? 试论钢结构详图设计吴小勤 目前国内钢结构设计采取了与国际接轨的设计分段模式，分两阶段设计：即钢结构设计图和钢结构施工详图两阶段。钢结构设计图由具有设计资质的设计单位完成，设计图的内容和深度满足编制钢结构施工详图的要求。钢结构施工详图（即加工制作图）一般应由加工制作单位完成，是根据钢结构设计图，充分考虑每一构件间的相互连接而编制组成结构构件的每个零件的标准细部尺寸、材质要求、加工精度、工艺流程要求、焊缝质量等级等的详细放样图，它应一并考虑运输和安装能力确定构件的分段和拼装节点。实现钢结构工厂化批量生产，缩短工期，提高效率。 1 钢结构详图的重要性钢结构详图是钢结构设计蓝图转化钢结构产品的桥梁，在钢结构工厂化批量生产的今天起着越来越重要的作用。钢构详图不仅成为几何学的情报，也拥有技术性的情报。钢结构详图设计者首先应遵循钢结构设计蓝图，理解设计意图。这就要求详图设计者必需熟读设计图纸，把蓝图上平面表现的各种线条在头脑里转化为空间的立体结构。这中间一旦某个环节出了差错，就可能造成构件无法安装或者安装错误，给结构安全造成不良后果。钢结构详图设计者可以对设计图纸不合理的做法发挥施工单位的施工现场经验加以改进，达到设计院的理论与施工单位实际经验相结合的目的；还可以校核设计院一些图纸相矛盾等的错误，在工程施工前提前提出解决，避免造成不必要的损失。钢结构详图设计者还要了解设计规范，掌握其中连接计算和构造要求方面的内容，对常用结构的受力特点，连接节点形式有充分的了解，这样设计出来的连接形式、节点作法才能符合设计模型的计算假定，符合有关规范的要求。不合理的节点构造设计，除了会改变结构的受力特征外，往往还可能引起应力集中、产生过大的残余应力和残余变形，给结构造成很大的安全隐范。具相关统计，由于节点连接不合理造成的事故占钢结构工程事故的比例高达约20%。[1] 因此，钢结构详图设计的重要性并不亚于钢结构设计，然而，通过近几年对钢结构设计、施工现状的调查与了解，发现业界对钢结构详图设计的重视程度不容乐观。 2 钢结构详图设计的现状业主单位对钢结构详图缺少必要的了解，认为已经有设计院的蓝图就已经满足施工要求，所谓加工详图是钢结构加工单位的事情，认为可有可无，在施工合同中即不考虑详图设计费用，也不考虑详图设计所需时间，往往施工合同刚签订，就要求车间马上投产。造成这种情况和我国国情有关，建国初期国家因生产需要，为了抢时间赶进度，合并设计周期，设计院出的图纸比一般钢结构设计图深度深，但仍不能达到直接指导生产的程度，剩下详图设计工作由钢结构加工企业的工艺技术人员和有经验的工程师完成。 目前我国钢结构制作单位的现状是，有的钢结构制作企业没有专门的详图设计人员，有的虽然有专门的拆图部门，但详图设计人员的素质普遍较低，多是刚毕业的学生，实际工作经验很少，还有的人员不是结构专业，仅仅只会CAD绘图，只会依照设计图进行放样。[2] 3 钢结构详图设计内容通常，一套完整的钢结构详图应包含图纸目录、设计总说明、构件布置图、构件详图。总说明应包含工程概况、材料要求、焊缝等级及质量要求、构件制作要求、涂装要求、安装要求（如高强螺栓应提供初扭、终扭扭矩要求）等需要说明的内容，表达应明确、清晰、简洁。 构件布置图应根据工程实际情况灵活分布，布置图应表述清晰准确，详图构件编号与布置图表达内容相符，以方便现场施工人员吊装。 构件详图应选择最有代表性的立面做主视图，在构件视图中应包含构件安装位置、方向，所示视图应能完整表达构件特征。构件中各种材料编号正确，图中注明螺栓规格、孔径、焊缝形式、大小、坡口形式。对于超长、超重构件需要确定分段位置，分段位置确定时应首先考虑运输车辆、起重设备的能力，再考虑材料的合理利用、接头处焊缝位置的错开等问题。[3] 4 钢结构详图设计工具软件详图设计离不开工具软件，常用软件有Xsteel、Tekla Stuctures和Autocad，其它辅助软件有天正结构、探索者、Turetable等。 Xsteel、Tekla Stuctures软件是目前使用较多软件，采用3D建模，可以实现全过程多人合作，在建模过程中可以检查节点、构件的位置，材料表、构件统计表、图纸等均可自动创建生产。优点是大大降低画图劳动强度，较大程度避免人工绘图造成的尺寸错误；其自动生成详细的零件清单，。其缺点是构件编号多，出图量大，改图麻烦，3D详图软件价格较高、操作较复杂，需要较长时间的学习实践，适用于多层高层，复杂的钢结构工程。目前市场上大部分都采用这种软件。 Autocad是也是常用的详图设计软件，但该软件的操作基于2D模型，自带基本元素不足，很多功能缺乏，需要与其它软件结合以及人工的辅助才能完成，因此绘图时间长，图纸的出错率较高，劳动强度大。优点是出图量可灵活掌握，图面及表达可自由布置。简单的门式刚架一般用Autocad画图，用Excel统计数量，结算。目前使用越来越少。 5 钢结构详图设计前准备工作无论是采用3D建模的软件还是Autocad软件，最终图纸的审核还是由技术人员控制，笔者根据多年工作经验，通过以下方面的预先控制可较好保证详图的准确性。 拿到设计图纸首先应仔细理解设计者的意图，对设计图的理解包含两个方面：①对设计概念性的理解；②考虑把设计图纸转化为实际构件制作过程中的复杂程度和可行性考量，钢结构设计图多由钢结构设计软件（PKPM，3D3S等）设计而成，并自动生成设计图纸，有些设计人员经验不足，设计中常出现一些问题：a.一个工程材料规格、种类很多，还有一些不常用、不易采购的材料，遇到这些问题应及时提出材料代用申请，防止对工程的一些不必要的浪费；b.一些节点设计不合理或难以实现；c.建筑图与结构图纸相矛盾，结构图内部尺寸相矛盾；d.设计图技术要求中过低、过高或多余条款；e.构件过长、过高无法运输，遇到这些问题应及时与设计人员或业主沟通，探讨进行适当的变更，改善工艺性，以便下步制作顺利进行。 其次编制合理绘图计划，详图设计工作应与施工组织紧密配合，特别是大型钢结构项目，应根据施工进度安排进行详图设计、组织材料采购、生产、成品发运，结合现场土建的施工进度分批出货、构件到场要相配套，构件安装成一个稳定体系，避免造成安全隐患。不能出现施工单位在安装中因钢梁、系杆、支撑、檩条未运至现场，为赶进度仅安装独立钢柱，且没有采取揽风绳等完善的安全保障措施，极易发生在突发强风荷载作用下的钢柱扭断破坏事故。 6 钢结构详图设计技巧针对图纸中常见问题，主要通过认真理解设计图，图纸完成后仔细检查并通过图纸审核即可基本解决。一般钢结构厂房多采用彩钢板维护结构，在结构详图设计中应考虑彩钢板的安装，对于以下问题的提前考虑会大大减少图纸出错概率，或是与下道工序干涉。 （1）屋面天沟的布置，结合建筑图纸看天沟是采用内天沟还是外天沟，采用哪种材质，这种材质的天沟市场上有哪几种展宽，根据展宽是否要对天沟的高度和深度结合天沟展宽做适当的调整。然后再根据定好的天沟位置布置屋面檩托板位置。假如采用内天沟还要考虑落水管的位置要与系杆以及柱间支撑位置不能相冲突。 （2）檩条距离柱梁翼缘面要留10mm缝隙，以免檩条的转角处与檩托板的焊脚相碰撞。不要片面理解檩条上打拉条孔位时需考虑“受拉边、受压边”等因素，打出上下边不等距的孔，虽然图纸没错，但安装时极易装反，结果反而不利，因此宜将檩条上孔均打成对称孔。 （3）水平支撑上花篮螺栓位置要合理，不要偏离钢梁过远，应考虑安装方便，否则工人在安装时必须探出身体来拧紧或者爬梯上去，要么等檩条安装结束后爬上檩条拧紧，这样做非常不安全。水平支撑还易与隅撑位置相碰撞，设计时应提前考虑。由于水平支撑有花篮螺栓可以调节，所以尺寸相差在30mm范围内可以取平均值，避免种类太多运到工地现场不好找。 （4）高强螺栓布置要合理，需考虑扭矩器和扭矩扳手的施工操作空间，否则安装时因空间太小，扭矩器和扭矩扳手等工具无法就位，导致高强螺栓梅花头无法拧断或高强螺栓无法拧紧。 （5）高强螺栓连接板如果有可能，尽量采用上、下对称或左右对称的螺栓布置方式。曾经有工程中连接节点中采用上部4个下部6个，制作中车间工人在拼配连接板中不小心将一部分拼反，结果在现场无法拼装。[4] （6）抗风柱与钢梁的连接宜尽量采用弹簧板连接，因中间跨的梁安装后下挠较大，山墙的梁若采用螺栓与抗风柱顶紧连接，会造成屋面不平，中间低两端高。 （7）节点无加劲肋，这种情况有时是设计图中没有设计，应及时向设计人员提出，否者会导致后续制作中焊接时节点板变形，安装时节点板不能贴合，对于有摩擦面连接节点，造成摩擦面安装不能达到要求。 （8）梁、柱做系杆连接时，应将梁柱上连接板适当外伸到翼缘边，有的因系杆连接板太长，导致空间太小，系杆过长无法安装，有些框架结构的次梁也存在同样问题，如图1：系杆安装节点。  图1 系杆安装节点 （9）关联部位，有连接关系位置应注意检查相关构件的数量、位置。如屋面檩条布置图和钢梁详图要认真核对，常有布置图与详图檩条数量不符问题。还有柱网布置图与钢架布置图的尺寸不一致或规格不一致，应提出问题向设计院进行确认。 （10）当墙面采用带窗时，墙面檩托板加劲板应反向洞口方向。否者窗户安装时发生与加劲板干涉，无法通过，且带窗的檩条安装时应尽量采用沉头螺钉，也是防止同样问题。 7 结束语总之，钢结构详图设计是一个承前启后工作，不仅是对施工图的简单放样、分解，而是钢结构制作前的技术准备工作，是工程施工的第一道工序，是构件制作与安装的指导性文件。要求详图设计人员应有较高的理论知识和制作、安装的实践经验，要有全局意识和强烈的责任心，工作中认真负责，经常深入生产车间、安装工地现场，不断学习总结，才能很好的将理论与实践结合、将设计和工艺完美的结合，进而不断提高详图设计水平。 参考文献 [1]杨文柱，杨晓杰.论高层超高层钢结构详图设计、加工制作、安装施工的重点、难点及对策[A].中国钢结构协会（China SteelConstruction Society）、国家钢结构工程技术研究中心（NationalResearchCenterforSteelConstruction）.2012中国钢结构行业大会论文集[C].中国钢结构协会（China SteelConstruction Society）、国家钢结构工程技术研究中心（NationalResearch CenterforSteelConstruction），2012，6. [2]张丽丽，刘宇.论钢结构详图深化设计[A].土木工程建造管理:辽宁省土木建筑学会建筑施工专业委员会论文集[C].2012，3. [3]兰虹，杨臻，白民哲.钢结构详图设计的几点思考[J].陕西建筑，2010，09：20～23. [4]熊乐喜.浅谈建筑钢结构深化详图设计[J].中国建筑金属结构，2013，22：15. 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1673-0038（2016）17-0127-02 收稿日期：2016-4-3 |
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