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

煙臺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，使用通用機具加工復(fù)雜管桁架節(jié)點；通過建立工程三維模型，計算出吊裝工件的重心，作出吊點，減少構(gòu)件空中姿態(tài)調(diào)整時間，加快吊裝速度。[關(guān)鍵詞]三點空間定位；節(jié)點加工；建模；重心。1工程概況：煙臺市文化中心是煙臺市2007年度市區(qū)城市建設(shè)重點項目，總占地面積約7.63公頃，其中文化設(shè)施項目位于廣場南側(cè)，占地3.1萬平方米，總建筑面積約12.6萬平方米，整個工程包含鋼結(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不規(guī)則的多面體，俗稱“大石頭”，將整個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和標(biāo)志。圖1工程效果圖2施工難點：2.1節(jié)點加工難度大。本工程為不規(guī)則鋼管桁架結(jié)構(gòu)，在多面體的角點處由于多根鋼管交于一點，圖紙設(shè)計了12個鑄鋼節(jié)點，由于工期和造價原因改為使用鋼管焊接制作。2.2安裝工期緊張，構(gòu)件吊裝時形態(tài)各異，空中姿態(tài)不好控制。由于場地原因，只能使用現(xiàn)場的1臺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，安排安裝時間1個月，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“大石頭”是一個很復(fù)雜的多面體，所有鋼構(gòu)件的空中定位點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)點的加工本工程需用12個節(jié)點，每個節(jié)點均不相同。由于節(jié)點樣式多的原因，鑄造的工期長、造價高，不能滿足要求，經(jīng)征得設(shè)計同意，改為使用鋼管焊接加工。由于節(jié)點數(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)測量工具、設(shè)備。節(jié)點加工的主要難點在于各分肢鋼管的定位，傳統(tǒng)方法是通過原點來定位，以圖4中A分肢為例，要確定A點的位置，就要確定A點的三維坐標(biāo)（x,y,z），測量過程如下：=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)點模型圖5原點法空間點定位步驟所以要確定點A的位置，需要測量5個數(shù)據(jù)，而其中有兩個是角度，而角度的測量誤差要大于長度測量，并且該方法還有一個致命的缺點，一個節(jié)點有多個分肢，本工程中最復(fù)雜的節(jié)點有7個分肢，要確定所有分肢的位置有兩個方法，一是先確定每個分肢的位置，并加以標(biāo)記，再將分肢管件組裝，但在組裝分肢時難免會碰到標(biāo)記。再一個方法是依次測量、安裝分肢，但這樣在測量后面的分肢位置時，前面已安裝的分肢會擋住測量路徑。那么有沒有更好的辦法呢？我們想到為了確定分肢點的位置，沒必要非得從原點確定，可以從空間中已確定的三個點到該待測分肢點的距離確定。原理是以三角形三個角為圓心的三個彼此相交球的交點有兩個，分別在這個三角形所在面的下方和上方，因此在確定了方向后，同個測量到這三個點的距離就可以。具體實施過程如下：模型端：1、在計算機上使用鋼結(jié)構(gòu)細(xì)化軟件建立待加工節(jié)點的三維模型。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。（此過程是為與實際加工情況相符，實際加工時，鋼管是方在工作平臺上的，底部與平臺接觸）4、在該工作平面上方1500mm處建三個固定點（α，β，γ），三個點彼此間距2000mm。4、測量分肢A點到這三個固定點的距離L1,L2,L3。圖6空間三點法定位步驟實施端：1、與模型一樣，在工作平臺上方1500mm處放置三個固定點，三個固定點間距2000mm。2、將三個鋼卷尺的零點分別固定在上一步確定的三個點上。3、在三個鋼卷尺上按照模型中測量的尺寸L1,L2,L3分別找出三個點，并將三個點交于一點。4、在三個固定點的下方將鋼卷尺拉直，就可以確定分肢鋼管A點的位置。其他分肢簡單按照上述方法實施即可。本方法測量數(shù)據(jù)少，沒有角度測量，定位速度快，誤差小。由于三固定點位于節(jié)點的上方，本方法還解決了傳統(tǒng)方法測量后面的分肢位置時，前面已安裝的分肢會擋住測量路徑的缺陷。3.2構(gòu)件的吊裝由于只能使用一臺塔吊吊裝，不能雙機起吊，空中就位時，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)整這根鋼絲繩的長度來實現(xiàn)的，費時費力。本工程中，為增快吊裝速度，我們準(zhǔn)確計算了每個構(gòu)件的吊點，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。吊點計算過程如下：1、建立該構(gòu)件的三維模型。2、使用細(xì)化軟件計算出該構(gòu)件的重心。3、測量出塔吊兩根吊繩每根的長度為12米，除去捆綁鋼管的鋼絲繩后剩余長度為9.96米。4、以重心點上方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就是吊點。將塔吊的兩根鋼絲繩分別困在吊點上，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)件吊點作法3.3鋼構(gòu)件的空間定位調(diào)整整個“大石頭”安裝時采用滿堂腳手架支撐體系；針對工程特點，對于關(guān)鍵節(jié)點和吊裝控制點，采用在小橫桿上加設(shè)頂絲的方法進行空間的臨時支撐和調(diào)整。吊裝之前，預(yù)先放線定位出各點的空間位置，預(yù)留出鋼構(gòu)件起拱的余量，待構(gòu)件就位以后，調(diào)整頂絲來實現(xiàn)構(gòu)件的空間精確