管桁架钢结构深化措施

管桁架钢结构深化措施（一）分析设计依据及标准1．某奥体中心主体育场招标图纸2．主要采用的国家规范、规程和标准《建筑结构设计术语和符号标准》（GB/T50083-97）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）《钢结构设计规范》（GB50017－2003）《网壳结构技术规程》（JGJ61-2003）《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91）3．设计标准建筑结构的安全等级：一级结构重要性系数：建筑抗震设防分类：乙类结构设计使用年限：50年结构设计基准期：50年风、雪荷载重现期：50年（二）工程概况本工程钢结构为法兰式连接节点管桁架结构。（三）选用材料结构钢材采用Q345B，应符合规范GB5118-85有关要求。无缝钢管按GB/T17395-1998选用，热轧型钢按GB/T11263-1998选用。钢材的物理性能指标钢材的物理性能指标弹性模量E（N/mm2）剪变模量G(N/mm2)线膨胀系数（以每℃计）质量密度（kg/m3）206103791031210-678502．钢材强度设计值钢材强度设计值钢材抗拉、抗压和抗弯fy/f抗剪fv端面承压（刨平顶紧）fce钢号厚度或直径（mm）Q235钢16235/215125325>16~40225/205120325>40~60215/200115325>60~100205/190110325Q345钢16345/310180400>16~35325/295170400>35~50295/265155400>50~60275/250145400>60~100*275/2501454003．螺栓连接强度设计值螺栓连接强度设计值螺栓类型螺栓性能等级抗拉（N/mm2）抗剪（N/mm2）备注普通螺栓4.6级、4.8级170140C级螺栓8.8级400320A,B级螺栓锚栓Q235140－Q345180－承压型高强螺栓8.8级40025010.9级500310螺栓常用的型号为：M12，M16，M20，M22，M24，M27和M30。焊缝的强度设计值（N/mm2）焊缝连接强度设计值（N/mm2）焊接方法和焊条型号构件钢材对接焊缝角焊缝牌号厚度或直径（mm）抗压焊缝等级为下列等级时，抗拉抗剪抗拉、抗压及抗剪一、二级三级自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q23516215215185125160>16~40205205175120>40~60200200170115>60~100190190160110自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q34516310310265180200>16~35295295250170>35~50265265225155>50~100250250210145（四）设计荷载1．恒荷载金属屋面＋檩条＋天沟，防水等：0.50kN/m2悬挂荷载根据强弱电、暖通专业提供的设备重量和布置位置及马道的平面布置输入悬挂荷载位置、数量及质量统计。结构构件自重由程序自动计算确定。2．活荷载《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定不上人屋面活荷载标准值取0.5kN/m2，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）补充规定：对支撑轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载标准值应取为0.3kN/m2。故本次分析设计活荷载取为0.3kN/m2。雪荷载基本雪压：0.3kN/m2考虑不均匀积雪分布系数1.4。4．风荷载基本风压：0.45kN/m2地面粗糙度：B类风压高度系数：程序自动计算风振系数：2.0由于没有该工程的风洞试验报告材料，本次分析采用四种风荷载工况。风载1体型系数如图4.1a所示，风载2体型系数如图4.1b所示，另外两种风荷载体型系数参照一些关于膜结构体型系数的近似计算方法进行计算，以模拟图4.1c、图4.1d所示风荷载作用情况。地震作用建筑抗震设防分类：乙类本地区抗震设防烈度：6度场地土类别：Ⅱ类设计地震分组：第二组场地特征周期：0.40s阻尼比：0.02温度作用＋25℃（升温温差）－25℃（降温温差）组合值系数：0.6（六）采用CAD/CAM集成技术进行管结构制作加工过程计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术是最近20～30年来迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机应用技术。它的出现，几乎推动了一切领域的设计革命，CAD/CAM技术的发展水平已经成为衡量一个国家自动化和工业现代化程度的重要标志之一。CAD/CAM技术在国外钢结构设计制作中得到广泛应用，由于空间钢结构制作工艺较一般钢结构复杂，CAD/CAM技术在国外空间结构设计制作中取得了很好的效果，加工制作精度非常高，如上海科技馆球形中庭金属结构的所有杆件均由国外设计、加工制作，在施工时能够顺利合拢，加工精度之高另国内同行惊叹。为了适应建筑技术迅速发展的形势，持续发挥“建筑业10项新技术”的引导作用，我国建设部2005年修订了“建筑业10项新技术”的内容，其中钢结构类新技术中第一条即为“钢结构CAD设计与CAM制造技术”，由此可见，CAD/CAM技术是我国钢结构制造技术近期的发展方向。钢结构CAD技术可以保证钢结构设计的准确性，提高设计效率，CAM技术则可显著提高钢结构加工效率、节省钢材，这两个技术的集成应用对于提高设计与施工速度和精度，降低工程成本有积极意义。图10.1目前管结构设计加工过程流程图 目前我国大部分管结构设计、加工过程制作如图10.1所示。第一步由设计单位生成管结构施工图纸（一般为蓝图或电子介质）；第二步通过大量的手工操作转化为加工图纸，这个过程不仅耗时，由于存在大量的手工操作，而且非常容易出错；第三步将加工图纸通过数控管相贯线切割机制造厂家或其它专业单位提供的软件将加工图纸转化为管相贯线加工数据，这个过程同样耗时，而且非常容易出错；第四步将相贯线加工数据输入到数控机床进行管相贯线切割。图10.2采用CAD/CAM集成技术进行管结构设计加工过程流程图 采用CAD/CAM集成技术进行管结构设计加工制作过程如图10.2所示。第一步是第一步由设计单位生成管结构施工图纸（CAD技术，一般采用电子介质）；第二步可以直接由管结构分析设计模型直接加工图，并生成构件加工数据直接输入到数控切割机进行管件加工制作。采用CAD/CAM技术省略了从施工图纸向加工图纸转化及由加工图生成构件加工数据的过程，由于省去了中间所有需手工操作的环节，因此不仅可以避免出现错误，还节省了转化加工图及加工数据所需的大量时间，这样即可以提供管结构的制造加工效率，也可以提高管结构的加工制造质量。 管结构CAD/CAM集成系统（STCAD）项目是上海市科技启明星计划支持的科研项目，由上海交通大学土木系负责研制开发，目前该技术已经在实际工程中得到很好的应用，我公司就采用这项技术进行管结构设计、制造，该技术的实施显著提高了钢结构加工制作效率及加工精度。在此以本工程为例说明使用STCAD进行管结构设计、制造加工的过程。 1．在STCAD系统中建立模型（可以直接导入CAD的三维模型或从其它设计软件的分析数据中直接提取模型，如果采用STCAD进行管结构优化设计时，直接使用分析设计模型即可），建立的模型。 2．在STCAD系统中定义桁架属性，区分桁架弦腹杆。 3．定义桁架杆件截面（STCAD具有对管结构杆件进行优化设计的功能，如果采用设计院提供的设计图纸，直接输入杆件截面即可）。 4．进行杆件及相贯节点强度（可以对原设计进行校核及对所有相贯节点强度进行近似验算，对节点强度验算部分参见报告第七部分内容。） 5．以桁架为单元计算杆件加工数据（对于一榀桁架只需一个命令即可生成该桁架所有加工数据。） 6．对支管进行套料，STCAD系统可以自动对支管进行优化套料，套料时考虑支管相贯线的相交嵌套，以达到最大限制地提高材料利用率。套料优化过程如图10.10、图10.11所示。图10.10为本工程中CHJ－1中所有支管加工数据读入到套料程序中，图中显示的图形为支管展开图，图10.11为套料后的结果，图10.12为套料结构的图形显示，图中显示的图形为每根管材原料内将下料的支管编号，支管编号与拼装图相对应。… 7．STCAD生成的套料后杆件下料数据可以直接输入国产大部分管相贯线数控切割机，对支管直接进行切割。 图10.13STCAD生成的下料数据输入数控管相贯线切割机切割过程示意切割过程中参考第8步中生成的报表，为每一根切出的杆件进行编号。生成杆件适用于六轴数控管相贯线切割机切割的下料数据的文本格式（简化版）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