银行总行营业办公楼大型的现代化智能化的钢结构建筑群施工方案

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1、一、概 述 xxxx银行总行营业办公楼座落在xxxxxxxxx，占地36260m2，建筑面积96000m2，是一组大型的现代化智能化的钢结构建筑群。 这项工程的地下部分是3层钢筋混凝土结构。地面以上部分全部是钢结构。主楼区由一座12层的矩形楼房（东边和西边两个“”形，中部入口处由连廊相连）和一座14层的弧形楼房组成，总高54.7 m 。配楼是4层的弧形楼，从平面上看，与主楼区的弧形楼房合抱，围成一个直径100m的大圆环（图1-1，图1-2）。在总体上隐含华夏民族“天圆地方”的传统观念。（一）工程概况 本工程整个钢结构为偏心支撑框架和抗弯框架体系，并呈东西对称布局。在地下一层插入32根焊接“”形

2、钢柱和箱形钢柱，做成劲性钢筋混凝土结构。主楼矩形区共48根框架柱，包括44根形柱和4根箱形柱；柱网间距9.0 m13.7m和13.7m13.7m两种。主楼弧形楼部分和弧形配楼各有32根形框架柱，按约每10o角均匀分布在半径44.75m和半径50.15m的圆弧上。 . 构件 长度1537m、单件重量10t以上的钢结构构件共55件。最长的构件长37m，重量36t。构件的重量和分布，对起重设备的选用和布置，对安装方案的制订，都提出了很高的要求。 . 关于钢材 本工程设计要求结构用钢材为美国A572、A36型钢，最大板厚97mm。由于进口型钢的缺口较大，需用国产16Mn中厚钢板和Q235钢板组焊替代，

3、国产钢板最大厚度达100mm，增加了焊接的难度。所有上述钢材的化学成分和力学性能，参见本实录第三部分表3-1。 . 节点形式 （）按照设计，柱与柱之间的连接为全熔透焊和部分熔透焊，共112根钢柱。 （）各楼层梁柱节点，上下翼缘与钢柱为全熔透焊，腹板与钢柱承剪板为高强度螺栓连接和焊接相结合的复合节点。 （）梁与梁之间大部分是栓接，挑梁是栓焊复合节点。这种节点形式与纯粹的高强度螺栓连接在施工方面有很大的区别，大大增加了现场焊接的工作量。 现场共施工焊缝9984条，总长93.78km（按每道焊缝宽6mm计）。 . 焊缝及其检测要求 由于使用了高强度的钢材，且钢材厚度大，焊缝又多数是全熔透坡口焊和部分

4、熔透坡口焊，工艺复杂，难度高，检测工作就十分重要；因此要有严格的焊接工艺试验及工艺评定，在此基础上制订严格的工艺标准。 按国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级（GB11345-89）和钢结构工程施工及验收规范（GB50205-95），对全熔透焊和部分熔透焊的焊缝都实施B级检验，100%探伤。对承剪板的贴角焊缝，要进行磁粉探伤检测。 . 复杂的结构变化 本工程钢结构的主设计方是美国SOM工程设计有限公司，其结构施工图纸仅37张（份），但结构形式复杂多变。我中国建筑一局（集团）第四建筑公司作为具体承担总承包施工的大型企业，组织和协同钢构件加工制作的分包商绘制的加工详图和安装施工详图多达6

5、000张。结构的复杂变化体现在以下几个方面。 （）主楼矩形部分和主楼的弧形部分分离，但又通过每个楼层的4架天桥以及屋顶天窗梁相连，形成一个整体。 （）各种梁的规格型号达100多种。 （）需要起拱的钢梁在150种以上。 （）节点形式复杂，仅高强度螺栓直径就有M20、M22、M24、M27、M30、M36等6种，130多种规格，螺栓总用量90440套。 （）梁的交叉连接多，偏心支撑框架梁和大部分主梁的承剪板和加劲板多而且密。 （）弧形楼采用辐射角度定位，节点处各构件连接角度变化大，增加了设计和制作、安装的难度。 . 楼盖结构 本工程采用压型钢板和钢筋混凝土组合楼板，澳大利亚BHP公司产压型钢板厚0

6、.95mm和1.50mm，波高54mm，波宽305mm。压型钢板通过栓钉与钢梁顶面熔焊形成整体。栓钉直径19mm，长120 mm 。现浇钢筋混凝土板厚125mm（或190mm）。 . 防火喷涂所有柱、梁、桁架、斜撑以及压型钢板的底面，都做防火喷涂施工，选用了北京城建天宁消防公司产LG厚型防火涂料。防火涂料的耐火时间：柱3h，梁2.5h，板1.5h。此外，与庞大复杂的结构体系和建筑功能要求相适应，本工程在装饰和安装方面也采用了大量新材料新设备和新的施工手段。外装饰为玻璃幕墙、铝板幕墙和花岗石幕墙，有30多种作法；内装饰也多选用高档优质材料，作法十分考究。本工程拥有先进的电气和设备系统，尤其是电信

7、、保安、数据、视听系统和楼宇管理系统，堪称世界一流水平。除此之外，还包括防雷系统和擦窗机系统。室内垂直交通则使用19部自控电梯。所有这一切，保证整个建筑群的动力、照明、空调、消防、报警、通讯以及办公自动化、楼宇管理自动化达到了智能化的高度。（二）工程的承包关系本工程业主为xxxx银行总行。建筑方案是通过国际招标确定的，主设计方是美国SOM工程设计有限公司，国内的协作设计方为北京市建筑设计研究院。1994年10月，通过国内招标确定由中建一局（集团）总承包施工。我公司作为总承包的实际执行者，承揽了包括钢结构在内的整个建筑安装工程，并直接承担钢结构安装施工，组织和参与详图设计。钢结构的加工制作分包商

8、是铁道部大桥局武汉桥梁机械厂和同在武汉的一冶安装公司金属结构厂，钢结构的防火喷涂由北京城建总公司天宁消防有限责任公司分包施工。北京赛瑞斯监理公司负责对所有钢结构工程的监理工作。其他如装饰工程、设备安装工程、绿化和市政工程，亦由业主和我公司联合招标，选择专业分包商。（三）我公司关于钢结构工程的总承包范围 钢结构的安装从1996年3月15日正式施工，至同年9月28日完成。总承包的具体范围如下： . 钢结构构件加工详图和结构安装施工详图设计； . 钢结构构件的加工制作； . 钢结构安装与焊接； . 焊缝无损检测； . 钢结构安装的测量与校正； . 高强度螺栓的施工； . 压型钢板的安装与剪力栓钉焊接

9、； . 组合楼板施工； . 防火喷涂施工。 此外，我公司承担了现场安装施工的全面管理工作，对此将在本实录第十二部分予以介绍。（四）实行施工总承包的几点体会 xxxx银行营业办公楼是我公司总承包施工的第一个项目，它为大型建筑施工企业走总承包的道路探索了可贵的经验。我们深切地体会到，若要当好总承包商，必须做好以下几方面的工作。 . 总包管理要体现总包的地位 衡量总包管理工作的成功与否，在于它能否站在总承包的高度去统筹考虑、全面控制工程全局。 无论是业主方，还是设计方、监理方、专业分包商，其责其权就决定了他们不可能通盘考虑工程的全局，综合协调工程各方并有效地安排工程的进程，唯有总包方才能够做到。因此

10、，在整个工程施工过程中，总承包必须正确认识自己的作用和核心地位，切不可偏离这个方向，以免出大问题。譬如，在钢结构工程准备工作前期，进口型钢由业主全权负责订货，造成进口型钢严重缺口，大量型 钢需改用国产中厚钢板组焊。再者，进口钢材分批到货的型号与数量也与工程进度不配套，给工程进展带来了严重的影响。 . 要体现总包管理的能力 施工总承包商应具备施工详图的设计能力。本工程由国外公司设计，其设计并非用于直接指导施工，施工图要由承包商来完成，这也是我国工程建设的发展趋势。在钢结构施工过程中，我公司在SOM公司37张（份）钢结构设计图的基础上,应用CAD软件技术，经过5个月，共绘制钢结构制作、安装详图近6

11、000张,满足了工程需要。 施工总承包商还应具备综合配套和协调控制能力。在本工程中，我公司除了组织安排好钢结构安装施工之外，作为总承包商，还对详图设计、材料准备、构件加工制作、运输、现场安装施工的全过程，进行了有效的控制、协调，使各环节之间联系紧密，不致于脱节。譬如，一经发现金属结构制造厂的构件加工能力不能满足现场安装进度的要求，我们当机立断，确定构件加工分流。后经多个金属结构制造厂家共同努力，终于保证了现场施工的需要。 . 强化项目管理，健全各项管理制度 作为总承包商，在工程建设之初就应追求“一流的设计，一流的施工，一流的管理”。项目经理部作为总承包商的执行者，把项目管理当作总承包的核心，并

12、制订了高标准的管理目标，即以规范化、标准化、科学化、程序化的管理方法，优质、高效地实施同业主签定的合同。 项目经理部针对工程项目的性质和特点，制订了一整套行之有效的管理制度，包括生产管理、物资管理、技术管理、质量管理等共40余项，还专门制订了分包管理规定。做到了各项工作有章可循，减少了管理工作中的随意性。 . 坚持“质量第一”的方针，强化质量意识，加强质量控制 本工程的质量目标为北京市优质工程，并争创鲁班奖。为达到既定的目标，建立健全了各级质量保证体系，严把质量关，不合格的材料、构件决不允许用在工程上。譬如，在钢结构安装初期发现运至施工现场的第一批钢构件（共36件），质量不合格，我们作出了“全

13、部退货，重新加工”的处理。正是由于对质量问题不留情面，从而保证了整个钢结构工程的质量。 . 全面推行“专业责任工程师”制度 按照工程施工总承包的职能，项目经理部在公司率先推行“专业责任工程师”制度，赋于责任工程师相应的责任和权力，对自己分管的工作和专业分包商的进度、质量、安全等负直接责任。由于这种制度能够把责、权、利有机地结合起来，不仅发挥了他们的积极性，而且责任明确，线条清晰，工程运作十分和谐。我们设置了质量责任工程师、计划责任工程师、现场安装责任工程师、施工技术责任工程师等，从而确保了加工和安装的质量，使加工计划和安装进度能很好地协调一致。 . 以计划管理为主线，落实施工条件为重点 项目在

14、施工生产管理上，必须严格计划管理，包括施工生产月度计划和周计划，还包括设计条件、材料、设备、机具、劳动力等配套计划。在计划编制说明中，应重点阐述计划完成所需的施工条件，并予以落实。 通过计划，能够找到工程的关键环节和主导工序，从而为工程管理提供科学的依据。二、钢结构详图设计（一）钢结构设计概况 xxxx银行总行营业办公楼工程总建筑面积9.6万m2，地下3层为钢筋混凝土箱形基础，地上是总高54.7m的钢结构建筑。工程主设计方为美国SOM工程设计公司，钢结构详图设计由我公司及其分包商承担。 1钢结构形式 钢结构工程大体分为三个区域（参见图1-1,图1-2）：矩形区（11层加屋顶1层）,南侧弧形区（

15、11层加屋顶3层）,北侧弧形区（4层）。主体钢结构为偏交框撑钢结构体系，在矩形区的角开间和弧形区的R12、R25轴线上为EBF偏交框架， 在其他的相关部位为MF承重框架。MF承重柱与混凝土基础的连接形式为翼缘与基础上的垫板顶紧，腹板贴角焊，EBF钢柱伸入地下1层，与基础固接。楼板为厚0.951.5mm、波高54mm的压型钢板，上铺125190 mm钢筋混凝土，形成整体楼面剪力膜。整个钢结构竖向荷载由MF结构体系承担，水平荷载（风、地震）由EBF结构体系承担，刚度平面内无穷大的楼板体系将钢柱、钢梁、斜撑连接成一个空间整体。此种结构体系传力清晰、简洁，特设的偏心支撑（八字形），是有意将支撑轴线偏离

16、梁柱轴线的交点，使支撑与梁之间或支撑与柱之间形成一段耗能短梁或短柱，这种偏心支撑在大地震时可以调节框架的刚度，增大变形能力并提高吸收能量的能力，具有稳定的恢复力的特性,代表着钢结构设计的最新技术和发展方向，很值得国内设计同行学习和借鉴。 2钢结构材料 工商行主体钢结构选用的是美国进口钢材，柱用A572型钢，梁用A36型钢，由于钢材定货以后，设计变更频繁，有部分构件采用了与A572型钢和A36型钢设计指标相近的国产16Mn和Q235钢板组焊代替。钢结构的连接材料选用E5015焊条，10.9级M27、M30大六角高强度螺栓，10.9级M22、M24扭剪型高强度螺栓。摩擦型螺栓联结配合面抗滑移系数为

17、0.5。钢梁、钢柱选用宽翼缘H型钢，高157.5996 mm，宽102437mm，翼缘厚797 mm ，腹板厚661 mm。（二）钢结构详图设计 1钢结构详图设计概述 钢结构详图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件。钢结构详图设计是继钢结构施工图设计之后的设计阶段，在此阶段中，设计人员根据施工图提供的构件布局、构件形式、构件截面及各种有关数据和技术要求，严格遵守现行钢结构设计规范（GBJ17-88）的规定，对构件的构造予以完善，同时通过焊缝连接或螺栓连接的计算，以确定某些构件焊缝的长度和连接板的尺寸；进而按照钢结构工程施工及验收规范（GB50205-95）的标准，根据制造厂的生产条件和便于施工

18、的原则，确定构件中连接节点的形式,并考虑运输部门、安装部门的运输和安装能力，确定构件的分段；最后在建筑制图标准规定的基础上，运用钢结构制图专门的工程语言,将众多构件的整体形象，构件中各零件的加工尺寸和要求，以及零件间的连接方法等，详尽地介绍给构件制作人员，也将各构件所处的平面和立面位置，以及构件之间的连接方法详尽地介绍给构件安装人员，以便制造和安装人员通过图纸，即能容易地领会设计意图和要求，并贯穿到工作中去。 钢结构详图设计还应准确地编制构件表和材料表，以便施工图预算人员根据表中提供的各种数据和详图表达的构件加工难易程度，迅速地编制施工图预算。另外，业主可以通过阅读施工详图，很快地了解对构件的

19、质量要求及施工的难度。钢结构详图在业主和总包商之间架起了一座桥梁,起到了沟通作用。 钢结构详图的特点虽然突出一个“详”字，但表现仍需精练。设计人员在表达上一定要意图明确，文字简洁，以尽量少的语言图形，最清楚地说明问题。 2钢结构详图设计工作流程 （1）准备工作 钢结构详图设计必须严格遵循现行规范、标准的规定，并依据施工设计图进行设计。设计人员不但要牢记规范和标准的有关规定，而且必须熟悉施工图，对所要设计的工程做到心中有数。为此，必须做好如下几项工作：1）阅读施工图总说明；2）审核施工图；3）掌握材料供应情况；4）掌握构件制造部门的生产能力；5）了解运输情况；6）了解安装施工现场情况。 由于构件

20、的分段要在详图中确定，故以上各项工作必须在详图设计之前做好，只有这样才能保证详图设计工作的顺利进行。 （2）详图设计 详图设计包括布置图设计和详图绘制两个内容，现分述如下。 1）布置图设计 布置图设计分为6个部分： 绘制布置图的平、立面图形（见图1-1，1-2）； 绘制节点详图； 每一个构件分别编号并标注在布置图的平面图或立面图上； 编制构件表； 绘制图例； 编写总说明，对制造和安装施工人员强调技术条件和提出施工要求。 2）绘制详图 绘制详图主要有以下几个内容：放大样、绘制构件图形、零件编号、编制材料表、书写说明等。 放大样 与钢筋混凝土工程不同，钢结构工程是由零件组合成构件,且构件与构件之间

21、的连接精度要求较高（毫米级），这就需要在绘制详图前，通过放大样来确定零件的精确尺寸（例如桁架式构件的杆件长度和节点板尺寸）和构件的详细尺寸（例如多根梁与柱相交处梁翼缘的切肢、空间斜撑、折线构件的尺寸）。 绘制构件图形 绘图前要根据构件表确定绘制构件图形的多少。为了减少绘图量，应将那些有“相反”、“图形相同”、“图形相反”关系的构件挑出，采用“二合一”的办法，将两个构件用一个图形描述，以节省时间和减少绘图量。 确定了所需绘制的构件图形数量后，要对这些图形分类排版，即按各类构件在图纸上不同的排放原则，尽量将同一类构件集中绘制在一张或几张图纸上，对其余构件图形可以综合安排。 零件编号 零件编号也是一

22、项细致的工作。它的原则是： （a）对于多图形的图纸，应按“从左至右，自上而下”的 顺序，依次给各构件的零件编号。 （b）对于单个大型构件，应先给主材编号，然后按顺序给其他零件编号。 （c）对于由型材和板材共同组成的构件，一般先给型材零件编号，然后再给板材零件编号。这不但可以使材料表的编制井井有条，也给构件的制造和施工图预算带来很大的方便。 （d）对于属图形相同、图形相反的两个构件，当构件A1的零件比A2多时，只需给构件A1编号就行了，因A1的零件中包含了A2的全部零件；但若A1中某零件的加工方法与A2该零件不同时，应在A1的全部零件编完号以后，再给A2零件在A1零件号的尾部续编一个号，并从两个

23、零件号引线注明各属哪个构件；当构件A1与A2相反时，若画面上绘制的是A1的图形，则只给A1的构件编零件号就行了。 （e）属对称关系的零件应编成同一个零件号。 绘制材料表 材料表是一张图纸上全部构件所用材料的汇总表格。材料表的内容为： （a）构件号； （b）零件号； （c）零件图号； （d）规格（零件的截面尺寸）； （e）材质； （f）数量（此栏包括正、反两种。若两个零件的截面、长度都相同，但呈轴对称现象，则以其中一个为正，另一个为反，虽然它们可以编为一个零件号，但在填写数量时须将它们按各自的实际数量分别填写在正、反栏中）； （g）重量（分单重和总重，单位为kg，单重指一个构件中一个零件的重量，

24、 总重指一个构件中多个相同零件的重量和）； （h）共重，指多个相同构件的重量和（当只有一个构件时，只填该构件的重量）； （i）备注（说明特殊材质要求或特殊加工要求）。 说明 说明是钢结构详图中对某些钢构件吊装、加工要求的文字描述，主要阐述每类构件加工制造方面的工艺要求。 3钢结构详图连接设计 钢结构中的构件一般都是由若干零件连接而成的，其连接方式的设计是否合理直接影响到结构的使用寿命、施工工艺和工程造价；连接节点的设计同构件本身的设计一样重要。 绘制钢结构详图前，首先应根据施工图所示的节点形式和节点内力，通过计算确定所需焊缝的长度或螺栓数量，再根据连接构造要求,决定节点板的尺寸。连接节点的计算

25、是钢结构详图设计的一项重要内容。 建筑钢结构连接节点，可采用焊接、高强度螺栓连接，或将焊接和高强度螺栓连接混合应用，即在一个连接节点的几个连接面上，分别采用焊接连接和高强度螺栓连接。 梁和柱的连接节点的拼接或连接，通常采用以下几种组合： 1）翼缘和腹板都采用全熔透的坡口对接焊缝连接； 2）翼缘采用全熔透的坡口对接焊缝连接，而腹板采用角焊缝连接； 3）翼缘采用全熔透的坡口对接焊缝连接，而腹板采用摩擦型高强度螺栓连接； 4）翼缘和腹板都采用摩擦型高强度螺栓连接； 5）翼缘和腹板都采用角焊缝连接。 设计连接节点时，节点板应尽可能采用与母材强度等级相同的钢材。采用焊接连接时，应采用与母材强度相适应的焊

26、条、焊丝和焊剂。采用高强度螺栓连接时，在同一节点中应采用同一直径和同一性能等级的高强度螺栓。 在高层钢结构中，构件的内力较大，板件较厚，因此 ，在连接节点设计中应注意连接节点的合理构造，避免采用易于产生过大约束应力和层状撕裂的连接形式和连接方法，使结构具有良好的延性，而且便于加工制造和安装。 建筑钢结构的连接节点设计，有非抗震设计和抗震设计之分。当按抗震设计时，须按有关要求进行节点连接的承载力验算。多层及高层钢结构详图中的连接设计应包含如下内容： 1）梁与梁的拼接连接节点； 2）次梁与主梁的连接节点； 3）梁的侧向支撑和梁腹板开洞的补强； 4）柱与柱的拼接连接节点； 5）梁与柱的连接节点； 6

27、）斜撑与梁柱的连接节点； 7）柱脚的连接节点。 下面只介绍H形截面梁的拼接连接设计。 4H形截面梁的拼接连接设计 （1）设计要点 设计梁的拼接连接时，除应满足连接处的强度和刚度要求外，尚应考虑施工安装的方便。 梁的拼接连接节点，一般应设在内力较小的位置，但考虑施工安装的方便，通常设在距梁端1.0m左右的位置。因而作为刚性连接的拼接连接节点，如果将梁翼缘的连接按实际内力进行设计，则有损于梁的连续性，可能造成建筑物的实际情况与设计时内力分析模型的不相协调，并降低结构的延性。因此对于要求结构有较好延性的抗震结构，其连接节点应按板件截面积的等强度条件进行设计。 当梁翼缘的拼接采用高强度螺栓连接时，内侧

28、连接板的厚度要比外侧连接板的厚度大，因此在决定连接板的尺寸时，应尽可能使连接板的重心与梁翼缘的重心相重合。 上下翼缘连接板的净截面抵抗矩应大于上下翼缘板的净截面抵抗矩。 梁腹板按实际内力进行拼接连接时，无论如何，其连接承载力不应小于按腹板截面面积等强度条件所确定的腹板承载力的1/2。 （2）连接设计 在H型截面梁的拼接连接节点中，当为刚性连接时，通常采用的连接形式有： 1）翼缘和腹板均采用摩擦型高强度螺栓连接; 2）翼缘采用全熔透的坡口对接焊缝连接，腹板采用摩擦型高强度螺栓连接； 3）翼缘和腹板均采用全熔透的坡口对接焊缝连接。 翼缘和腹板采用摩擦型高强度螺栓连接的设计计算方法有四种： 1）等强

29、度设计法； 2）实用设计法； 3）精确计算设计法； 4）习用简化设计法。 等强度设计法是按被连接的梁翼缘和腹板的净截面面积的等强度条件来进行拼接连接的。它多用于结构按抗震设计或按弹塑性设计中梁的拼接连接设计，以保证构件的连续性和具有良好的延性。 但在等强度设计法中，由于翼缘和腹板的连接螺栓配置不能先行准确确定，因此翼缘和腹板的净截面面积可先近似地分别取翼缘和腹板毛截面面积的0.85倍，以便估算螺栓的数目及其配置。 当连接采用全熔透的坡口对接焊缝，并采用引弧板施焊时，可视焊缝与母板是等强度的，不必进行连接焊缝的强度计算。 采用等强度设计法进行梁的拼接连接设计时，按以下要求考虑（图2-1）。 1）

30、作用于梁拼接处的内力有弯矩和剪力。梁的拼接连接按等强度设计法的设计内力值可按下列公式计算： 弯矩 Mnb =Wnb f （1） 剪力 Vnb =Anwb fv （2）式（1）中,Wnb 梁扣除高强度螺栓孔后的净截面抵抗矩，可按式（3）计算； Wnb =Inb / （0.5Hb） （3） f钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值。式（2）中 ,Anwb梁腹板扣除高强度螺栓后的净截面面积，可按式（4）计 算（也可近似地取腹板毛截面面积的0.85倍）； Anwb = tWbhWb nWptWbdWb （4） fv 钢材的抗剪强度设计值；式（3）中,Inb梁扣除高强度螺栓孔后的净截面惯性矩，可按式（5）计算

31、： Inb =Iob 2nFPdFbtFb3/ 12 2nFPdFbtFb（HbtFb）/2）2 i（1/12 tWbdWb3tWbdWbyi2） （5） Hb 梁的截面高度。 图2-1 图2-2式（4）中,hWb梁腹板的高度； nWp梁腹板计算削弱截面上的高强度螺栓数目。式（5）中,IOb 梁的毛截面惯性矩； nFP梁单侧翼缘计算削弱截面上的高强度螺栓数目，对并列布置 nFP=2 ， 或nFP=4 ，对错列布置可近似取nFP3 ； dFb梁翼缘的高强度螺栓孔径； tFb梁的翼缘厚度； tWb梁的腹板厚度； dWb梁腹板的高强度螺栓孔径； yi梁截面中和轴至腹板的高强度螺栓孔中心的距离。 2）

32、梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目，应按下式计算： nFbwnbf / （Hb tFb） NvbH式中,NvbH 一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值。 3）梁腹板连接所需的高强度螺栓数目，应按下式计算： nwbAnwbfv / NvbH 4）拼接连接节点板的截面尺寸，可按以下要求确定（图2-2）。 为使拼接连接节点具有足够的强度，并保持梁刚度的连续性，在确定梁的翼缘和腹板拼接的连接板时，一般情况下，均应同时满足下列公式的要求： AnFPLAnFb AnwplAnwb WnPL Wnb式中,AnFPL梁单侧翼缘连接板扣除高强度螺栓孔后的净截面积； AnFb梁单侧翼缘扣除高强度螺栓孔后的净截面

33、积； Anwpl梁腹板连接板扣除高强度螺栓孔后的净截面积； Anwb梁腹板扣除高强度螺栓孔后的净截面积； WnPL梁翼缘和腹板的连接板扣除高强度螺栓孔后的净截面抵抗矩； Wnb梁扣除高强度螺栓孔后的净截面抵抗矩。 梁翼缘拼接连接板的设置，原则上应采用双剪连接；当翼缘较窄，构造上采用双剪连接有困难时，亦可采用单剪连接，但只宜用于内力较小的场合。 在确定翼缘的拼接连接板时，应考虑连接板的对称性和互换性。通常情况下，翼缘外侧拼接连接板的宽度可与翼缘同宽。 翼缘拼接连接板的厚度，可按下列公式计算： 当采用双剪连接时， t1=1/2 tFb 25mm ，且不宜小于8mm； t2=tFbBb/2（bb）3

34、6mm，且不宜小于10mm。式中,Bb翼缘外侧连接板宽度； b 翼缘内侧连接板宽度。 当采用单剪连接时， t1= tFb 36mm ， 且不宜小于10mm。 梁腹板的拼接连接板，一般均应在腹板两侧成对配置，即采用双剪连接。 腹板拼接连接板的厚度，可按下式计算： t3=tWbhWb/2h13mm，且不宜小于6mm。 梁翼缘的拼接，当采用全熔透的坡口对接焊缝连接时，连接处腹板上的弧形切口和衬板的尺寸，通常由焊接的作业要求来确定。 （三）CAD技术概述 计算机辅助设计（Computer Aided Design ,简称CAD）概念的提出和实际应用，到现在只有30年的时间，但这项技术已普遍应用于机械制

35、造、汽车、航空、造船、建筑、国防等行业，对缩短设计周期、提高设计质量、降低成本以及发挥设计人员的创造性等起到了非常积极的作用。 计算机辅助建筑结构设计是CAD技术应用较早的领域之一。目前结构专业软件基本走向成熟，它已能够代替设计者进行大量的分析计算和有规则的绘图。然而在设计图纸中，一些不能由专业软件自动生成的设计工作也占有相当的比例。如钢结构施工图设计虽可用SAP90或国内一些设计软件进行计算和绘制施工图，但在钢结构详图设计阶段，专业软件却不能很好地提高设计人员的工作效率，问题的症结在于绘制详图的效率低下。怎样才能更好地利用现代化设计工具完成详图设计呢？ 我们认为设计人员要想真正甩掉图板，需要

36、从单纯应用专业软件和应用AUTOCAD交互式绘图，走向利用AUTOCAD开放式结构进行二次开发，从而达到真正全面的计算机辅助设计这一更高的台阶，只有如此才能大大提高工作效率。这就需要在AUTOCAD图形环境基础上做三个方面努力：一是利用图块的外部引用，建立专业图形库和程序库，并利用DIESEL Autolisp控制各类屏幕下拉图标菜单，类似于我们设计过程中所用的标准图，凡是可重复选用的结构构件（雨罩、预埋件、非标结构构件等）都可以用此办法处理，方便用户；二是利用Autolisp、DCL、ADS混合编程，建立专业领域图形的图形辅助生成系统，所谓图形辅助生成系统就是面对一些图形，首先确定其特点，用

37、一些特征值来描述这个图，建立此类图形的数学描述模型；三是利用AUTOCAD内嵌的编程语言，增强和扩充AUTOCAD的图形编辑命令功能，以提高绘图速度。（四）CAD技术在工商银行钢结构工程中的应用 CAD技术在工商银行工程的应用，最早始于地下室底板的附加钢筋详图设计，随后进行了地下室梁的施工详图设计，利用4台微机完成了500张配筋图。 CAD技术的全面应用并达到一定的深度，是在随后的钢结构详图设计阶段，最紧张的设计阶段达到了20人、20台微机，并配备了为提高钢结构详图设计效率而专门开发的钢结构详图辅助生成软件。在较短的时间内完成了将近6000张钢结构详图设计。 实际上，在工商银行钢结构详图设计过

38、程中，已经将前面所讨论的CAD技术的各个层面应用于几乎所有设计环节，只是应用的深度各不相同而已。总的应用情况如下： （1）利用钢结构连接节点计算软件进行钢结构各类构件的连接计算。 （2）利用CAD图形支撑平台，对复杂连接节点和复杂构件（如桁架、五根不同方向梁与柱连接节点梁翼缘的切肢）放大样，以避免钢结构安装的“碰头”并快速高效地确定构件中零件的尺寸。 （3）开发出钢结构梁、柱、斜撑等构件详图的参数化辅助生成软件，提高构件详图绘制的工作效率，软件开发规模达到将近2万行源码。 （4）建立钢结构符号、节点库，达到图形信息微机化的目标，为目前已实现的图形库网络共享和准备下一步实现的图形信息网络管理系统

39、，打下了良好的基础。例如梁翼缘与柱全熔透坡口焊接标准节点。 （5）开发出钢结构详图材料表统计软件，利用构件详图的参数化辅助生成软件所生成的构件、零件数据，快速统计生成材料表。三、焊接工艺评定 为了确保工程的焊接质量，我公司在钢结构制作和安装之前做了大量的焊接工艺试验和工艺确认试验。现简述于下。（一）原材料的化学成分与力学性能 本工程共用钢8000t，主要是美国产的A572-50 H型钢和A36型钢，小部分为国产16Mn钢板和Q235钢板，其化学成分和力学性能见表3-1。 表3-1钢材种类化学成分（%）力学性能CSiMnPSb(MPa)b(MPa)5(%)冷弯d=3a 180备 注16Mn0.1

40、20.200.200.551.201.600.0450.04527547062020完好GB1591-88规定值（51mm）0.150.351.230.0400.02432047027完好钢厂检验值0.140.341.220.01150.023桥机厂检验值A572（翼缘厚0.230.401.350.040.0534545021ASTM规定值89mm）0.210.231.250.0090.02641061025湖北商检值A36（翼缘厚0.260.401.350.040.0525040055024ASTM规定值37 mm）0.150.050.950.0030.032333451湖北商检值 注：AS

41、TM美国材料试验标准。（二）焊接工艺试验 . 检验标准 焊接工艺试验按美国钢结构协会建筑钢结构焊接规范（ANSI/AWS D1.194）执行。试件的截取、加工和试验，按下列国家标准执行： 焊接接头机械性能试验取样方法（GB2649-89）； 焊接接头拉伸试验方法（GB2651-89） 焊接接头及堆焊金属硬度试验方法（GB2654-89）； 焊接接头弯曲及压扁试验方法（GB2653-89）； 焊接接头冲击试验方法（GB2650-89）； 斜型坡口焊接裂纹试验方法（GB4675.1-84）。 对焊接材料，按电焊条熔敷金属中扩散氢测定方法（GB3965-83）执行。 焊缝的超声波检测按钢焊缝手工超声

42、波探伤方法和探伤结果分级（GB11345-89）执行。 2. 试验项目的选定 （）本工程钢结构的主要接头型式有型柱柱、箱型柱柱横焊接头，柱梁平焊接头等两种，所有试件均用工程实际使用的钢材，按预定的工艺条件焊接后截取。 （）在众多的接头中，我们考虑了最具代表性的3种材质、4种规格以及2种焊接方法和2种焊接位置，选取7种组合来焊接试件（表3-2）。图3-1所示为试件取样部位示意图。 表3-2编号钢材种类板厚度（mm）焊接方法焊接位置1A572（W14500）89CO2气保焊（手工焊打底）横 焊2A572（W14500）89手工电弧焊横 焊316Mn51CO2气保焊横 焊416Mn51手工电弧焊横

43、焊5A572（WT796.5）37手工电弧焊平 焊6A572+A3623-24手工电弧焊平 焊716Mn+A57251-56手工电弧焊横 焊 注：编号1、2、3、4、5系同材质钢材焊接试验。 图3-1 （）试验选用的焊接设备与焊接材料如下： ）焊机：日本松下KR500A CO2半自动焊机，国产ZX-500A可控硅直流焊机。 ）焊接材料：CO2气体保护焊用宜昌产猴王牌H08Mn2SiA焊丝，直径1.2 mm；手工电弧焊选用上海产东风牌E5015焊条,直径3.2mm和4mm。每种试板，焊接后作超声波检查，作为工艺检验评定项目。 . 焊接接头的力学性能试验 主要是检查焊接接头抗拉强度和抵抗弯曲塑性能

44、力。对抗弯,按照规定作了正弯、反弯、侧弯试件，每种试件2件。试验结果见表3-3。 表3-3试件号接 头 拉 伸接头弯曲 （d=3a，弯曲100）抗拉强度（MPa）取样位置断裂位置正弯反弯侧弯取样位置1610上层焊缝合格合格合格上层595下层焊缝合格合格合格下层2575上层焊缝合格合格合格上层605下层焊缝合格合格合格下层3475上层焊缝合格合格合格上层480下层母材合格合格合格下层4500上层母材合格合格合格上层495下层母材合格合格合格下层5555母材合格合格合格555母材合格合格合格6475焊缝合格合格合格480母材合格合格合格7505上层母材合格合格合格上层500下层母材合格合格合格下层

45、 . 焊接接头冲击性能试验 在每种组合的试板上按规定切割出冲击试件，以便找出韧性脆性特性与温度的关系，作了常温、0、15各3件试件，试验结果见表3-4。 . 维氏硬度试验 分别对焊缝金属、熔合线、热影响区、熔合线外母材的硬度进行了测定，测定结果见表3-5。 . 焊缝中扩散氢含量试验 根据本工程实际情况，我们对直径4mm的上海东风牌E5015电焊条和北京牌E5015电焊条，直径1.2mm的宜昌猴王牌焊丝，作了扩散氢的测定。测试用电焊条都经400烘干保温1 h，CO2气瓶经倒置24h放水。分别作了CO2气流量15L/min、25L/min及焊枪嘴涂或不涂防飞溅膏的试验。测试结果见表3-6。 . 斜

46、Y形坡口焊缝抗冷裂纹敏感性试验由于本工程施工跨越冬季，对美国产A572的H型钢翼缘板和国产16Mn板分别作了CO2气体保护焊和手工电弧焊的冷裂纹敏感性试验。所有斜Y型坡口焊缝（带钝边单边V形焊缝）抗裂纹试验，均未发现冷裂纹，见表3-7。 表3-4试件号取样位置焊缝中心（J）熔合线（J）熔合线外1mm热影响区（J）100-15100-15100-151上下中129120103971119384996711515186102989512072511041421331411761214163892上下中1902002231961652072097012511714494117919560709214

47、1136134144187809657933上下上或下1611491611051281461009212611583887090997385444565594961362842804上下上或下22620013619912618519814216889841069394815490837485907256526879475上上上22919920217519520217017242131177181991461671692002201481901581391481491091291446上上上21222322921021121620020521874761608974135761021065151

48、170149571534956527上上下1802251991921421421901338184115749384868988918275701137480776969 表3-5试件号焊缝区测定线上平均值（HV10）熔合线（HV10）热影响区最高值（HV10）母材平均值（熔合线外5mm以上） （HV10）120219622018621041872361913212193191152419019920915651861011981726173173202169 表3-6焊材名称材质状态3试样平均值（mL/100g）东风牌电焊条400烘干，保温1h3.15北京牌电焊条2.05猴王牌焊丝（配用北京

49、酒精厂产CO2气体）气瓶放水,气流量15 L/min3.89气瓶放水,气流量25 L/min2.49同上。焊枪嘴涂防飞溅膏5.36 表3-7钢材板厚（mm）焊接方法焊条或焊丝预热温度（）裂纹率16Mn51（钢板）CO2气保焊焊丝,同扩散氢试验100016Mn51（钢板）手工焊焊条,同扩散氢试验1000A57289（H型钢翼缘）CO2气保焊焊丝,同扩散氢试验1500A57289（H型钢翼缘）手工焊焊条,同扩散氢试验1500（三）焊接工艺确认试验 在上述一系列工艺试验的基础上，我们又用选定的材料和工艺条件，焊接了柱柱、柱梁的典型接头，供工艺确认试验用。 . 柱柱接头焊接工艺确认试验选择翼缘厚89m

50、m的A572H型钢和厚51mm的16Mn钢板，用不同的焊接方法焊接了4种接头，这4种接头的工艺确认试验结果列于表3-8。 表3-8编号钢材种类板厚(mm)焊 接方 法施焊层数焊接参数（A）预 热（）层间温度（）两试样b（MPa）冷弯100（d=3a）1A572W1450089手工焊打底15120140150100150611596正反侧弯合 格CO2保护焊6212602902A572W1450089手工电弧焊123180200150100150573604合 格316Mn51手工焊打底15110130130150100130474479合 格CO2保护焊617260290416Mn51手工电弧

51、焊110170190130150100130501493合 格 . 柱梁接头焊接工艺确认试验 本工程柱梁节点联接，采用既栓又焊的方法，工艺确认试验时，选用了翼缘厚37mm的A572H型钢和A36型钢。工艺确认试验结果见表3-9。 . 柱梁接头足尺模拟试验 工商银行工程的柱、梁焊接量大，最厚的翼缘全熔透焊达97mm，如焊接工艺选用不当将直接影响焊接变形，为此特进行柱梁焊接的模拟试验，找出构件的变形量和焊接顺序对构件变形影响的规律。按照试验结果,经变形量测定，箱型柱垂直偏差1mm，型柱偏差1.5mm。 通过以上一系列试验，结果表明，我们选用的焊接材料，设定的焊接顺序和焊接工艺，可以满足本工程的要求

52、。 表3-9编号钢材种类板厚(mm)焊 接方 法施焊层数焊接参数（A）预 热（）层间温度（）两试样b（MPa）冷弯100（d=3a）1A572W1419337手工电弧焊121902108010080100553556合 格2A3624手工电弧焊718020050805080474478合 格四、钢结构构件制作与成品验收 钢结构构件由铁道部大桥局武汉桥梁机械厂（简称加工厂）分包制作。我总包单位以及业主委托的监理公司分别委派驻厂工程师和监理工程师，监管加工厂钢结构构件制作的全过程。 钢结构材料绝大部分采用美国钢材A572、A36，部分采用国产钢材16Mn、Q235钢板。 钢结构构件制作及验收依据是

53、： （1）美国SOM公司的设计图纸和说明书,以及设计方审核并批准的加工详图； （2）钢结构设计规范（GBJ17-88）； （3）高层建筑结构设计与施工规程（报批稿）； （4）建筑钢结构焊接规程（JGJ81-91）； （5）建筑工程质量检验评定标准（GBJ301-88）； （6）钢结构工程施工及验收规范（GB50205-95）； （7）钢结构工程质量检验评定标准（GB50221-95）； （8）美国钢结构协会钢结构焊接规范（ANSI/AWS D1.1-94）。（一）原材料的试验检验 1. 美国钢材的检验 首先，钢材由国家商检局抽样进行商检，合格后出具商检情况通知单，型钢均附有材质证明。其后，加工厂对原材尺寸、外观进行检验，有疑问时，则抽样进行物理和化学试验。 2. 国产钢材的检验 国产材料一般由加工厂自行采购，原材应有材质证明和出厂合格证。原材进厂后，由加工厂抽样，进行物理和化学试验。 在美国钢材和国产钢材抽检时，驻厂工程师和监理工程师进行现场监督。材质证明和检验的最终结果，均由加工厂报给驻厂工程师和监理工程师。 3. 其他材料的检验