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关于钢结构深化设计、计算分析和三维配筋
作者:管理员    发布于:2022-08-06 02:22:22    文字:【】【】【

  钢结构是由钢制材料组成的结构,是主要的建筑结构类型之一。在设计施工中,具有以下特点:

  钢材强度较高,弹性模量也高。与混凝土和木材相比,其密度与屈服强度的比值相对较低,因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小,自重轻,便于运输和安装,适于跨度大,高度高,承载重的结构。

  适于承受冲击和动力荷载,具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀,近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。

  钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。

  由于焊接结构可以做到完全密封,可以作成气密性,水密性均很好的高压容器,大型油池,压力管道等。

  当温度在150℃以下时,钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间,但结构表面受150℃左右的热辐射时,要采用隔热板加以保护。温度在300℃ -400℃时.钢材强度和弹性模量均显著下降,温度在600℃左右时,钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中,钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。

  特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中,容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料,且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构,需采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。

  钢结构深化设计即钢结构详图设计,在钢结构施工图设计之后进行,详图设计人员根据施工图提供的构件布置、构件截面、主要节点构造及各种有关数据和技术要求,严格遵守钢结构相关设计规范和图纸的规定,对构件的构造予以完善。

  根据工厂制造条件、现场施工条件,并考虑运输要求、吊装能力和安装因素等,确定合理的构件单元。最后再运用专业的钢结构深化设计制图软件,将构件的整体形式、构件中各零件的尺寸和要求以及零件间的连接方法等,详细地表现到图纸上,以便制造和安装人员通过查看图纸,清楚地了解构造要求和设计意图,完成构件在工厂的加工制作和现场的组拼安装。

  钢结构深化详图是结构设计与构件加工制作的联系桥梁,为钢结构加工制作厂和现场施工安装单位提供构件加工和安装必要的依据,并及时向建筑工程师和结构工程师反映工厂加工与工地安装中不可行的问题点,以及可行的解决方案,避免影响工程进度和质量,造成经济损失 。

  1.全套图纸的归档分类编号,构件、零部件的编号原则,材质的要求,特殊加工要求及质量要求,施工放样的基本原则、防腐及防火要求,储放和运输的条件等。

  2.施工安装图:各个构件在整个建筑中的位置和安装方法,一般包括平面图和立面图,它主要用于指导工地安装施工,同时也是对各个构件的安装是否碰撞的一个放样检查。也可供建筑设计和结构设计工程师对深化设计图进行检查和审核。

  3.构件加工详图、零部件加工详图 :零部件的切割、钻孔、刨边等的加工、构件的焊接组成加工,表面处理等。它是主要用于指导工厂制造加工的图纸和文件(狭义上的钢结构详图,即加工详图)。

  4.材料清单 :提供材料采购和预算的依据,以及加工的进度控制和管理。这类资料是加工管理的不可或缺的依据,加工单位可依据它进行加工组织计划、成本控制、进度管理等一系列的管理工作。

  5.深化后的焊接标准、节点详图 :依据结构设计的数据成果,在行业和国家的规范指导下,考虑加工制造单位的技术设备实际状况,提供给设计者进行检查和审核,向加工制造者提供加工作业的依据。

  Tekla Structures是一套多功能的三维智能建模软件,可以创建一个完整的三维模型,其特有的基于模型的建筑系统可以精确的设计和创建出任意尺寸的、复杂的刚结构三维模型,并且模型中包含加工制造以及安装时所需的一切信息。

  Tekla Structures可自动从创建的模型中生成加工详图,各类材料报表以及数控机床数据等。其创建的三维模型中所有梁、柱、板、螺栓等构件都是智能的,它们会自动对模型的修改做出调整。

  Tekla Structures不但提供了交互式的、非常易用的操作工具,而且提供海量的节点库。参数化节点的使用,既能满足通用化的要求,还能满足目前日益复杂的各式连接方式的需要,并且具备节点自动连接和构件节点碰撞校核功能。

  Tekla Structures支持多个用户对同一个模型进行操作。建造大型项目时可真正做到多人在同一模型中同一时刻协同工作。任何人添加新的杆件和节点,或修改已有杆件,数据文件都会自动更新,保证了所有的协同操作人员都在最新的结构模型中工作。

  Tekla Structures还包含有一系列的同其他软件的数据接口。这些接口可在设计的全过程中,有效的向上连接设计以及分析软件,向下连接制造控制系统,在规划、设计、加工和安装全过程实现了信息共享,避免了因信息不畅所导致的效率低下和工程风险。

  利用 Tekla Structures 2022中的自动化功能,提高协作速度、缩短工程工期、实现更顺畅的工作流,并制定有效决策。

  借助场外制造,可通过更优的工作流在工程初期做出决策、实现快速协作并缩短工期。迈入便捷体验的新时代,利用先进的无纸化工作流和高度自动化的制造改变您的建造方式。

  更高效地创建零件图、构件图和浇筑体图纸。我们扩展了 Tekla Structures 产品中的智能功能,为您提供一种更高效、更直接的方式来创建制造构件图。我们投资开发模型,以快速、高效和准确地生成文档。

  基于 Tekla Structures 的核心细部设计优势,现在可以使用装配功能创建钢筋笼,创建过程与钢和预制零件类似。该功能主要用于制造和装配设计 (DfMA) 或场外施工工作流,您现在可以对钢筋笼、管接头和埋件进行细部设计、编号、报告、记录和导出。

  使用无缝的间距工作流执行所有钢筋命令。根据一致反馈,我们在钢筋组上实施了相同的间距控制,从而对钢筋间距工作流进行了进一步简化。

  借助新的肢表面功能,无论制作的形状有多复杂,都可以在混凝土面上自动创建钢筋设置。该流程利用自动创建的水平和垂直层,这些层可通过标准编辑命令进行编辑。

  图纸的渲染速度更胜以往!现在,您可以享受类似于 CAD 的绘图速度和更高的平移与缩放性能。

  可以将为钢筋构件创建的新制造和对象数据添加到 IFC4 导出。属性窗格现在提供子类型,为 IFC4 导出提供了进一步的分类可能性。我们添加了特定于桥的 IFC4 导出功能,可通过基于模型的数字工作流进行桥设计和施工。

  桥创建器扩展改进了抛物线变动。现在,纵向抛物线变动可创建更复杂的几何形状。桥工程师可以创建抛物线,其中截面会根据抛物线方程沿整个长度变动。

  现在,您可以沿任何一条预定义的路径创建剖面图图纸。该功能可构建针对整个桥的整体可视化图纸,该图纸在工作中极为常用。可沿任何线(包括回旋曲线及蛇形折线)创建该剖面或标高。

  Tekla Structures 与 Quadri 之间的新连接器为道路和铁路设计人员提供了无缝的双向数据交换方式。您可以始终利用此最新的道路或铁路一致性工具,并在中央 Quadri 模型中共享您的桥。

  在 Tekla Structures 中即可使用新的 Embodied Carbon Calculator 来评估设计对环境的影响。使用动态计算工具快速比较各种结构选项,完成后,通过 OneClick LCA 链接获得经认证的隐含碳排放报告。

  结构的受力分析和计算涉及到结构力学。结构力学是固体力学的一个分支,它主要研究工程结构受力和传力的规律,以及如何进行结构优化。

  结构力学研究的内容包括结构的组成规则,结构在各种效应(外力,温度效应,施工误差及支座变形等)作用下的响应,包括内力(轴力,剪力,弯矩,扭矩)的计算,位移(线位移,角位移)计算,以及结构在动力荷载作用下的动力响应(自振周期,振型)的计算等。

  评定结构的优劣,从力学角度看,主要是结构的强度和刚度。工程结构设计既要保证结构有足够的强度,又要保证它有足够的刚度。

  强度不够,结构容易破坏;刚度不够,结构容易皱损,或出现较大的振动,或产生较大的变形。皱损能够导致结构的变形破坏,振动能够缩短结构的使用寿命,皱损、振动、变形都会影响结构的使用性能。

  结构动力研究的是结构在动力荷载作用下的振动问题。在动力荷载作用下,我们要考虑惯性力影响,和位移、内力、速度、加速度均随时间变化的影响。在动力分析中,结构一般包块特征值分析、反应谱分析、时程分析三大块。

  2.反应谱分析基于振型分解反应谱理论,是一种工程上最常用的计算地震作用下结构动力响应方法,但这种方法只限于线弹性结构,弹塑性阶段振型分解法不再适用。

  3.时程分析包括线弹性时程分析和弹塑性时程分析两大类,与振型分解法的主要区别在于采用实测的地震波输入结构计算结构的响应,弹塑性时程分析具体还可分为静力弹塑性时程分析(也称Pushover分析)和动力弹塑性时程分析两类。

  上述结构动力分析中,特征值分析和反应谱分析比较常用。而时程分析一般仅针对重要建筑以及体型非常复杂的建筑。小震水准下可进行结构线弹性时程分析,大震水准下需要采用结构弹塑性时程分析方法。

  结构内力指的是因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力。建筑构件通常承受的内力有轴力、剪力、弯矩、扭矩等。

  1.轴力:指与杆件轴线相重合的内力。当杆件受拉时,轴力为拉力,当杆件受压时,轴力为压力。

  2.剪力:又叫剪切力,指垂直于杆件的力。剪力会产生弯矩。对一个建筑杆件截面而言,剪力主要分布于截面中性轴。增加抗剪性能最直接的方法就是增加杆件宽度。

  3.弯矩:一般由剪力产生,多余有偏向的轴力也会产生。是使建筑构件产生挠度的主要原因。主要分布在建筑杆件截面远离中性轴的两端。故增加抗弯最直接的方法就是增加杆件高度。

  4.扭矩:造成杆件转动的内力。由于刚度及荷载不均产生。对建筑物而言是非常不利的内力。《高层建筑混凝土结构技术规程》中也规定,建筑前两阶振型中不应出现扭转,应通过调整杆件刚度避免建筑受扭。

  压型钢板楼板:按设计图示尺寸以铺设水平投影面积计算,柱、垛以及0.3㎡以内孔洞面积不扣除。计量单位为㎡。

  压型钢板墙板:按设计图示尺寸以铺挂面积计算。0.3㎡以内孔洞面积不扣除,包角、包边、窗台泛水等面积不另计算。计量单位为㎡。压型钢板楼板浇筑钢筋混凝土,混凝土和钢筋按混凝土及钢筋混凝土中的有关规定计算。

  每米的重量(Kg)=0.00617×钢筋的直径(mm)×钢筋的直径(mm),即钢筋重量与直径的平方成正比。同时钢筋理论重量(Kg)≈0.00785×截面面积【Π*钢筋半径(mm)*钢筋半径(mm)】

  2、f值:一般型号及带a的为3.34,带b的为2.65,带c的为2.26。

  3、e值:一般型号及带a的为3.26,带b的为2.44,带c的为2.24。

  Staad是Bentley的一款通用有限元结构分析与设计软件。使用Staad能确保按时、按预算完成任何复杂程度的钢结构、混凝土结构、木结构、铝结构和冷弯型钢结构项目。

  1)强大的三维图形建模与可视化前后处理功能:STAAD 本身具有强大的三维建模系统及丰富的结构模板,用户可方便快捷地直接建立各种复杂三维模型。

  2)超强的有限元分析能力:可对钢、木、铝、砼等各种材料构成的框架、塔架、桁架、网架(壳)、悬索等各类结构进行线性、非线性静力、反应谱及时程反应分析。

  3)设计梁、柱和墙:优化或分析梁、柱和墙的重力和横向载荷,以快速获得安全经济的设计。生成符合许多国际设计规格和建筑规范的设计。

  4)进行综合的数量统计:通过综合的物料统计和成本估算(按物料、大小和形状排列)深入了解混凝土设计备选方案。估算模板面积和预付成本。

  5)生成混凝土工程图和钢筋表:生成综合的钢筋工程图,包括自动钢筋标记、尺寸和注释,以及钢筋放置图,包括三维模型截面图、平面图和详图。自定义所有工程图,以符合您公司的标准。根据三维模型的更改自动更新工程图。

  6)遵循抗震要求:根据相关建筑规范设计和详细设计抗震系统,生成抗震载荷。在设计元素和设计框架及更大的结构系统(如果适用)时考虑这些作用力。在按比例分配和详细设计元素时,遵循所选设计规范的延展性要求。

  7)国际化的通用结构设计软件:程序中内置了世界 20 多个国家的标准型钢库供用户直接选用,也可由用户自定义截面库,并可按照美、英、日、欧洲等世界主要国家和地区的结构设计规范进行设计。

  配筋是指为增强混凝土承载力而在混凝土中设置钢筋并进行设计、加工、配置的作业过程。

  1.自然环境下配筋高强高性能混凝土的收缩徐变呈现早期发展较快,后期发展缓慢的特点,这与混凝土收缩徐变发展规律相一致;

  2.配筋混凝土的收缩徐变均小于素混凝土的收缩徐变。当配筋率较低时,其对收缩徐变的影响较小,在工程应用中,可以按素混凝土来对待;当配筋率较高时,其对收缩徐变的减小作用需进行具体的试验研究;

  3.通过对配筋混凝土的有限元分析以及和试验结果的对比可以得出,配筋混凝土的收缩应变分析中应考虑徐变的作用,忽略徐变的作用将对收缩应变产生较大的误差; 配筋率的大小对徐变的影响也不同,配筋率越高,徐变越小,相同配筋条件下,不同加载龄期下混凝土徐变相近。

  1.当楼板跨度较小时,楼板配筋受钢筋直径、最小间距制约,楼板钢筋采用HRB400钢筋不能充分发挥强度,宜采用HPB300钢筋;

  2.当楼板跨度较大或跨厚比较大时,楼板配筋主要受承载力控制,与HPB300相比,HRB400钢筋最小配筋率常数限值由0.20减小到0.15,且强度高,当釆用HRB400钢筋可比采用HPB300钢筋节约钢筋20%左右;

  3.当跨厚比较大时,楼板截面相对有效截面高度小,即钢筋抗弯力臂小,造成钢筋的浪费,且楼板挠度不易满足要求,这种情况下适当增加楼板厚度,减小跨厚比,可以明显减少配筋量。

  综合考虑结构安全、刚度以及配筋经济等因素,新《混凝土结构设计规范》对现绕混凝土板板厚比作了以下规定:钢筋混凝土单向板不大于30,双向板不大于40;无梁支承的有柱帽板不大于35,无梁支承的无柱帽板不大于30。预应力板可适当增加;当板的荷载、跨度较大时宜适当减小。

  1.当连续梁跨高比≤9时,由于梁承受弯矩较小,配筋基本受最小配筋率控制,裂缝宽度和烧度都较小;

  3.当跨高比较大荷载较大时,配筋可能受裂缝宽度和挠度的限制,与釆用HRB400钢筋相比,不能体现HRB500钢筋的强度优势,宜选用钢筋;

  4.跨高比在10~14之间时,与采用HRB400钢筋相比,采用HRB500钢筋节约钢筋较为明显,宜采用HRB500钢筋。

  综合上述,当梁跨高比较小且承受荷载不大时梁纵筋宜选用HRB400钢筋,避免采用HRB500造成不必要的浪费;当梁跨度或荷载较大时,采用高强钢筋可能受裂缝和烧度制约,应根据实际情况选取适宜的梁截面高度或跨高比和筋强度等级。

  三维配筋是指依据三维系统构造的三维模型来计算钢筋形状和配筋区间,以此产生与实际情况一致的三维钢筋。

  如何实现快速精准配筋是一个项目在设计施工阶段不可避免的难题,ProStructures以其丰富的产品功能及开放的工作环境在三维配筋中被广泛应用。

  为了让大家更清楚的了解三维配筋的过程,我司录制了ProStructures三维配筋操作视频,方便大家学习和了解,关注“艾三维技术”微信公众号,即可申请ProStructures三维配筋教学视频。

  钢结构和混凝土设计软件ProStructures 能高效创建精确的钢结构、金属结构和钢筋混凝土结构三维模型,可用于创建设计图纸、制造详图和钢筋表,它们会随着您对三维模型的更改自动更新。

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  ProStructures作为资深设计工程师开发的综合软件,包含ProSteel和ProConcrete 两大组件,有助于提升您的工作效率和获利能力。

  在您的产品设计中,使用广泛的国际标准与规格,扩展您的业务实践,利用全球的设计机会。受益于国际标准的广泛支持,充满信心的完成您的设计。

  生成钢筋放置工程图,包括截面图、平面图、详图、钢筋弯曲表、材料统计和梁/柱/基脚钢筋表,这些全部以三维模型为基础。所有钢筋表和工程图均可进行自定义,以满足您公司混凝土项目的标准。

  为结构构件(比如梁、柱、支架、钢结构连接、基础、地基和钢筋)建模。在梁和柱之间使用钢结构连接,自动更新尺寸变化。构件类型也可以用到参数化组件(比如楼梯、梯架和扶手)中。

  为各种形状的钢筋混凝土建模,如混凝土梁、柱、板、墙、扩展基脚和连续基脚,全部使用参数化方式进行操作。混凝土形状如有变化,钢筋会自动调整。使用直观的命令为复杂的钢筋混凝土形状建模,包括曲线、斜面或非正交形状。

  为三维模型中的每个型钢、钢结构结点和钢结构板件生成工程图。轻松创建综合的单部件工程图,包括尺寸、注释、标签和部件清单。定制工程图以符合公司所有结构钢项目的标准。根据三维模型的更改自动更新所有过时的工程图。

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  生成施工文档(如平面图、剖面图和详图),这些全部与三维模型自动关联。对三维模型所作的更改会在工程图中自动更新。使用工程图中需要重新发布的自动标记来轻松管理模型的更改和修订。

  自动生成结构设计文档,包括用于传递设计意图的必要平面图和立面图。对三维模型所作的更改会在文档中自动更新。

  利用在结构模型中建立的设计结果直接生成详细的二维工程图。使用软件中提供的设置自定义工程图的样式和格式。

  将结构模型几何图形和设计结果从一个应用程序传输到另一个应用程序,并同步未来变化。快速共享结构模型、工程图和信息以供整个团队查看。

  管理三维模型的设计变更,利用可选说明和时间戳跟踪版本修订。在项目期间,可以随时回退或撤销选定的变更。查看多个设计方案,并从建模错误中快速恢复。

  使用丰富的国际通用标准的截面配置文件库(不另外收费)完成结构模型。充分利用全球性的设计机会。

脚注信息
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