管桁架鋼結構深化措施

管桁架鋼結構深化措施（一）分析設計依據(jù)及標準1．某奧體中心主體育場招標圖紙2．主要采用的國家規(guī)范、規(guī)程和標準《建筑結構設計術語和符號標準》（GB/T50083-97）《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB50068-2001）《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009－2001）《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011－2001）《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017－2003）《網(wǎng)殼結構技術規(guī)程》（JGJ61-2003）《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》（JGJ7-91）3．設計標準建筑結構的安全等級：一級結構重要性系數(shù)：建筑抗震設防分類：乙類結構設計使用年限：50年結構設計基準期：50年風、雪荷載重現(xiàn)期：50年（二）工程概況本工程鋼結構為法蘭式連接節(jié)點管桁架結構。（三）選用材料結構鋼材采用Q345B，應符合規(guī)范GB5118-85有關要求。無縫鋼管按GB/T17395-1998選用，熱軋型鋼按GB/T11263-1998選用。鋼材的物理性能指標鋼材的物理性能指標彈性模量E（N/mm2）剪變模量G(N/mm2)線膨脹系數(shù)（以每℃計）質(zhì)量密度（kg/m3）206103791031210-678502．鋼材強度設計值鋼材強度設計值鋼材抗拉、抗壓和抗彎fy/f抗剪fv端面承壓（刨平頂緊）fce鋼號厚度或直徑（mm）Q235鋼16235/215125325>16~40225/205120325>40~60215/200115325>60~100205/190110325Q345鋼16345/310180400>16~35325/295170400>35~50295/265155400>50~60275/250145400>60~100*275/2501454003．螺栓連接強度設計值螺栓連接強度設計值螺栓類型螺栓性能等級抗拉（N/mm2）抗剪（N/mm2）備注普通螺栓4.6級、4.8級170140C級螺栓8.8級400320A,B級螺栓錨栓Q235140－Q345180－承壓型高強螺栓8.8級40025010.9級500310螺栓常用的型號為：M12，M16，M20，M22，M24，M27和M30。焊縫的強度設計值（N/mm2）焊縫連接強度設計值（N/mm2）焊接方法和焊條型號構件鋼材對接焊縫角焊縫牌號厚度或直徑（mm）抗壓焊縫等級為下列等級時，抗拉抗剪抗拉、抗壓及抗剪一、二級三級自動焊、半自動焊和E43型焊條的手工焊Q23516215215185125160>16~40205205175120>40~60200200170115>60~100190190160110自動焊、半自動焊和E50型焊條的手工焊Q34516310310265180200>16~35295295250170>35~50265265225155>50~100250250210145（四）設計荷載1．恒荷載金屬屋面＋檁條＋天溝，防水等：0.50kN/m2懸掛荷載根據(jù)強弱電、暖通專業(yè)提供的設備重量和布置位置及馬道的平面布置輸入懸掛荷載位置、數(shù)量及質(zhì)量統(tǒng)計。結構構件自重由程序自動計算確定。2．活荷載《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009）規(guī)定不上人屋面活荷載標準值取0.5kN/m2，《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）補充規(guī)定：對支撐輕屋面的構件或結構（檁條、屋架、框架等），當僅有一個可變荷載且受荷水平投影面積超過60m2時，屋面均布活荷載標準值應取為0.3kN/m2。故本次分析設計活荷載取為0.3kN/m2。雪荷載基本雪壓：0.3kN/m2考慮不均勻積雪分布系數(shù)1.4。4．風荷載基本風壓：0.45kN/m2地面粗糙度：B類風壓高度系數(shù)：程序自動計算風振系數(shù)：2.0由于沒有該工程的風洞試驗報告材料，本次分析采用四種風荷載工況。風載1體型系數(shù)如圖4.1a所示，風載2體型系數(shù)如圖4.1b所示，另外兩種風荷載體型系數(shù)參照一些關于膜結構體型系數(shù)的近似計算方法進行計算，以模擬圖4.1c、圖4.1d所示風荷載作用情況。地震作用建筑抗震設防分類：乙類本地區(qū)抗震設防烈度：6度場地土類別：Ⅱ類設計地震分組：第二組場地特征周期：0.40s阻尼比：0.02溫度作用＋25℃（升溫溫差）－25℃（降溫溫差）組合值系數(shù)：0.6（六）采用CAD/CAM集成技術進行管結構制作加工過程計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)技術是最近20～30年來迅速發(fā)展起來的一門新興的綜合性計算機應用技術。它的出現(xiàn)，幾乎推動了一切領域的設計革命，CAD/CAM技術的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家自動化和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標志之一。CAD/CAM技術在國外鋼結構設計制作中得到廣泛應用，由于空間鋼結構制作工藝較一般鋼結構復雜，CAD/CAM技術在國外空間結構設計制作中取得了很好的效果，加工制作精度非常高，如上?？萍拣^球形中庭金屬結構的所有桿件均由國外設計、加工制作，在施工時能夠順利合攏，加工精度之高另國內(nèi)同行驚嘆。為了適應建筑技術迅速發(fā)展的形勢，持續(xù)發(fā)揮“建筑業(yè)10項新技術”的引導作用，我國建設部2005年修訂了“建筑業(yè)10項新技術”的內(nèi)容，其中鋼結構類新技術中第一條即為“鋼結構CAD設計與CAM制造技術”，由此可見，CAD/CAM技術是我國鋼結構制造技術近期的發(fā)展方向。鋼結構CAD技術可以保證鋼結構設計的準確性，提高設計效率，CAM技術則可顯著提高鋼結構加工效率、節(jié)省鋼材，這兩個技術的集成應用對于提高設計與施工速度和精度，降低工程成本有積極意義。圖10.1目前管結構設計加工過程流程圖 目前我國大部分管結構設計、加工過程制作如圖10.1所示。第一步由設計單位生成管結構施工圖紙（一般為藍圖或電子介質(zhì)）；第二步通過大量的手工操作轉(zhuǎn)化為加工圖紙，這個過程不僅耗時，由于存在大量的手工操作，而且非常容易出錯；第三步將加工圖紙通過數(shù)控管相貫線切割機制造廠家或其它專業(yè)單位提供的軟件將加工圖紙轉(zhuǎn)化為管相貫線加工數(shù)據(jù)，這個過程同樣耗時，而且非常容易出錯；第四步將相貫線加工數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控機床進行管相貫線切割。圖10.2采用CAD/CAM集成技術進行管結構設計加工過程流程圖 采用CAD/CAM集成技術進行管結構設計加工制作過程如圖10.2所示。第一步是第一步由設計單位生成管結構施工圖紙（CAD技術，一般采用電子介質(zhì)）；第二步可以直接由管結構分析設計模型直接加工圖，并生成構件加工數(shù)據(jù)直接輸入到數(shù)控切割機進行管件加工制作。采用CAD/CAM技術省略了從施工圖紙向加工圖紙轉(zhuǎn)化及由加工圖生成構件加工數(shù)據(jù)的過程，由于省去了中間所有需手工操作的環(huán)節(jié)，因此不僅可以避免出現(xiàn)錯誤，還節(jié)省了轉(zhuǎn)化加工圖及加工數(shù)據(jù)所需的大量時間，這樣即可以提供管結構的制造加工效率，也可以提高管結構的加工制造質(zhì)量。 管結構CAD/CAM集成系統(tǒng)（STCAD）項目是上海市科技啟明星計劃支持的科研項目，由上海交通大學土木系負責研制開發(fā)，目前該技術已經(jīng)在實際工程中得到很好的應用，我公司就采用這項技術進行管結構設計、制造，該技術的實施顯著提高了鋼結構加工制作效率及加工精度。在此以本工程為例說明使用STCAD進行管結構設計、制造加工的過程。 1．在STCAD系統(tǒng)中建立模型（可以直接導入CAD的三維模型或從其它設計軟件的分析數(shù)據(jù)中直接提取模型，如果采用STCAD進行管結構優(yōu)化設計時，直接使用分析設計模型即可），建立的模型。 2．在STCAD系統(tǒng)中定義桁架屬性，區(qū)分桁架弦腹桿。 3．定義桁架桿件截面（STCAD具有對管結構桿件進行優(yōu)化設計的功能，如果采用設計院提供的設計圖紙，直接輸入桿件截面即可）。 4．進行桿件及相貫節(jié)點強度（可以對原設計進行校核及對所有相貫節(jié)點強度進行近似驗算，對節(jié)點強度驗算部分參見報告第七部分內(nèi)容。） 5．以桁架為單元計算桿件加工數(shù)據(jù)（對于一榀桁架只需一個命令即可生成該桁架所有加工數(shù)據(jù)。） 6．對支管進行套料，STCAD系統(tǒng)可以自動對支管進行優(yōu)化套料，套料時考慮支管相貫線的相交嵌套，以達到最大限制地提高材料利用率。套料優(yōu)化過程如圖10.10、圖10.11所示。圖10.10為本工程中CHJ－1中所有支管加工數(shù)據(jù)讀入到套料程序中，圖中顯示的圖形為支管展開圖，圖10.11為套料后的結果，圖10.12為套料結構的圖形顯示，圖中顯示的圖形為每根管材原料內(nèi)將下料的支管編號，支管編號與拼裝圖相對應。… 7．STCAD生成的套料后桿件下料數(shù)據(jù)可以直接輸入國產(chǎn)大部分管相貫線數(shù)控切割機，對支管直接進行切割。 圖10.13STCAD生成的下料數(shù)據(jù)輸入數(shù)控管相貫線切割機切割過程示意切割過程中參考第8步中生成的報表，為每一根切出的桿件進行編號。生成桿件適用于六軸數(shù)控管相貫線切割機切割的下料數(shù)據(jù)的文本格式（簡化版）如下所示：9563300ZHJ-01-F-64021.6689523.1756900011.2528.2275429.7287900022.535.7187538.7671100033.75434500045494500056.2554.400394500067.558.900394500078.7562450009063.9003945000101.2564.1005945000112.562.8007845000123.75604500013555.8007845000146.2550.700245000157.544.8007845000168.7537.8857440.8352400018030.204131.68695000191.253245000202.542.545000213.7549.400394500022551.8007845000236.2549.700245000247.543.1005945000258.7532.70024500027021.3007845000281.258.10058645000292.51.60742215000303.752.908203150003154.90820315000326.257.70800815000337.511.2080115000348.7515.9482417.99300036021.66895233300ZHJ-01-F-643603206.80145000348.75322145000337.53240.04617253254.893150003153269.1686.963894000303.753281.1312.570418000292.53290.612.8430705000281.253297.769.30356230002703302.94.5711666000258.753306.5541.400456000247.53308.8622.271028000236.253310.1982.8754590002253310.5663.184927000213.753310.0312.570418000202.53308.7622.270703000191.253306.3541.4004560001803302.713.8433697000168.753297.468.3035623000157.53290.041.5711666000146.253280.5312.5704180001353268.4277.343825000123.753253.99315000112.53238.95418.82772000101.253220.10145000903