钢结构井道模数化设计指南

1 引言

11 目的与意义 本指南旨在推广钢结构井道的模数化设计方法。通过标准化、系列化的模数设计，实现以下目标：

• 提高效率： 减少重复设计工作，加速项目周期。
• 降低成本： 通过批量生产、标准化构件降低材料与加工成本。
• 保证质量： 工厂化预制确保构件精度和品质，减少现场施工误差。
• 便于安装： 构件接口标准化，简化现场安装流程，缩短工期。
• 增强灵活性： 在标准模数体系内，仍可灵活适应不同的建筑需求和空间变化。

12 适用范围 本指南适用于各类建筑中采用钢结构的多功能竖井道设计，包括但不限于：

• 设备管井： 给排水、暖通空调、消防管道井。
• 电气井道： 强电、弱电（通讯、网络）竖井。
• 电梯井道： 乘客电梯、货梯、消防电梯的核心筒。
• 通风排烟井道。

2 核心设计原则

21 模数化原则

• 基本模数： 确定一个最小的基本尺寸单位（例如，100mm）。所有构件的尺寸（长度、宽度、间距）都应是这个基本模数的整数倍。
• 扩大模数： 由基本模数衍生出的更大尺寸单位（如300mm, 600mm, 1200mm），用于确定井道的平面轮廓、层高等主要尺寸。
• 优先尺寸： 建立一套优先采用的尺寸系列，减少构件规格，提高通用性。

22 标准化与系列化原则

• 构件标准化： 将井道分解为梁、柱、支撑、墙板、检修门等标准构件。
• 接口标准化： 构件之间的连接节点（如螺栓连接、焊接坡口）应采用统一、可靠的标准化设计。
• 系列化： 根据不同的荷载、空间和功能要求，设计出几个标准系列的井道截面（如1200x1200mm, 1500x1500mm, 2000x2000mm等），形成产品系列。

23 结构安全原则

• 模数化设计必须以满足结构安全为前提。所有标准构件和节点必须经过严格计算，确保在风荷载、地震荷载及使用荷载下的强度、稳定性和刚度。
• 考虑防火、防腐等耐久性要求，并纳入标准化设计范围。

24 生产与施工便利性原则

• 设计为制造而设计： 考虑钢材下料、组装的工艺性，尽量减少复杂节点和异形构件。
• 设计为安装而设计： 构件尺寸和重量应便于运输、吊装和现场操作。连接方式应便于现场快速对位和紧固。

3 模数化设计体系

31 平面模数网格

• 建议采用以 300mm 为基本扩大模数的网格系统。
• 井道的平面净尺寸（内径）宜为模数的整数倍，例如：600x600mm, 900x900mm, 1200x1200mm等。
• 结构柱的轴线定位也应遵循模数网格。

32 竖向模数

• 层高应与建筑的整体层高模数协调，通常以 100mm 或 300mm 为级差。
• 井道内平台、管道支架的竖向间距也应设定标准模数（如1500mm, 3000mm），便于支架的标准化设计。

33 构件模数

• 立柱： 采用标准热轧型钢（如H型钢、方钢管）或冷弯薄壁型钢。截面高度应系列化（如H100, H150, H200）。
• 横梁/平台梁： 规格与立柱协调，形成匹配的梁柱体系。
• 支撑： 标准化支撑件（如角钢、圆钢）及其连接板。
• 围护板： 墙板（如压型钢板、预制混凝土板）的宽度和长度应遵循模数，便于排版和安装。

4 关键节点模数化设计

41 梁柱连接节点

• 推荐采用标准化连接板+高强度螺栓的连接方式，避免现场焊接，保证质量和速度。
• 设计几种标准节点类型（如铰接、刚接），并预先进行有限元分析，形成标准节点库。施工时只需按图选用即可。

42 支撑连接节点

• 支撑端部与柱、梁的连接应采用标准化的连接件和螺栓孔群，确保传力明确，安装方便。

43 围护系统与结构连接

• 墙板、检修门框与钢结构之间的连接件应标准化。例如，使用统一的“Z”形或“C”形连接件，其上的螺栓孔间距符合模数要求。

5 设计流程

1. 需求分析： 明确井道的功能、所需容纳的设备、荷载要求、防火等级等。
2. 模数选定： 根据项目总体规划和上述需求，确定平面和竖向的基本模数与扩大模数。
3. 系列选择： 从标准井道系列库中选择最接近需求的规格。若无完全匹配，可在最接近的系列基础上进行微调。
4. 结构计算： 对选定的标准系列进行结构计算和复核，确保安全。
5. 构件详图设计： 基于标准节点库，生成所有构件的加工详图。此时工作量将大幅减少。
6. 清单生成： 自动生成标准化的材料清单和构件清单，便于采购和生产。

6 BIM技术的应用

大力推荐采用建筑信息模型技术作为模数化设计的载体。

• 参数化族库： 创建包含所有标准构件和节点的参数化BIM族库。修改关键参数（如尺寸、荷载），模型和图纸将自动更新。
• 协同设计： 便于建筑、结构、设备专业在统一的模数化模型中进行协同，避免碰撞。
• 数字化加工： BIM模型可直接与数控机床对接，实现制造环节的自动化。

7 质量控制与验收

• 工厂预制： 建立严格的工厂质量控制体系，确保标准构件的加工精度。
• 现场安装： 制定标准化的安装工艺手册，确保施工质量与设计意图一致。
• 验收标准： 基于模数化设计的特点，制定专门的验收标准，重点检查构件规格、连接节点和安装精度。

8 总结

钢结构井道的模数化设计是建筑工业化和智能建造的必然趋势。通过建立科学合理的模数体系、标准构件库和节点库，并借助BIM技术，可以彻底改变传统离散化的设计模式，实现从设计、生产到施工的全链条优化，最终为客户和社会创造更大的价值。

附录：

• 附录A： 常用型钢规格与模数对应表
• 附录B： 标准节点大样图示例
• 附录C： 材料清单标准格式

希望这份指南能为您提供清晰的设计思路和实用的技术参考。