山東大劇院空間管桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化施工技術(shù)

煙臺(tái)文化中心大劇院空間管桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化施工技術(shù)[摘要]利用空間定位方法，使用通用機(jī)具加工復(fù)雜管桁架節(jié)點(diǎn)；通過建立工程三維模型，計(jì)算出吊裝工件的重心，作出吊點(diǎn)，減少構(gòu)件空中姿態(tài)調(diào)整時(shí)間，加快吊裝速度。[關(guān)鍵詞]三點(diǎn)空間定位；節(jié)點(diǎn)加工；建模；重心。1工程概況：煙臺(tái)市文化中心是煙臺(tái)市2007年度市區(qū)城市建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目，總占地面積約7.63公頃，其中文化設(shè)施項(xiàng)目位于廣場(chǎng)南側(cè)，占地3.1萬(wàn)平方米，總建筑面積約12.6萬(wàn)平方米，整個(gè)工程包含鋼結(jié)構(gòu)工程6000余噸，鋼結(jié)構(gòu)工程中施工工期安排最緊張，施工難度最大的是大劇院空間管桁架工程，該管桁架工程高23.8米，最大跨度45米，使用600余噸Φ219～Φ650的無縫鋼管組成骨架，外側(cè)安裝紅色穿孔鋁板，工程完工后形成一個(gè)不規(guī)則的多面體，俗稱“大石頭”，將整個(gè)工程最重要的建筑物大劇院罩在其中，是文化中心工程的亮點(diǎn)和標(biāo)志。圖1工程效果圖2施工難點(diǎn)：2.1節(jié)點(diǎn)加工難度大。本工程為不規(guī)則鋼管桁架結(jié)構(gòu)，在多面體的角點(diǎn)處由于多根鋼管交于一點(diǎn)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)了12個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)，由于工期和造價(jià)原因改為使用鋼管焊接制作。2.2安裝工期緊張，構(gòu)件吊裝時(shí)形態(tài)各異，空中姿態(tài)不好控制。由于場(chǎng)地原因，只能使用現(xiàn)場(chǎng)的1臺(tái)K4026塔吊吊裝，本工程需用塔吊吊裝的構(gòu)件600余件，每件構(gòu)件的規(guī)格形狀及空中就位的角度都不相同，安排安裝時(shí)間1個(gè)月，到期該塔吊將拆除，安裝期間，土建等施工方還要使用該塔吊，工期特別緊張。2.3構(gòu)件空中就位、調(diào)整難。由于整個(gè)“大石頭”是一個(gè)很復(fù)雜的多面體，所有鋼構(gòu)件的空中定位點(diǎn)都具有各不相同的空間三維坐標(biāo)，構(gòu)件吊裝就位后再很難進(jìn)行空間的精確調(diào)整。圖2工程施工圖圖3工程三維模型3關(guān)鍵技術(shù)：3.1、節(jié)點(diǎn)的加工本工程需用12個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均不相同。由于節(jié)點(diǎn)樣式多的原因，鑄造的工期長(zhǎng)、造價(jià)高，不能滿足要求，經(jīng)征得設(shè)計(jì)同意，改為使用鋼管焊接加工。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，又不具有后續(xù)性，不值得為此添加專用設(shè)備，因此需要盡量使用常規(guī)測(cè)量工具、設(shè)備。節(jié)點(diǎn)加工的主要難點(diǎn)在于各分肢鋼管的定位，傳統(tǒng)方法是通過原點(diǎn)來定位，以圖4中A分肢為例，要確定A點(diǎn)的位置，就要確定A點(diǎn)的三維坐標(biāo)（x,y,z），測(cè)量過程如下：=1\*GB3①在X方向量出x。=2\*GB3②量出直角，確定Y軸方向。=3\*GB3③在Y方向上量出y。=4\*GB3④用線垂確定Z軸方向。=5\*GB3⑤在Z方向上量出z。圖4節(jié)點(diǎn)模型圖5原點(diǎn)法空間點(diǎn)定位步驟所以要確定點(diǎn)A的位置，需要測(cè)量5個(gè)數(shù)據(jù)，而其中有兩個(gè)是角度，而角度的測(cè)量誤差要大于長(zhǎng)度測(cè)量，并且該方法還有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多個(gè)分肢，本工程中最復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)有7個(gè)分肢，要確定所有分肢的位置有兩個(gè)方法，一是先確定每個(gè)分肢的位置，并加以標(biāo)記，再將分肢管件組裝，但在組裝分肢時(shí)難免會(huì)碰到標(biāo)記。再一個(gè)方法是依次測(cè)量、安裝分肢，但這樣在測(cè)量后面的分肢位置時(shí)，前面已安裝的分肢會(huì)擋住測(cè)量路徑。那么有沒有更好的辦法呢？我們想到為了確定分肢點(diǎn)的位置，沒必要非得從原點(diǎn)確定，可以從空間中已確定的三個(gè)點(diǎn)到該待測(cè)分肢點(diǎn)的距離確定。原理是以三角形三個(gè)角為圓心的三個(gè)彼此相交球的交點(diǎn)有兩個(gè)，分別在這個(gè)三角形所在面的下方和上方，因此在確定了方向后，同個(gè)測(cè)量到這三個(gè)點(diǎn)的距離就可以。具體實(shí)施過程如下：模型端：1、在計(jì)算機(jī)上使用鋼結(jié)構(gòu)細(xì)化軟件建立待加工節(jié)點(diǎn)的三維模型。2、以最粗的兩根分肢鋼管軸線確定的面為工作平面，其余分肢位于該平面上方。3、將工作平面下移最粗的兩根鋼管的外徑的一半，將工作平面移至鋼管的底部。（此過程是為與實(shí)際加工情況相符，實(shí)際加工時(shí)，鋼管是方在工作平臺(tái)上的，底部與平臺(tái)接觸）4、在該工作平面上方1500mm處建三個(gè)固定點(diǎn)（α，β，γ），三個(gè)點(diǎn)彼此間距2000mm。4、測(cè)量分肢A點(diǎn)到這三個(gè)固定點(diǎn)的距離L1,L2,L3。圖6空間三點(diǎn)法定位步驟實(shí)施端：1、與模型一樣，在工作平臺(tái)上方1500mm處放置三個(gè)固定點(diǎn)，三個(gè)固定點(diǎn)間距2000mm。2、將三個(gè)鋼卷尺的零點(diǎn)分別固定在上一步確定的三個(gè)點(diǎn)上。3、在三個(gè)鋼卷尺上按照模型中測(cè)量的尺寸L1,L2,L3分別找出三個(gè)點(diǎn)，并將三個(gè)點(diǎn)交于一點(diǎn)。4、在三個(gè)固定點(diǎn)的下方將鋼卷尺拉直，就可以確定分肢鋼管A點(diǎn)的位置。其他分肢簡(jiǎn)單按照上述方法實(shí)施即可。本方法測(cè)量數(shù)據(jù)少，沒有角度測(cè)量，定位速度快，誤差小。由于三固定點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)的上方，本方法還解決了傳統(tǒng)方法測(cè)量后面的分肢位置時(shí)，前面已安裝的分肢會(huì)擋住測(cè)量路徑的缺陷。3.2構(gòu)件的吊裝由于只能使用一臺(tái)塔吊吊裝，不能雙機(jī)起吊，空中就位時(shí)，要調(diào)整構(gòu)件的角度，傳統(tǒng)方法是在一根吊裝鋼絲繩上安裝倒鏈，通過調(diào)整這根鋼絲繩的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本工程中，為增快吊裝速度，我們準(zhǔn)確計(jì)算了每個(gè)構(gòu)件的吊點(diǎn)，使構(gòu)件一吊起就能達(dá)到要求的姿態(tài)，不需空中調(diào)整，增加了吊裝速度。下面以一個(gè)構(gòu)件做下示例：該構(gòu)件是主骨架的一段，使用Φ650x16無縫管管焊接而成，重5.53噸。吊點(diǎn)計(jì)算過程如下：1、建立該構(gòu)件的三維模型。2、使用細(xì)化軟件計(jì)算出該構(gòu)件的重心。3、測(cè)量出塔吊兩根吊繩每根的長(zhǎng)度為12米，除去捆綁鋼管的鋼絲繩后剩余長(zhǎng)度為9.96米。4、以重心點(diǎn)上方8.96米為圓心，以9.96米為半徑畫輔助圓，輔助圓與鋼管上邊的交點(diǎn)就是吊點(diǎn)。將塔吊的兩根鋼絲繩分別困在吊點(diǎn)上，起吊后塔吊的的吊鉤恰好位于輔助圓圓心處，由于該圓心與構(gòu)件重心位于一條鉛垂線上，所以構(gòu)件吊起后的姿態(tài)就是安裝所需要的姿態(tài)，不需要載調(diào)整了。圖7構(gòu)件吊點(diǎn)作法3.3鋼構(gòu)件的空間定位調(diào)整整個(gè)“大石頭”安裝時(shí)采用滿堂腳手架支撐體系；針對(duì)工程特點(diǎn)，對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和吊裝控制點(diǎn)，采用在小橫桿上加設(shè)頂絲的方法進(jìn)行空間的臨時(shí)支撐和調(diào)整。吊裝之前，預(yù)先放線定位出各點(diǎn)的空間位置，預(yù)留出鋼構(gòu)件起拱的余量，待構(gòu)件就位以后，調(diào)整頂絲來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的空間精確