钢结构设计中节点详图制图方法的新探索.docx

钢结构设计中节点详图制图方法的新探索
1 引言
节点是钢结构设计中的重要组成部分，独立的钢结构构件通过节点连接形成结构。因此在钢结构施工图设计中节点详图也占据了很大的比例。然而，传统钢结构节点详图的绘制存在大量的重复工作。笔者作为一名钢结构设计人员，针对上述问题，经过长期探索，特此提出一种新的制图方法：“示意图+表格”，经实践检验证明该方法简捷、明确。
2 传统节点详图做法
通常的节点设计包括柱脚节点、柱柱拼接节点、梁柱节点、梁梁节点等。节点详图中所反映的是与钢结构构件连接相关的所有信息，其中包括构件截面、构件相对位置、连接方式、焊缝形式、焊角尺寸、螺栓种类、螺栓数量、开孔位置孔径大小、节点板尺寸、节点板厚度、加强板尺寸等。如图1所示：

图1 传统梁柱节点图
图1是用传统做法完成的一个梁柱节点图。梁柱都是H型钢，通过栓焊混合的方式进行连接。图中包含了所有与此连接相关的信息，将这种连接方式反映得很清楚。但是这个图只反映了某一特定位置的连接信息，如果在其它位置相同的连接形式下，图中任何参数发生变化，就会产生出新的节点图。
虽然通常钢结构设计过程中最后都要做标准化设计，但是出于工程造价等因素的考虑一般情况下不会将构件形式和截面尺寸归并得太过统一，而且即使是相同的构件由于受力情况不同其节点设计也要做出相应的调整，所以就加大了节点详图绘制的工作量。尽管在实际绘制过程中制图人员可以通过复制已完成的类似图形并加以修改来减少工作量，但是当需要修改的内容较多时操作起来也难免会有疏漏而致使详图发生错误。所以每次的钢结构施工图绘制过程中节点详图的绘制都要花费很多的时间和精力。
3 节点详图新制图方法
3.1 节点详图新制图方法的原则
新制图方法以“化整为零”为原则。我们先将节点分解成构件一对一连接的形式，再按照截面形式和连接方式分类。只要截面形式和连接方式相同，无
论其中的参数是否相同都归为一类，并且用一个示意图来表示，示意图中的相关参数全部用字母来表示，最后在图中增加一个相关参数的表格，以此来表示各种不同连接情况下图中参数的取值。
参数取值表格的制作其实是一个统计的过程，熟悉此设计的人很快就可完成。只要负责节点设计的人员在计算过程中将各个参数在不同情况下的取值对号入座。在制图时，制图人员将各种情况下取值一致的参数从表中删除并标注到示意图中，而表中只保留不一致的参数即可。至于绘制此表的工作量比绘制几个传统的节点详图的工作量小得多。
3.2 梁柱节点图的作法
梁柱节点是钢结构设计中的主要节点。通过梁柱节点连接才能实现结构框架。由于该节点涉及到梁、柱两种结构构件，而每种构件又有很多类型，因此在钢结构设计中梁柱节点占有很大的比重。但是如果按照新的制图方法来绘制梁柱节点图，就会将梁柱节点详图的制图工作简化。如图2所示。

图2 梁柱节点详图新做法
图2表示的是H型钢梁与方钢管混凝土柱的连接。图中包含了与此类节点相关的所有参数。其中可以确定的参数直接标注在图中，如方钢管混凝土柱的截面、对接焊焊脚尺寸、螺栓横向定位尺寸、柱排气孔直径和定位尺寸、浇筑孔直径、横隔板焊缝尺寸、短梁外伸长度等。待定参数，使用字母表示，如梁高、梁翼缘宽、螺栓纵向定位尺寸等，而这些待定参数由表1给出：
表1 梁柱节点参数取值表
短梁截面
d
n
e
e1
e2
a
t
H668X300X12X16
20
7
58
70
50
520
12
H700X300X13X24
20
8
31
70
50
590
12
H740X400X20X30
20
8
45
70
50
590
16
最后在图中再加入一些必要的说明，如：
1.对接焊缝位置处圆弧切割半径r=35；
2.摩擦型高强螺栓接触面采用喷砂（丸）处理，抗滑移系数不小于0.45；
3.图中未注明的螺栓孔径=d+2㎜；
4.图中未注明加劲板（或连接板）避让焊缝切角尺寸为30X30；
5.盖板采用Q235-B钢；
6.对接焊缝焊接完毕，要求清根补焊；
7.当钢梁与短梁（或加强环）采用对接焊缝连接时，仅在梁侧开坡口。
这个节点示意图将设计中所涉及到的所有H型钢梁与方钢管混凝土柱连接的相关信息全部包含其中。它占用很小的图幅，却包含全部信息量，而且简单明了，便于钢构加工厂和施工单位按图操作。

3.3 柱构件示意图的绘制方法
传统的节点详图通过节点索引号与结构布置图相联系，而在此作法中由于节点图全部是单个构件之间的连接示意图，所以无法使用索引号。因此，我们自创了一个柱构件示意图来代替索引号。如图3所示：

图3 柱构件示意图
图中各参数代表的含义如下：
KZ —** 表示柱编号

注：/ 表示无外伸短梁
该示意图成功的代替了索引号的作用，而且与索引号相比反映了更多的信息。它不仅将节点图与结构布置图联系起来，还反映了各楼层平面内与柱相连的短梁截面、短梁的外伸长度、梁柱节点号和楼层标高。为了使柱示意图尽量简单，我们将短梁截面和楼层标高以表格的形式给出，如表2和表3所示这：

表2 梁截面表
梁编号
梁截面
KL1
HB668X300X12X16
KL2
HN500X200X10X16
KL3
HM588X300X12X20
KL4
HN400X200X8X13
KL5
HB460X300X12X20
KL6
HN700X300X13X24
KL7
焊接H200X400X20X30
KL8
HM400X400X18X30
KL9
焊接H200X400X12X20
KL10
焊接H200X350X8X12
KL11
HB740X400X20X30
表3 楼层标高表
楼层号
楼层标高（m）
（一）
4.5
（二）
7.3
（三）
10.5
（四）
13.3
（五）
16.5
柱构件示意图包含了柱子的所有相关信息，使钢柱的形象一目了然。工厂加工人员看到此图马上就可以下料，方便加工。与传统的节点索引号相比，该图包含的信息更多，更加有利于构件加工制作，也更能清楚地反映设计意图。而且，此图均以示意图的形式给出，没有尺寸要求，通过图中文字来反映信息，所以制图时可以通过复制和修改文字来完成，大大缩短了制图时间。
3.4 梁梁节点图作法
由于梁构件的截面形式复杂而且连接形式较多，使得梁梁节点的绘制在以往的制图过程中也占用了很多时间。新的制图方法也对梁梁节点图的作法做了一些变革。与梁柱节点图相同，梁梁节点同样通过“示意图+表格”的形式给出，如图4所示：

图4 梁梁节点示意图新做法
图4反映的是主次梁铰接示意图。图中主次梁均为H型钢梁，彼此之间用M20摩擦型高强螺栓连接。图中可以确定的参数有螺栓的横向定位尺寸、螺栓的边距、中心距以及加劲板的焊脚尺寸等。其它待定参数均以字母的形式给出，如梁高、梁宽、加劲板厚、螺栓数量等。 这样的一个示意图反映了所有H型钢梁之间以连接板的方式进行连接的情况。图中待定参数表4和表5给出：
表4 主次梁截面表
序号

H
B
tw
tf
次梁
H
B
tw
tf
1
主梁
668
300
12
16
400
200
8
13
2
668
300
12
16
588
300
12
20
3
668
300
12
16
460
300
12
20
4
668
300
12
16
500
200
10
16
6
500
200
10
16
500
200
10
16
7
588
300
12
20
500
200
10
16
8
460
300
12
20
400
200
8
13
9
700
300
13
24
400
200
8
13
表5 梁梁节点参数取值表
序号
n
加劲板H
t
焊角hf
连接板距内翼缘距离
备注
1
4.0
310.0
16.0
10.0
77.0
0.0
2
7.0
520.0
16.0
10.0
48.0
0.0
3
5.0
380.0
16.0
10.0
60.0
0.0
4
6.0
450.0
16.0
10.0
34.0
0.0
5
0.0
30.0
0.0
0.0
30.0
0.0
6
5.0
380.0
14.0
10.0
104.0
0.0
7
6.0
450.0
16.0
10.0
34.0
0.0
8
4.0
310.0
12.0
8.0
77.0
0.0
9
4.0
310.0
14.0
10.0
77.0
0.0
最后在图中加入一些必要的说明，如：
1. 对接焊缝位置处圆弧切割半径r=35。
2. 摩擦型高强螺栓接触面采用喷砂（丸）处理，抗滑移系数不小于0.45。
3. 图中未注明的螺栓孔径=d+2mm。
4. 图中未注明加劲板（或连接板）避让焊缝切角尺寸为30X30。
5. 对接焊缝焊接完毕，要求清根补焊。
6. 当钢梁与短梁（或加强环）采用对接焊缝连接时，仅在钢梁侧开坡口。
3.5 说明
文中所提到的节点图做法在应用过程中也不可太过教条。如果有的连接形式只有一种情况，即其中的全部参数都可确定时，用传统做法表示即可，不必硬套此法。
4 工程实例
最近我们在做某多层钢结构车间的过程中，时间紧、任务重、结构复杂，并且无法应用计算软件生成节点图，如果按照传统的节点图做法，绘图工作量大，表示不明确，加工制作单位使用不方便。因此，我们决定采用这种新的作图方法来完成本次的节点详图设计。
该车间长120m宽60m高16.8m，建筑面积达25000㎡。主体结构采用钢框架结构形式。柱主要采用钢管混凝土，截面共分为5种。梁主要采用H型钢，主梁截面共分为12种，次梁截面共分为7种。如果按照传统做法绘制节点图梁柱节点详图大约要绘制80个，梁梁节点大约要绘制60个。但是通过采用“示意图+表格”的制图方法，梁柱节点详图只画了13个、梁梁节点详图5个。工作量只有原工作量的13%，缩短了工作强度，提高了工作效率，节约了成本。而
这批图纸交付甲方和施工单位以后得到了一致好评，尤其是构件加工厂对柱构件示意图更是赞赏有加。
5 结语
本文介绍的钢结构节点施工图做法：示意图+表格，是一种省时省力的好方法。这种制图方法将传统制图方法中大量的制图工作转移到了设计过程中，大大提高了制图工作效率，缩短了制图时间。在钢结构蓬勃发展的今天，钢结构建筑的设计日益增多，设计时间越来越紧迫，运用此方法可以大大减少制图人员的工作量，也可减少图纸数量，图纸使用更方便快捷。