宋城舞台钢结构深化设计学士学位论文.docx

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宋城舞台钢结构深化设计学士学位论文

毕业设计（论文）

题目：

宋城舞台钢结构深化设计

系（分院）：

路桥专业：

钢结构建造技术

姓名：

张明荣

指导教师：

郑刚兵

2015年5月12日

摘要:

当今的建筑也得飞速发展，钢结构的发展应运而生，现代建筑行业中钢结构建筑目前已经从工业建筑到民用建筑的发展，在日趋发展的今天钢结构离我们生活很近，由于加工方便施工方便，抗震能力较强的缘故，受到现代人的青睐,随着现代钢结构体系和规模的快速发展,

越多钢结构图纸深化设计工作也显得越来越重要且普遍。

但由于人们长期以来认为钢结构深化设计工作只是简单地对原设计图纸的拆，对该项工作并没引起足够的重视以至于造成设计与施工脱节、工程成本增加等问题。

所以如何做好钢结构工程的深化设计,是每个深化设计人员的职责，做好深化设计阶段工程成本的控制和节约，从而提高钢结构施工经济的可行性。

关键词：

深化设计；TEKLA；CAD

目录

摘要..................................................................1

1、编制依据.........................................................3

2、工程概况..........................................................4

3、钢结构设计..........................................................4

3.1判断结构是否适合用钢结构.........................................4

3.2内力计算.......................................................4

3.3构件设计.......................................................8

4、深化设计........................................................9

4.1深化设计目的.....................................................9

4.2详图软件的选定...................................................9

4.3深化出图........................................................9

4.4深化设计保证措施.................................................12

5、图纸编制...........................................................13

6、总结.............................................................14

参考文献...........................................................14

1、编制依据

1、《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84 

2、《建筑物荷载规范》GB50009-2001 

3、《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91 

4、《钢结构设计规范》GBJ17-88 

5、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ11-89 

6、《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001 

7、《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2001 

8、《建筑结构荷载规范》GBJ9-87 

9、《网架工程质量检验评定标准》JGJ78-91 

10、《钢结构工程质量检验评定标准》GBJ50221-95 

11、《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-91 

12、《钢结构高强螺栓连接的设计、施工验收规范》JGJ82-91 

13、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95 

14、《防腐标准》ISO/ZH12944 

15、《钢铁结构构件防腐保护涂层应用指南》BS5493：

1997 

16、《多功能钢铁表面处理液通用技术条件》GB/T13612-1990 

17、国家及浙江省各项现行建设工程施工工艺标准、验收规范及有关规定

18、建筑法等国家现行建设管理法规

19、本企业的特点、现状、施工技术管理力量

20、我公司的质量手册、程序文件、内部文件等管理制度

2、工程概况

工程名称：

宋城钢结构舞台  

建设单位：

杭州宋城集团

设计单位：

浙江中南钢构

工程建设地点：

浙江杭州宋城主题公园。

工程质量等级要求：

一次交验达到合格。

建筑特征：

大跨度歌剧院

结构特征：

全钢结构建筑 

建筑用料：

地面抹平铺砖，外墙面挂网批挡贴砖，内墙面、天棚、批挡、扇灰、乳胶及涂料，铝合金门窗，金属栏杆，屋面泡沫砼保温，砂浆找坡，找平，防水，铺砖。

3、钢结构设计

3.1判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。

直观的说：

大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。

这是和钢结构自身的特点相一致的。

所以本工程属于大跨度歌剧院.3.2内力计算

结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要.对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。

在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。

同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。

其理论与技术大都成熟。

亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。

经过软件计算,得出如下结果:

3D3S计算书:

同济大学3D3S软件

*****独立基础设计计算书*****

工程名：

设计单位：

计算人：

计算时间：

WedJan2608:

42:

462011

工程负责人：

检查：

审核：

[计算条件]

相应于荷载效应标准组合时的基础反力:

轴力NC=504.32kN

X向:

剪力Vx=-4.10kN弯矩Mx=0.00kN*m

Y向:

剪力Vy=-3.32kN弯矩My=0.00kN*m

相应于荷载效应基本组合时的基础反力:

轴力NC_1=644.19kN

X向:

剪力Vx_1=-5.31kN弯矩Mx_1=0.00kN*m

Y向:

剪力Vy_1=-4.43kN弯矩My_1=0.00kN*m

基础形式:

锥形

基底以上土的重度γm=20.00kN/m3

基底以下土的重度γ=18.00kN/m3

地基承载力特征值fak=100.00kPa

地基承载力修正系数ηb=0.0ηd=1.0

基础反力作用点处标高为0.000m

基础反力作用点处至基础底面的高度H=1200mm

基础埋深d=1.200m

基础高度h=600mm

基础边缘高度h1=300mm

底面长边长B=2500mm底面短边长L=2500mm

柱子长边长l=1050mm柱子短边长w=1050mm

其他尺寸l1=50mml2=50mmw1=50mmw2=50mm

柱子中心相对于基础中心的偏心值:

ex=0mmey=0mm

混凝土标号:

C25

受力纵筋型号:

HRB335（20MnSi）

基础底面面积A=2.50x2.50=6.25m2

基础底面的抵抗矩Wx=2.50x2.50x2.50/6=2.604m3

基础底面的抵抗矩Wy=2.50x2.50x2.50/6=2.604m3

基础体积V=3.581m3

基础自重和基础上的土重Gk=25.0x3.581+20.0x（2.50x2.50x1.20-3.581

+1050/1000x1050/1000x0.00=167.91kN

修正后地基承载力特征值fa=100.00+0.0x18.0x（3.00-3）+1.0x20.0x（1.20-0.5）=114.00kPa

地基承载力验算：

基底处平均压力值pk=（NC+Gk）/A=（504.32+167.91）/6.25=107.56kPa

修正后地基承载力特征值fa=114.00kPa

基底边缘的最大压力值pmax=（NC+Gk）/A+（Mx+Vx*H-NC*ex）/Wx+（My+Vy*H-NC*ey）/Wy=（504.32+167.91）/6.25+fabs（0.00+-4.10x1.20-504.32x0.000）/2.604+fabs（0.00+-3.32x1.20-504.32x0.000）/2.604=110.98kPa

修正后地基承载力特征值1.2fa=136.80kPa

基底边缘的最小压力值pmin=（NC+Gk）/A-（Mx+Vx*H-NC*ex）/Wx-（My+Vy*H-NC*ey）/Wy=（504.32+167.91）/6.25-fabs（0.00+-4.10x1.20-504.32x0.000）/2.604-fabs（0.00+-3.32x1.20-504.32x0.000）/2.604=104.14kPa

抗冲切验算：

基底净反力NC_1/A+（Mx_1+Vx_1*H+NC_1*ex）/Wx+（My_1+Vy_1*H+NC_1*ey）/Wy=107.56kN/m2

实际值Fl=107.56x0.396=42.60kN

设计值Flr=0.7x1.0x1270.00x1605.0/1000x555.0/1000=791.90kN

验算结果:

满足

底板配筋：

考虑荷载分项系数的基础自重和其上的土重G=1.20xGk=201.49kN

长边方向配筋控制截面为柱与基础交接处截面,短边方向配筋控制截面为柱与基础交接处截面

轴力和X向弯矩作用下:

PNMAX1=（NC_1+G）/A+（Mx_1+Vx_1*H）/Wx=137.76kPa

PNMIN1=（NC_1+G）/A-（Mx_1+Vx_1*H）/Wx=132.86kPa

PN1=136.34kPa

M1_1=1/12x（2.50-1050.0/1000）x（2.50-1050.0/1000）/4x[（2x2.50+1050.0/1000.0）x（137.76+136.34-2x201.49/6.25）+（137.76-136.34）x2.50]=55.704kN*m

M2_1=1/48x（2.50-1050.0/1000）x（2.50-1050.0/1000）x（2x2.50+1050.0/1000.0）x（137.76+132.86-2x201.49/6.25）=54.628kN*m

Y向弯矩作用下:

PNMAX1=（My_1+Vy_1*H）/Wy=2.04kPa

PNMIN1=-（My_1+Vy_1*H）/Wy=-2.04kPa

PN1=0.86kPa

M1_2=0.0kN*m

M2_2=1/12x（2.50-1050.0/1000）x（2.50-1050.0/1000）/4x[（2x2.50+1050.0/1000.0）x（2.04+0.86）+（2.04-0.86）x2.50]=0.898kN*m

长边方向配筋:

M1=M1_1+M1_2=55.704kN*m

As1=55.704x1000000/（0.9x300.0x555.0）=371.7mm2

实配Φ16@200,实配钢筋面积2513.3mm2

短边方向配筋:

M2=M2_1+M2_2=55.526kN*m

As2=55.526x1000000/（0.9x300.0x（555.0-16））=381.5mm2

实配Φ16@200,实配钢筋面积2513.3mm2

基础柱配筋：

按双向偏心受压构件计算

（1）按X向偏心受压构件计算

M=fabs（0.00+-5.31x（1.20-600.0/1000.0））=3.186kN*m

F=NC_1/2=322.10kN

e0=9.891mm

ea=0.12x（0.3x1015.0-9.891）=35.353mm

ei=e0+ea=45.245mm

e=535.245mm

x=F/fc/b=1000x644.19/11.9/1050.0=25.8mm

因为x<70,As=0.0mm*mm

验算最小配筋率0.0/1050.0/1015.0=0.0000<0.002,不满足

As=0.002x1050.0x1015.0=2131.5mm*mm

X向实配Φ20+17Φ12

（2）按Y向偏心受压构件计算

M=fabs（0.00+-4.43x（1.20-600.0/1000.0））=2.658kN*m

F=NC_1/2=322.10kN

e0=8.252mm

ea=0.12x（0.3x1015.0-8.252）=35.550mm

ei=e0+ea=43.802mm

e=533.802mm

x=F/fc/b=1000x644.19/11.9/1050.0=25.8mm

因为x<70,As=0.0mm*mm

验算最小配筋率0.0/1050.0/1015.0=0.0000<0.002,不满足

As=0.002x1050.0x1015.0=2131.5mm*mm

Y向实配Φ20+17Φ12

箍筋实配Φ6@180

3.3构件设计

构件设计首先是材料的选择.比较常用的是Q235和Q345.当强度起控制作用时,可选择Q345;稳定控制时,宜使用Q235.通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑,也可以选择不同强度钢材的焊接组合截面（翼缘Q345，腹板Q235）另外，焊接结构宜选择Q235B或Q345B当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。

部分软件可以将不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级自动重新验算，直至通过，如sap2000等。

上述计算的用量如表1.1

表1.1

4深化设计

  4.1、深化设计目的

        钢结构深化设计的目的主要体现以下方面：

（1）、通过深化设计，将原设计的施工图纸转化为工厂标准的加工图纸，使杆件和节点进行归类编号，加工形成流水加工，大大提高加工进度。

（2）、通过深化设计，得出杆件的实际应力比，比较原设计使有的截面，使杆件的截面可以适当进行改进，以降低结构的整体用钢量。

（3）、通过深化设计，对结构的整体安全性和重要节点的受力进行验算，确保所有的杆件和节点满足设计要求，确保结构使用安全。

（4）、通过深化设计，对杆件和节点进行构造的施工优化，使杆件和节点在实际的加工制作和安装过程中能够变得更加合理，提高加工效率和加工安装精度。

 4.2、详图软件的选定

深化设计出图软件可采用的有AUTOCAD、TeklaStructures、PKPM-STXT、等详图制图软件。

均能进行三维建模，各自有各自的特点。

TeklaStructures在赋予构件截面特性、实现单线实体化方面具有很大的优势，不但速度快，而且可以对其截面特性进行详细直观的描述。

XSTEEL主要适用于规则的多、高层结构，其对曲线形构件的建模是通过短折线来近似模拟，而其节点类型也均是针对多、高层结构节点设置的。

AUTOCAD无论是平面、还是三维空间，绘图建模功能均很强大，其在实现单线、实体等方面都有独特的功能，针对异型构件、节点方面更能体现其优越性，针对弧形构件可以非常准确的实现。

该软件的应用也复合常规公司的建模深化习惯。

PKPM-STXT三维空间实体建模也简捷易用。

本工程基于实际情况和公司惯例，采用TeklaStructures建模，AUTOCAD调图

  4.3、深化设计出图

        一般工程深化设计范围主要包括以下内容：

（1）、结构整体验算，对节点进行适当的优化；

（2）、钢结构与土建混凝土相搭接的所有埋件的深化设计；

        （3）、柱、梁构件等钢结构深化设计；

        （4）、节点的深化设计（包括节点的优化、深化）；

        （5）、附属构件、节点的设计。

        3、深化设计的成果内容及图纸表达的深度

（1）、深化设计的成果至少（但不限于）包括以下内容：

        ①、图纸目录；

        ②、钢结构设计总说明；

        ③、构件清单；

        ④、三维轴侧图；

        ⑤、平、立面布置图（必要时要作出剖面布置图）；

        ⑥、构件和节点加工详图；

        ⑦、零件详图；

        ⑧、其他需要表达的内容。

（2）、深化设计图纸的表达至少（但不限于）要达到如下要求的深度：

        ①、图纸目录，图纸清单至少应包含以下内容：

        应注明详图号；

        构件号、数量、重量、构件类别；

        图纸的版本号以及提交的日期；

        其它资料。

        ②、钢结构设计总说明，主要应包含以下内容：

        工程概况及设计依据（主要为遵照的设计、施工规范、规程）；

        钢材、焊接材料、螺栓、涂料等材料选用说明及依据；

        加工、制作、安装及涂装（包括防火）的技术要求和说明；

        焊接、除锈、涂装等工艺的质量要求；

        加工、制作、安装及涂装（包括防火）需要特别强调的事宜；

安装料表，编制布置图，如图1-1所示：

图1-1

Tekla可以自动生成构件详图、零件详图以及整体布置图。

在出图前，应先把图纸属性统一调整，比如尺寸标注、文本标识等，这样出来的图纸就不会因为标识太小而影响加工。

出加工详图有两种方法，一是可以选中构件全部出图，统一调图；二是可以先出一张构件图调好图纸以后，再把相似构件克隆出来。

克隆好的图纸需检查孔尺寸偏移，剖面符号偏移，零件标记错位或消失，多尺寸，少尺寸等，有时比新标一张图纸还要仔细的检查。

出图后的部分图纸，图1-2，图1-4

图1-2

图1-3

4.4、深化设计保证措施

深化设计是钢结构工程中的一个关键工序，必须在保证质量的同时，兼顾加工制作和安装的工期进度，因此深化设计有一定的难度，深化设计工作必须统筹协调，确保工程目标实现。

        1、深化设计手段

        1）、尽量采用先进详图软件空间三维建模；

        2）、采用专用程序进行细部节点的构造分析；

        3）、全电脑出图；

        4）、采用二校三审图面质量管理。

5、图纸编制

钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图由设计单位提供，施工详图通常

由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。

由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。

1.设计图:

是提供制造厂编制施工详图的依据.深度及内容应完整但不冗余.在设计

图中,对于设计依据、荷载资料（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材质要求、设计要

求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等）、结构布置、构件截面选用以

及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的

意图。

主要材料应列表表示。

2.施工详图:

又称加工图或放样图等.深度须能满足车间直接制造加工.不完全相同的另

构件单元须单独绘制表达，并应附有详尽的材料表.

5、总结

钢结构深化设计流程如图1-4所示

图1-4

参考文献

[1]夏绪勇、马恩成、陈玉林：

钢结构详图软件的开发与功能介绍[A]《第十四届全国工程设计计算机应用学术会议论文集》;2008年出版。

[2]杨老纪，梁海利：

《Autocad20011三维建模入门与实例解析》；机械工业出版社2011年

[3]苏翠兰《钢结构详图设计快速入门——Tekla软件实操指南与技巧》；中国建筑工业出版社出版2010年

[4] 蔡婷.展望钢结构住宅的发展趋势.[建筑技术开发].2003年.第30卷 第12期 

[5]《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001 

[6] 沈祖炎、陈扬骥、陈以一.钢结构基本原理.第二版.北京.中国建筑工业出版社.2005.2