缩口型压型钢板施工阶段允许无支撑跨距表（单位：mm）型号钢板厚度（mm）铺设方式楼板厚度（mm）130150180200250GENCORE®0.75单跨23452217205819721796双跨27742635245923602157多跨286727242541244022300.91单跨25432429229022142025双跨31122954276026482421多跨316130192847273725021.05单跨双跨多跨2.1选择钢板厚度的考虑因素(1)铺板过程当中，施工人员在临时支撑未架设之前，仍得以安全地在尚未固定的压型钢板上走动，而且不至于造成压型钢板的塑性变形。这一条件可以假设50kg/m2的均布荷载，或单板跨间有100kg的集中荷载来验算。(2)在施工阶段，压型钢板除了扮演施工平台及永久性模板的角色之外，板型及厚度的选择也将考虑作为钢梁在施工荷载作用下的侧向支撑构件，达到刚性铺板的效能。经验算，办公楼标准层典型梁间距2.1m-2.3m，采用缩口或闭口板型钢板厚度0.75mm116以上即可满足刚性铺板的刚度要求，而梁间距达5.6m的酒店标准层则必须采用0.91mm