对型钢混凝土结构深化设计的探讨
【摘要】论述了型钢混凝土结构中钢结构部分的深化设计，包括节点构造、焊缝连接、连接板、加劲板等的构造及连接，经过工程实践，施工工艺明确，具有良好的使用效果。
毕业论文网 【关键词】型钢混凝土深化设计 Xsteel软件 节点焊接 1 钢结构深化设计的意义 随着科技的发展新型材料的运用，现代钢结构在建筑上的应用越来越广泛。
钢结构为主体的建筑是现代空间结构发展的主流，大型桁架结构、膜结构及网架结构普遍应用在大型公共建筑中。
钢结构的每一个构件的加工都需要在型钢结构加工厂进行，它的每一个构件都需要加工图纸，即所谓的钢结构详图设计。
钢结构详图的设计不是简单的对构件的拆图工作，而是对图纸的二次深化过程。
钢结构详图的正确与否、精确与否，直接关系到钢结构构件安装的精度，关系到钢结构的质量。
2 型钢混凝土结构的特点 型钢混凝土结构亦称劲性钢筋混凝土结构或包钢混凝土结构，是在型钢结构的外面包裹一层混凝土形成的钢一混凝土组合结构。
型钢混凝土结构与一般钢筋混凝土结构形式相比，具有以下特点： (1)型钢混凝土构件比同样外形钢筋混凝土构件的承载能力高出～倍以上，因而相同荷载情况下，采用型钢混凝土，可以减小构件截面尺寸，增加使用面积和降低层高。
有利于提高经济效益。
(2)型钢在浇筑混凝土之前已形成钢结构，且具有较大的承载能力，这有利于减少模板支撑，有些情况甚至无需设置支撑，可将模板直接悬挂在型钢上，这样可以降低模板支撑费用，且加快施工速度。
由于无需临时立柱，也为设备安装提供了可能。
(3)型钢混凝土结构与钢结构相比，耐火性能和耐久性能优异，同时由于外包混凝土参与工作，和型钢结构共同受力，因此还可节省钢材。
(4)型钢混凝土尤其是实腹式型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，因而具有良好的抗震性能。
3 钢结构加工详图的深化设计 3．1 深化设计采用的软件 钢结构深化设计采用的软件主要有：Xsteel设计软件，AUTOCAD软件等。
3.2 深化设计依据 钢结构深化设计主要依据：设计院土建施工图纸、钢结构施工图纸、《钢结构设计规范》(GB50017―2003)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99～98)、《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》(JGJ82―91)、《建筑钢结构焊接规程》(JGJ81―2002)、《钢结构防火涂料应用技术规程》(CECS24―90)、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)、《钢桁架检验及验收标准》(JG9—l999)、《钢桁架质量标准》(JG8―1 998)、施工组织设计。
3．3 深化设计流程 审阅土建钢结构施工图一采用Xsteel设计软件建模一转化成AUTOCAD平面图一深化设计图一审图一出图。
3．4 深化设计内容 钢结构构件分为两部分：一是主体部分，如焊接钢梁钢柱的翼缘及腹板、圆柱的柱体及轧制型钢梁柱等；二是附属及加强部分，如连接板、加劲板、吊耳、连接耳板等。
3．4．1 节点设计 (1)节点设计原则 建筑钢结构的节点连接承载力应高于构件截面的承载力。
(2)安装单元的划分 工地接头应考虑人体焊接最适宜、最舒适的位置及安装方便为原则，柱设于主梁项面1．0～1．3m处，梁为每跨一个安装单元，根据现场塔吊吊重也可以分段，其接头位置应在跨中1／3一l／4范围内。
采用带悬臂梁段的安装单元时，悬臂梁段的长度视梁的荷载和跨度而定，框筒结构采用带悬臂梁段的柱安装单元时，梁的接头可设置在跨中。
(3)构件的焊缝连接 等强连接的对接接头，拼料长度要求大于300 mm，纵横方向的对接焊缝错开大于200mm，焊接组合箱形梁、柱的纵向焊缝，宜采用全焊透或部分焊透的对接与角接组合焊缝，其中角焊缝加强全熔透焊缝或部分熔透焊缝对接焊缝。
当要求与母材等强的焊接连接及框架节点塑性区段的焊接连接采用全熔透焊缝，其它情况采用部分熔透焊缝，要求全焊透时，应采用垫板单面焊，焊接组合H形梁、柱的纵向连接焊缝，当腹板厚度大干20mm时，宜采用全焊透或部分焊透对接与角接组合焊缝，其中角焊缝加强全熔透焊缝或部分熔透焊缝对接焊缝；箱形柱与隔板的焊接，应采用全焊透焊缝。
焊接钢管混凝土组合柱的纵向和横向焊缝，应采用双面或单面全焊透接头形式；柱、梁的对接均采用等强连接，其连接形式为全熔透焊缝。
(4)安装单元的节点连接 ① 梁与柱的连接 框架梁与柱的连接采用柱贯通型，在互相垂直的两个方向都与柱刚性连接的柱，宜采用箱型截面 当框架梁与柱翼缘刚性连接时，梁翼缘与柱应采用全熔透焊缝连接，梁腹板与柱应采用摩擦型高强度螺栓连接。
梁翼缘与柱焊接时，应全部采用全熔透坡口焊缝，并按规定设置衬板。
翼缘坡口两侧设置引弧板，在梁腹板上下端应作扇形切角，其半径r取35 mm，扇形切角端部与梁翼缘连接处，应以r=10 mm的圆弧过渡，衬板反面与柱翼缘相接处宜适当点焊固定。
② 柱与柱的连接 箱形柱其角部的组装焊缝宜应为部分熔透的V形或U形焊缝，焊缝厚度不小于板厚的l／3，并不应小于14mm，抗震设防时不应小于板厚的1／2。
当梁与柱钢性连接时，在框架梁上、下600mm范围内，应采用全熔透焊缝。
十字形柱应由钢板或两个H型钢焊接而成，组装的焊缝应采用部分熔透的K形坡口焊缝，每边焊接深度不应小于1／3板厚。
工字形柱在工地的接头，翼缘接头宜采用坡口全熔透焊缝，腹板可采用高强度螺栓连接。
当采用全焊接接头时，上柱翼缘度应开V形坡口，腹板应开K形坡口。
非抗震设防时采用半熔透焊缝，坡口焊缝的有效深度不宜小于厚度的l／2。
下节箱形柱的上端应设置隔板，并应与柱口齐平，厚度不宜小于1 6 mm，其边缘应与柱口载面一起刨平，柱在工地的接头上下侧各100mm范围内，截面组装焊缝应采用坡口全熔透焊缝。
柱需要改变截面时，柱截面高度宜保持不变，而改变其翼缘厚度，当需要改变其截面高度时，变截面的上下端均应设置隔板，变截面两端距粱翼缘不宜小于15Omm。
十字形柱与箱形柱相连处，在两种截面的过渡段中，十字形柱的腹板应伸入箱形柱内，其伸入长度应不小于钢柱截面高度加200mm。
③ 梁与梁的连接(桂带悬臂段与梁的连接) 翼缘采用全熔透焊缝连接，腹板用摩擦型高强度螺栓连接翼缘与腹板用摩擦型高强度螺栓连接；翼缘和腹板采用全熔透焊缝连接。
3．4．2 附属部分设计 (1)加劲肋、补强板的设计 当框架梁端垂直于工字形柱翼板与柱刚接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲筋；垂直于工字形柱腹板与柱刚接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲筋，在梁高范围内设置柱的竖向连接板。
对于抗震设防的结构，水平加劲肋／横向加劲筋(竖向连接板)应与梁翼缘(腹板)等厚；对于非抗震设防的结构，其厚度不得小于梁翼缘(腹板) 厚度的1／2并应符合板件宽厚比限制；其中心线应与梁翼缘(腹板)的中心线对准。
在抗震设防的结构中，水平加劲肋与柱翼缘焊接时，宜采用坡口全熔透焊缝，与柱腹板连接时可采用角焊缝；当梁端垂直于工字形柱腹板平面焊接时，横向加劲肋与腹板的焊接应采用坡口全熔透焊缝。
当柱两侧的梁高不等时，每个梁翼缘对应位置均应设置柱的水平加劲肋，加劲肋间距不应小于150 mm，且不应小于水平加劲肋的宽度，当不能满足此要求时，应调整梁的端部高度，此时可将截面高度较小的梁腹板高度局部加大，腋部翼缘的坡度不得大于1：3，当与柱相连的梁在柱的两个相互垂直的方向高度不等时，同样也应分别设置柱的水平加劲肋，其厚度与焊缝要求与前述相同。
由柱翼缘与水平加劲肋包围的节点域，当节点域不满足抗剪强度时，对工字形组合柱宜将柱腹板在节点域局部加厚，对H形钢柱，可在节点域加焊贴板，贴板上下边缘应伸出加劲肋以外不小于l 50 mm，并用不小于5 mm的角焊缝连接贴板，与柱翼缘可用角焊缝或对接焊缝连接。
上节箱形柱安装单元的下部附近，应设置上柱隔板，其厚度不宜小于1 0 mm。
在下节箱形柱下端应设置隔板，与柱口齐平，厚度不应小于l6 mm。
型钢混凝土柱中型钢柱的加劲肋布置除了按型钢结构构造配置以外，为保证梁端内力更好地传递，型钢混凝土柱应在梁上下边缘位置处设置水平加劲肋，考虑到便于梁内纵向钢筋贯穿节点以尽可能减少纵向钢筋穿过柱型钢的数量且应尽量使梁内钢筋穿过型钢腹板而不穿过型钢翼缘。
型钢混凝土框架梁在支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处应在型钢腹板两侧对称设置支承加劲肋；开孔型钢混凝土梁的孔位宜设置在剪力较小截面附近且宜采用圆形孔，当孔洞位于离支座1／4跨度以外时圆形孔的直径不宜大于0．4倍梁高且不宜大于型钢截面高度的0．7倍，当孔洞位于离支座1／4跨度以内时圆孔的直径不宜大于0．3倍梁高且不宜大于型钢截面高度的0．5倍，孔洞周边宜设置钢套管管壁厚度不宜小于梁型钢腹板厚度套管与梁型钢腹板连接的角焊缝高度宜取0．7倍腹板厚度腹度：腹板孔周围二侧宜各焊上厚度稍小于腹板厚度的环形补强板，其环板宽应取75 mm～125 mm。
钢骨穿孔径一般比钢筋直径大4 mm～6mm，钢骨中纵横两个方向穿筋孑L的位置至少错开一个孔径。
(2)连接板的设计 在柱的工地接头处应设置安装耳板，耳板厚度应根据阵风和其它的施工荷载确定，并不得小于10 mm，安装耳板宜设置于一个柱子的两侧或柱接头受弯应力最大处，安装耳板应与构件采用角焊缝焊接牢固。
吊耳的设置一般应尽量放在构件的重心处，使构件吊装过程保持平衡。
其厚度应能承受构件自重的一倍左右。
吊耳孔一般40 mm。
背板是钢梁高强连接用连接板，一般为两块，为钢梁腹板厚度的1／2。
4 结语 参照上述型钢混凝土结构中钢结构深化设计流程，采用XsteeI设计软件，建立三维模型，对萍乡安源大剧院钢结构工程中的钢结构进行了深化设计，钢构件按深化详图进行加工现场装配，安装合格率达到100％，没有出现由于设计所产生的偏差。