解密!五大钢结构之二“劲钢”建筑如何深化设计?

发表于 讨论求助 2021-11-23 15:52:15

在“五大钢结构之一——门刚”中介绍到钢结构事业部成立至今陆续完成的中建工业化宁乡基地厂房等项目门刚结构深化设计的内容和要点,这次要讲到的是五大钢结构之二“劲钢”。


钢结构事业部至今累计完成劲钢结构项目近六万吨

所有项目深化设计均为事业部深化设计部自主完成


➥西安华润万象城T1塔楼——是一栋核心筒+混凝土外框架的超高层建筑,建筑总高度近200米,共45层,钢结构总吨位5000吨。钢结构主要分布于180米以下的型钢混凝土柱内。


➥西安中大国际THECITY——包含酒店、住宅、商业的城市综合体项目,钢结构分布于整个综合体项目中,主要以劲性钢结构柱为主,结构形式为框架剪力墙结构,总体用钢量在4000吨左右。


➥长沙六都国际大厦——为一栋高度为196米的框架-核心筒式超高层建筑。钢结构主要分布于11层以下,包含劲性钢结构柱和一个钢结构大厅屋面。建筑总体用钢量为2000吨。


➥长沙汇景环球——为框架-核心筒结构的超高层公共建筑,包含A、B两栋塔楼,其中A塔地上47层地下4层建筑高度为210米,B塔地上50层地下4层建筑高度为230米 。建筑总体用钢量达5000吨。


➥长沙江山壹号住宅——为中建五局旗下中建信和地产公司开发的城市超高层住宅项目,项目总体用钢量近3000吨,主要位于7层以下,分布于多栋住宅中。

劲性钢结构又被称为型钢混凝土组合结构,顾名思义就是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构形式。型钢混凝土组合结构构件由型钢、主筋、箍筋及混凝土组合而成,核心部分有型钢结构构件,其外部为以箍筋约束并配置适当纵向受力主筋的混凝土结构。

型钢混凝土梁、柱是型钢混凝土结构的基本构件。相较于钢结构,劲性钢结构具有良好的耐久性和耐火性,其受力性能好、同时又能节约钢材。而和钢筋混凝土结构相比,型钢混凝土又具有承载力高、施工周期短、抗震性能好等特点。因此它具有广阔的适用范围,特别适用于高层和超高层建筑。


劲性钢结构深化设计要点


劲性钢结构作为一种组合结构形式,施工过程中钢结构和钢筋混凝土结构两个专业交叉作业,深化设计人员通过3D建模,避免两个专业在实际施工中碰撞。

劲性钢结构的深化设计过程分三个阶段:深化设计准备阶段、深化设计阶段以及深化成果输出阶段。在此,重点给大家解密深化设计阶段如何操作。

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混凝土构件搭建


混凝土构件深化建模

劲钢结构深化设计最终的目的是对其中的钢构件进行深化设计。但是作为组合结构的一部分,劲钢结构需要与混凝土构件之间密切配合。在搭建三维模型时首先需要将与劲钢结构相连接的混凝土构件搭建好,模拟出现场施工中二者的位置关系,便于现场钢构件进行精确定位,保证钢构件的准确性和精度。

混凝土构件建模需要注意以下几点:

(1)柱、梁、板等构件的截面大小、几何尺寸都必须准确,以保证钢构件深化时的准确性和精确度。

(2)基础底板高度和板厚会有多种情况,建模时要注意标高的变化,同时需要注意电梯井和集水坑的出现。

(3)混凝土柱在不同的高度上截面大小会有变化要注意区分,底层柱由于上部荷载受力较大,截面往往较上层柱要大;上下柱的对齐方式对于中间柱和边柱会有所不同,存在中心对齐和偏心对齐等多种方式。地下室的柱往往会有柱帽出现也是在建模过程中需要注意的点。

(4)混凝土梁在错层位置梁顶标高会有所不同,局部降板区域的梁要注意梁顶标高的变化,一般情况下梁顶标高平标高较高的板顶标高。对于有加腋的梁要注意加腋的方向及大小。切记,地下室有剪力墙的位置往往布置有暗梁。

(5)对于有人防设计的工程项目,要注意人防设计中的梁柱墙和平时设计中的梁柱墙不同,往往其截面和布置都相对复杂。

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钢结构构件搭建


钢结构构件深化建模

劲钢结构中的钢构件是深化设计的重点。作为钢结构的一种类型它有着和其他钢结构形式相同的钢结构固有特性,同时也具有截面形式复杂多样等特点。

钢结构构件建模需注意的主要有以下方面:

(1)钢柱、钢梁截面大小、板厚、材质多有不同,都要按照结构设计的要求创建。

(2)劲钢结构中钢柱的截面型式多种多样,有H型、十字型、箱型、圆管型、日字型、田字型及其他多种组合型式。其中H型、箱型、圆管型相对简单,其它如十字型、日字型、田字型等组合型式复杂多变、形状各异,需要多考虑工艺等因素,深化设计时在满足结构设计要求的同时也要便于加工制造和保证质量。

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钢筋搭建


钢筋深化建模

钢筋是劲钢结构中必不可少的部分。与钢筋混凝土结构一样,劲钢结构中的钢筋不管是从规格上还是从种类上来说都数量庞大、种类繁多。这些各种各样的钢筋和钢构件一起包裹在混凝土中,它和钢构件有着千丝万缕的联系。可以说它的尺寸、位置、规格的准确决定着劲钢结构项目施工的成败,一旦出现失误将严重影响项目质量和工期,给施工造成极大损失。深化设计时需要准确的搭建与钢构件有联系的钢筋,以便对结合部分进行精确的细部处理。

钢筋的搭建需要注意以下几点:

(1)钢筋的直径一定要准确,给后期的钢构件节点处理提供一个好的基础。

(2)柱纵筋、梁主筋等直径较大、施工中难以挪动位置的钢筋位置要准确。

(3)箍筋的形状需要考虑施工安装的可行性,在满足结构设计要求的前提下尽可能选择便于施工、穿插的形式。

(4)钢筋搭建要考虑施工的顺序,尤其是节点位置柱筋、梁筋、箍筋等交织在一起非常密集,如果不事先考虑周全,可能会造成部分钢筋无法连接的情况出现。

4
节点深化设计

节点深化设计也是劲钢结构深化设计的重点,节点设计的好坏关系到钢构件能否方便和准确的连接。

在劲钢结构中主要有以下一些节点需要进行深化设计:

(1)柱脚节点深化设计

柱脚节点深化建模

钢构柱柱脚常见的节点形式有非埋入式和埋入式两种,在基础顶面和柱底板之间需要预留50-100mm的二次灌浆层,便于进行柱脚调节保证钢构柱的垂直度和标高。基础埋深达不到设置预埋锚栓要求的锚固深度时,可采用在型钢柱脚底部设置支撑架代替预埋锚栓对型钢柱进行固定。

a. 非埋入式柱脚深化设计

下图为常见的十字型型钢混凝土柱非埋入式柱脚,其他种类型钢柱除截面形式外其余要求基本相同。

十字型型钢混凝土柱非埋入式柱脚

b.埋入式柱脚深化设计

下图为常见的十字型型钢混凝土柱埋入式柱脚,其他种类型钢柱除截面形式外其余要求基本相同。

十字型型钢混凝土柱埋入式柱脚

(2)钢构柱混凝土梁连接节点深化设计

钢构柱混凝土梁节点深化建模

钢构柱与混凝土梁连接节点的深化设计主要在于混凝土梁钢筋与钢构柱的连接方式的设计。通常的连接方式有4种:

a. 钢构柱开孔钢筋贯通连接

此类连接方式是在牺牲钢构件受力截面面积保证钢筋施工的一种连接方式,所以钢筋应尽量从钢构柱侧边绕过减少钢构柱上开孔数量以使钢构柱的截面损失率最小。在不能满足规范要求的截面损失率时要按照规范要求对钢构件进行贴板补强。

b.钢构柱上设牛腿焊接连接

此类连接形式是施工中常用的一种,连接最可靠同时施工最方便,需要重点注意的是现场焊缝质量的控制。预留钢牛腿焊接连接要求主要有以下几点:

① 纵筋焊接在连接板上,双面焊长度不少于5d,单面焊不少于10d,有条件时尽量双面焊。

② 焊缝尺寸应满足《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2003)中4.9.9.2条的规定,钢牛腿与钢骨采用全熔透焊缝。

③ 钢筋与钢板搭接焊缝宽度不得小于钢筋直径的0.6 倍,焊缝厚度不得小于钢筋直径的0.35倍。

c.钢构柱上焊接钢筋连接器连接

钢筋连接器连接又称套筒连接,套筒连接有下列要求:

① 连接套筒应采用不低于Q345b性能的低合金可焊钢制作,与钢构件的连接宜采用全熔透坡口焊缝。

② 可采用部分熔透角焊缝,并满足与连接套筒等强的要求。

③ 套筒连接应进行工艺试验,确定安装控制指标。

④ 套筒与钢筋的连接应满足相应部位机械连接等级的要求。

⑤ 套筒连接的现场检测,可采用千斤顶进行抗拔力试验,检测比例可参照钢筋机械连接现场检测的要求,工艺质量稳定后,并经质检部门同意,可适当降低抽检比例。

⑥ 当钢筋两端均与钢骨上的套筒连接时,宜在钢筋中段增设专用加长调节套筒进行连接。

d.钢构柱上设牛腿搭接连接

这种连接方式不常用,它的要求主要有:

① 钢骨柱与砼梁钢筋搭接连接时,钢梁的高度不应小于0.8倍梁高,长度应大于等于梁截面高度的2倍,且应满足梁内主筋搭接长度的要求。

② 在钢梁的上下翼缘上,应设置栓钉连接。

(3)钢构柱、钢构梁连接节点深化设计

钢构柱钢构梁节点深化建模

劲钢结构中钢构柱、钢构梁的连接方式主要为刚接,深化设计时需考虑以下几点:

① 连接节点的位置要便于现场焊接操作;

② 应考虑栓钉的影响,栓钉位置距焊缝大于50mm,避免影响现场施焊;

③ 连接位置应避开钢筋尤其是柱纵筋,避免造成焊缝位置型钢截面削弱或是焊接时伤及钢筋;

④ 工厂加工的悬臂梁段长度宜大于2倍梁高,考虑到运输的方便悬臂梁段不宜太长,可取1米左右。

(4)钢构柱、钢构梁开孔及开孔补强

钢构柱、钢构梁与钢筋碰撞位置需要进行开孔处理以完成钢筋的贯通连接。型钢上开孔会对型钢截面构成削弱,这时候就需要对型钢进行贴板补强了。预留钢筋孔开孔主要有以下要求:

① 型钢开孔应尽量避免在型钢翼缘穿孔。

② 当必须在型钢腹板上预留贯穿孔时,型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积的25%。

③ 当钢筋穿孔造成型钢截面损失不能满足承载力要求时,可采取型钢截面局部加厚的办法补强,加厚板件与型钢构件应有可靠的连接。加厚板一般双面布置,厚度为型钢板厚的05-0.7倍。

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构件编号模型完成

经过以上一系列创建过程模型搭建完成。模型搭建完成后,还需要对模型零部件进行整体编号。编号完成后,系统会自动给每一种构件、零件分配唯一的编号。


★ 深化设计阶段工作到此完成 ★

劲性钢结构作为一种常见的建筑结构形式已经被充分应用到了我们的日常建设当中,在造型各异的场馆、高耸入云的超高层中劲性钢结构就隐身其中支撑起了一栋栋庞大的建筑物。劲刚建筑深化设计正是通过对一个个细节的把握,让劲钢结构得以完美发挥它的作用。

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