土木工程毕业论文.doc

_XXXX大学土木工程毕业论文中文题目： XXXX车间钢结构深化设计 分 部： XXXXXXXXXXX分部 学习中心： XXXXXXXXXXX 专 业： 土木工程 入学时间： 学 号： 姓 名： 指导教师： 论文完成日期: 2018 年 X 月精品资料_目 录一、引 言4（一）发展史5（二）钢结构深化设计的技术应用及对钢结构工程的指导意义6（三）深化设计软件6二、设计依据8三、工程概况9四、钢结构设计10（一）判断结构是否使用钢结构10（二）内力计算111.结构选型及布置是对结构的定性112.结构计算信息113.结构基本信息12（三）构件设计13五、深化设计16（一）深化设计的目的16（二）深化设计的内容161.工程深化设计范围主要包括以下内容：162.深化设计的成果至少（但不限于）包括以下内容：173.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：174.深化设计实体模型与施工图比较：185.深化设计成果（加工图纸）19六、结论与展望22（一）深化设计结论22（二）钢结构深化设计展望221.深化设计整体化的发展趋势 222.深化设计计算机辅助的发展趋势233.深化设计人员的发展趋势23摘 要当今的建筑行业飞速发展，钢结构工程也就应运而生，现代建筑行业中钢结构建筑目前已经从工业建筑渗透到民用建筑。如大型厂房、超市、住宅、体育馆、展厅、机场等建筑都已经应用钢结构工程。在日趋发展的建筑业，钢结构离我们生活越来越近，由于加工方便、施工便捷、抗震能力较强的缘故，受到现在建筑人的青睐，随着现代建筑业快速发展，新时代的钢结构体系多变，造型多变，使用要求多变，已经不是简单的对原设计图纸的拆分，必须借助科技的手段进行拆分，对深化设计人员的职业素养要求也越来越高。而在施工前深化设计阶段控制和节约工程成本，提高钢结构工程的质量和进度，钢结构图纸深化设计工作也显得尤为重要。关 键 词：结构设计；深化设计；TEKLA软件；CAD软件一、 引 言基于钢结构建筑简洁明快、形式多样、施工周期短、综合造价低的特点，已经被很多行业人士所肯定，直至2006年中国已成为世界上最大的产钢国和用钢国，借着资源的优势以及需要量的增加，近十余年来，国内钢结构行业的发展日新月异。现代化钢结构已成为新世纪建筑发展的主导方向。在轻型钢结构建筑领域里，竞争日趋激烈，各企业不仅从建筑的结构外观、工程造价、施工周期等涉及的涉及、价格、进度方面的差异化模式体现竞争优势外，还利用钢结构深化设计平台，来反映加工、工艺等方面的技术保证，打造企业各阶段的综合实力。深化设计又称详图设计，是钢结构加工前不可或缺的工作之一，是衔接设计和加工之间的桥梁，为构件加工和构件安装提供必要的依据，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的不可行的问题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。虽然国家对钢结构设计有了部分规定，但是针对于个别地方，个别情况，个别建设单位又以具体情况而定。往往设计方和施工方，以及第三方（主要是指钢结构深化安装设计单位）在图纸的设计以及后期分工上有许多的冲突点。多数设计企业对于钢结构设计虽然按照钢结构设计的规范标准设计达到施工要求，但是钢结构施工单位在施工中考虑到质量，进度，资金以及安全等多方面的因素往往在施工工艺以及制作安装上采取相关的合理施工工艺进行施工。简单点就是在设计单位设计深度的情况下，施工单位为方便施工在向下细分，以设计单位的施工图为基础，在另制作一套更为细化的制作安装详图，也就是所谓的深化图。这就使设计单位和施工单位有了争论点，设计单位强调的是，针对于设计单位自个制作的设计图一定会承担责任。然而，有些钢结构深化图即制作安装详图，由于设计单位无法对其进行预算，所以也不会承担相应的责任。这就使得钢结构建筑在后期的使用过程中出现矛盾。现实生活中这种情况也不少出现。福建省某火车站站台雨棚设计就是其中的一个例子。当时由于各种原因造成站台雨棚受到强烈的风刮直接整个给掀开，从而造成很大的损失。然而在追究责任时，设计单位和施工单位双方各有说词，争论不断。设计方认为当时的设计施工图按照规范设计，结构荷载计算也都符合设计规范要求，只是设计深度未达到可以直接施工的要求。施工单位按照自己的施工工艺，制作节点安装详图。施工方法也都是按施工工艺建造，所以应该承担责任。施工单位却认为自己是按照设计单位的施工图按图施工，只是部分节点的细部再分化后方便施工，设计单位应该承担责任。双方争论不休，造成不小的损失。针对于此铁道部颁发的铁鉴函【2012】522号文要求执行“铁路客站雨棚专项整治会议纪要”，重点是针对当时客站的雨棚质量问题频出、对列车运行安全造成影响的问题，并强调设计单位针对于雨棚结构设计的深度必须达到能直接现场施工的要求。文件已出，设计方认为铁道部的鉴函只是针对类似雨棚这种简单的，可以预算的钢结构建筑而定。由于雨棚结构相对简单，设计钢结构加工的技术问题也相对较少，工艺比较容易统一，因此设计院负责雨棚结构的制作详图的设计还是可以做到的。但商业楼，工业厂房以及火车站站房结构相对复杂，涉及的加工工艺是设计院的设计师很难完全掌握的，也很难针对某个加工单位的特点出制作详图。即使对于同一个结构，由于不同钢结构加工单位的技术实力、技术特点、加工设备都不尽相同，其出具的制作详图肯定也是有差别的。因此，行业内都是加工单位完成制作详图，由设计院进行相关的技术确认。确认的内容也不是全部制作详图，而是总说明、结构布置、构件截面、节点详图的连接形式和方式是否符合施工图要求，以及施工图设计者认为的结构关键部位是否符合施工图要求。并且对于钢结构工程设计图纸，国家住建部颁布的建筑规程设计文件编制深度规定的4.4.10条有具体规定：钢结构设计施工图。其内容和深度应能满足钢结构制作详图设计的要求。钢结构制作详图一般应有具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成，也可由具有该项资质的其他单位完成，其设计深度由制作单位确定。钢结构设计施工图不包括钢结构制作详图的内容。（一） 发展史20世纪50年代初期，我国学习前苏联建设经验，在建筑钢结构工程设计中，将施工设计明确划分为钢结构设计图及钢结构详图两个阶段。前者由设计单位编制完成，后者以前者为依据，由钢结构加工厂深化编制完成，并直接作为加工与安装的依据。当时在冶金、建工、桥梁等系统的大型金属结构厂均设有专门设计机构及人员，承担详图编制任务。随后，在设计革命中此种分工出图方法被认为是“烦琐哲学”受到冲击，迫使设计单位寻求简化、改进的出路，曾出现过一次编制简化详图等作法，实际上并未成功。到1964、1965年，设计单位进行总结、调整时期，又普遍总结经验，制定必要的规章制度，肯定并恢复了两个阶段分工出图的作法。到70年代，随着基本建设规模的扩大及建设经验的总结，一些大型钢结构工程（如宝钢一期近100万平方米的钢结构工程，部分为国外设计）都按设计图及详图两段出图进行了设计，而国家建设部于70年代组织编制的钢结构构件国家通用图（钢屋架、钢托架、钢天窗架、钢吊车梁等），也都按正规工厂详图深度编制，以便于工厂直接进行构件加工。随着改革开放与国外技术交流也表明，国际上钢结构工程的设计也普遍采用设计图与工厂详图（shop drawing）两个阶段出图的作法，在90年代中一些与国外联合设计的大型钢结构工程，如京城大厦、国贸中心等也都是按国外设计图专门组织了详图设计后进行施工的。（二） 钢结构深化设计的技术应用及对钢结构工程的指导意义近年来国家大力提倡节能环保建设，钢结构建筑的发展是必然结果，钢结构工程具有加工便捷，安装便捷，运输便捷，节能，环保的优点。已经从工业建筑渗透到民用建筑，在建筑领域全面开花。从而使得钢结构深化设计也得到足够的重视，深化设计的方法，深化软件也得到开发和应用。深化设计的方法主要依据设计施工图，把施工图的线条和节点通过深化软件三维建模转化成加工厂可以制作加工的平面图纸8。在深化的过程中通过三维建模，可以有效的发现施工图中存在的问题和后期施工中可能会存在的隐患，及时和设计单位沟通，在前期就可以有效的解决问题，减少甲方不必要的损失。提高工程的进度和控制成本。本论文从三大方面阐述了（中草药提取车间钢结构工程）的结构设计、深化设计、图纸编制，最终深化详图成品的过程，通过一个工程中遇到的各种问题和解决方案，具体的说明了深化设计在钢结构工程中起到的桥梁作用，给工程后期的制作、安装带来的种种益处。（三） 深化设计软件目前国内钢结构深化均为电脑出图，提高效率，保证准确率。人工绘图随着时代的发展已经废除了。电脑出图的软件主要可采用AUTOCAD、TEKLA STRUCTURES、PKPM-STXT等深化制图软件10。这三种主要软件均能进行三维建模，各自有各自的特点。TEKLA STRUCTURES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。TEKLA主要适用于规则的多、高层结构，对于曲线异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是国际通用绘图软件，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，针对异形构件、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。该软件的应用也符合常规公司的建模深化习惯9。PKPM-STXT三维空间实体建模也简洁易用，但是出图的效果不慎很好，软件开发商有待改进。一个好的钢结构深化设计师，必须要充分熟悉设计施工图之后，选择适合的软件来完成深化工作，这需要长时间的工作积累经验7。二、 设计依据1. 中华人民共和国国家标准.GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准2. 中华人民共和国国家标准.GB50009-2012建筑物荷载规范3. 中华人民共和国国家标准.GB50017-2017钢结构设计规范4. 中华人民共和国国家标准.GB50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范5. 中华人民共和国国家标准.GB50250-2001钢结构工程施工质量验收规范6. 中华人民共和国国家标准.GB50011-2010建筑结构抗震设计规范7. 中华人民共和国国家标准.GBJ50221-95钢结构工程质量检验评定标准8. 建筑工业行业标准.JGJ81-91建筑钢结构焊接规程9. 建筑工业行业标准.JGJ82-91钢结构高强螺栓连接的设计、施工验收规范10. 中华人民共和国国家标准.GB50221-95钢结构工程质量检验评定标准11. ISO标准.ISO/ZH12944防腐标准12. 本企业的特点、现状、施工技术管理力量 13. 我公司的质量手册、程序文件、内部文件等管理制度三、 工程概况工程名称：中草药植物提取车间钢结构建设单位：XXXX生物科技有限公司设计单位：XXXX钢结构有限公司工程地点：XXXX核心产业园区工程质量要求：一次交验达到合格建筑特征：中等跨度农业厂房，一层轻钢结构，室内外高差150mm，建筑物 高度为8.000m（檐口高度）建筑面积：1493.4，使用年限50年建筑结构安全等级：二级建筑耐火等级：二级，轻危险级，丙类建筑用料：地面为混凝土地面，外墙面1.2米以下为200厚砖墙刷白灰色涂料，1.2米以上采用0.5mm厚840型白灰色彩钢板+100mm厚16KG玻璃丝绵保温层+0.4mm厚900型彩钢板，单层钢化安全玻璃塑钢窗，双侧推拉彩钢板门。水泥砂浆踢脚。四、 钢结构设计（一） 判断结构是否使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6。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。本工程用于中草药提取，所以对安全等级，防火等级，通风、采光要求较高。钢结构厂房可以使用大跨度，钢柱数量比起混凝土柱减少，增加使用面积。通风采用无动力风机每间根据需求安装、通窗或者上下窗等措施满足要求。采光采用1.2mm阳光板有效解决。综合各项因素考虑，本工程采用轻型门式刚架（双跨刚架）结构体系比较合理。见图4-1 门式刚架形式示例： 图 四.1门式刚架形式示例（二） 内力计算1. 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3、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1。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。 钢结构通常有轻型门式刚架、框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、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。本工程为轻型门式刚架结构，理论与技术已经相对成熟。2. 结构计算信息结构类型: 门式刚架轻型房屋钢结构设计规范: 按门式刚架轻型房屋钢结构技术规范（GB 51022-2015）计算5结构重要性系数: 1.00节点总数: 15柱数: 5梁数: 3支座约束数: 3标准截面总数: 6活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置2风荷载计算信息: 计算风荷载钢材: Q235梁柱自重计算信息: 柱梁自重都计算恒载作用下柱的轴向变形: 考虑梁柱自重计算增大系数: 1.20梁刚度增大系数: 1.00钢结构净截面面积与毛截面面积比:0.90门式刚架梁平面内的整体稳定性: 按压弯构件验算钢结构受拉柱容许长细比:400钢结构受压柱容许长细比:180钢梁(恒+活)容许挠跨比: l/180柱顶容许水平位移/柱高: l/60地震影响系数取值依据: 10抗规(2010版) 3地震作用计算: 计算水平地震作用计算振型数：3地震烈度：8.00场地土类别：类附加重量节点数：0设计地震分组：第一组周期折减系数:0.80地震力计算方法：振型分解法结构阻尼比：0.050按GB50011-2010 地震效应增大系数:1.0003. 结构基本信息 截面号截面信息H形变截面(H1H2)*B1*B2*Tw*T1*T2=(300500)*200*200*6*8*8焊接组合H形截面H*B1*B2*Tw*T1*T2=350*200*200*6*8*8空心圆管截面D*T=114*3.5圆钢1) D =20角钢2L70X5表 四.1 结构基本信息 （三） 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。上述计算的结果见图4-2 刚架详图图 四.2刚架详图图 四.3结构立面布置图 五、 深化设计（一） 深化设计的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，使构件 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，得出构件的实际应力比，比较原设计使用的截面，使构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，对构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。（二） 深化设计的内容1. 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目前钢结构设计基本都是电算，程序有可能会出现小的运算错误，为了避免运算错误带来的结构隐患，在深化设计的同时，可以用深化设计软件再符合一遍结构是否合理，如有问题及时和结构设计单位沟通，修改变更。（2） 钢结构与土建混凝土相搭接的所有埋件的深化设计两个不同的结构的搭接是问题较多，难度较大的工序，必须要处理妥当，使得工程可以顺利的进行。搭接的地方深化设计需要注意的主要问题有以下两点：1) 混凝土工程的误差相对于钢结构工程的误差较大，完全按照施工图纸制作预埋件是不妥的。在制作预埋件之前与施工单位及时沟通，确定混凝土柱、梁的误差范围，轴线定位，预埋件的定位是否与施工图纸相符。根据现场实际情况进行调整后深化、制作。2) 前期根据现场实际情况调整后的预埋件，在二次施工过程中还是会存在误差，对于钢结构工程以毫米为单位的误差范围还是会存在安装隐患，所以在钢柱、钢梁深化设计的时候，连接节点可以把圆孔调整为长圆孔，构件就位后增加补强垫片固定消除长圆孔的滑动。（3） 柱、梁构件等钢结构深化设计柱、梁构件是钢结构工程里面的主要受力构件，在深化过程中不能随意更改截面，布置方向。严格按照施工图纸深化，如果遇到施工图纸与实际模型冲突的情形，书面形式联系设计单位。共同解决问题，直至可以继续深化工作。（4） 节点的深化设计（包括节点的优化、深化）钢结构的节点是很多样的，计算软件根据规范设计的节点有时会很复杂，规格种类较多。相对于加工和施工来说，增加了难度和工程成本。在深化设计的过程中，可以和设计单位沟通，适当的对节点进行优化。比如同截面的钢梁与钢柱连接，连接螺栓的数量可以进行归并，使其种类减少。（5） 附属构件、节点的设计（6） 其它2. 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3. 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：1) 应注明详图号2) 构件号、数量、重量、构件类别3) 图纸的版本号以及提交的日期4) 其它资料 （2） 钢结构设计总说明，主要应包含以下内容：1) 工程概况及设计依据（主要为遵照的设计、施工规范、规程）2) 钢材、焊接材料、螺栓、涂料等材料选用说明及依据；3) 加工、制作、安装及涂装（包括防火）的技术要求和说明；4) 焊接、除锈、涂装等工艺的质量要求； 5) 加工、制作、安装及涂装（包括防火）需要特别强调的事宜；4. 深化设计实体模型与施工图比较：（1） 构件比较1) 构件设计施工图见图4-2 刚架详图，施工图里面的构件都是以平面图表示，需要较好的识图能力，对于一些甲方很难看懂图纸所表达的意思。深化设计用三维实体建模就可以很好的解决这类问题，在模型实体的基础上和甲方沟通也会方便很多，可以直观的发现存在的问题并及时解决。如图5-1 实体模型三维图 图 五.1实体模型三维图（2） 节点比较1) 设计施工图中钢柱与钢梁连接节点见图5-2 施工节点平面图，施工图里面的节点都是以平面图表示，节点是钢结构工程的核心，钢结构工程的节点相对混凝土建筑具有特殊性，复杂、多变，几乎没有一样的节点。这就对深化设计师有较高的要求。深化设计实体模型钢柱与钢梁连接节点见图5-3 实体模型节点图图 五.2施工节点平面图 图 五.3实体模型节点图5. 深化设计成果（加工图纸）深化设计的最终成果就是加工图纸，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，避免加工错误。加工出来的构件运输到工地就可以精确拼装，直至工程安装完毕，验收合格交付使用。1) 构件详图，图纸里面必须包含的信息：图签、构件位置、材料表等。如图 图 五.4钢梁深化详图2) 零件详图，图纸里面必须包含的信息：图签、零件尺寸、材料表等。图 五.5零件详图3) 整体布置图，图纸里面必须包含的信息：图签、构件编号等。 图 五.6整体布置图六、 结论与展望（一） 深化设计结论本论文介绍了深化设计的目的和内容，最终到深化图纸成果的过程。以及深化设计在整个钢结构工程里所起到的重要作用。一个钢结构工程的顺利竣工，是各个参与方共同合作的结果。不仅要有准确的结构设计理论计算，还要有实际项目经验的指导，在这个过程中，深化设计起着桥梁的作用，深化设计与结构设计要相辅相成，不断的完善，使钢结构工程能优质并且高效地完成4。因此，想成为一个合格的深化设计人员必须要有坚实的理论为基础，在设计方面、现场施工经验方面逐步积累。深化设计绝不只是根据结构设计施工图图“照猫画虎”，而是在了解结构设计人员意图的情况下，使深化设计既满足结构受力要求，又能方便加工、安装。希望能引起深化设计人员的重视。（二） 钢结构深化设计展望1. 深化设计整体化的发展趋势 （1） 深化设计在钢结构工程中，从方案到完成的整个过程中起到一个桥梁的作用，更需要两方协同完成。1) 结构设计方在图纸中每个方面的表达要精确，不能有歧义；深化设计方需要将加工要求等参数反馈给结构设计方，配合结构设计方设计出合理的结构。而由深化设计人员配合结构设计人员一起完成一些复杂空间结构的工程设计，整体化则恰恰解决了这一问题。（2） 深化设计与加工的一体化1) 通过深化设计