无脊多坡异面屋盖钢结构成型施工工法

1、无脊多坡异面屋盖钢结构成型施工工法1、前言随着建筑业的快速发展，建筑施工和技术的运用，造型新颖、美观的建筑孕育而生。特别是展览馆、博物馆等大型公共建筑，其独特的造型能使建筑物具有多样化、个性化且更加唯美的特点。武汉建工承接的辛亥革命博物馆新建工程屋面呈“V”字形，结构形式为钢结构+钢筋混凝土板，钢结构由弯扭的“H”型钢焊接拼装而成，混凝土楼板厚度12cm，屋面由七个坡面组成，造型复杂，施工难度大，针对钢构件空间定位精确高、弯扭成型组装后屋面结构符合设计要求（坡度、坡向）等特点，项目部应用计算机三维放样技术、数控无膜成型技术、三维空间测量定位技术及屋盖钢结构安装成型技术等，实现设计要求，得到了包

2、括业主、设计和监理单位等的一致好评，并获得武汉市优质结构工程，通过该工程实践总结形成本工法。2、工法特点2.1 施工效率高相对于传统钢构件加工制作方法，运用计算机技术与数控技术保证构件制作无膜成型，并最大限度地降低了工程生产成本、提高了工程的生产效率。2.2整体性好通过数控压制成形好、施工精度高等特点实时控制变形曲面及分段成形达到多坡面整体成型，从而使无脊多坡屋面无须另做找坡，实现了现代钢结构制作工艺与混凝土结构施工的完美结合，钢构件成型后与设计屋面坡度一致、转折点相同。2.3结构外观成型精度高由弯扭构件形成屋面钢结构，构件钢梁纵横交叉，结构定位复杂。通过数控多点无膜压制成形、实时控制变形曲面

3、及分段成形，保证构件之间的平滑过渡。3、适用范围本工法适用于工业与民用建筑中无脊多坡屋面钢结构的施工。4、工艺原理运用Tekla软件进行钢结构的三维空间深化设计，确定屋盖每个钢构件的空间位置以及构件的弯扭状态，实现建筑设计的复杂外形要求。弯扭构件的制作精度控制采用无膜成型技术，根据计算机创建的三维模型确定每一个弯扭构件的空间定位坐标，利用数控机床对高度可调的基本体进行实时运动控制，保证构件平滑的压制成设计完成面，实现板材的三维曲面成型。通过专业放样软件与数控机床的无缝对接，达到屋盖钢结构弯扭成型精度控制的目的。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图（如图5.1所示）：弯扭构件拼装与焊接

4、弯扭构件拼装与焊接钢构件安装及验收现场三维测量定位钢牛腿拼装与焊接弯扭钢骨梁的拼装与焊接结构三维成型放样确定屋盖弯折关键点导入关键点形成多坡面确定钢构件空间位置确定构件弯扭点及扭转度构件三维成型放样及建模数控机床精确下料及压制成型三辊卷板机卷制成型数控油压机无膜压制成型图5.1无脊多坡异面屋盖钢结构施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1.结构三维成型放样由于建筑造型要求屋盖结构完成无脊多坡异面，采用Tekla进行空间三维模型进行深化设计。屋面钢结构首先需要准确的按标高点形成各个面，然后以无脊的形式将面与面之间形成边坡线，最后通过变坡线以截面弯扭的形式完成钢构件。图5.2.1-1 辛亥革命博物馆

5、新建工程屋面钢结构11个关键变坡空间控制点（1） 根据设计图纸，在三维空间模型中创建与图纸相对应的空间控制的关键点，将关键点用直线连接形成关键线，从而屋面形成多个空间面的轮廓以及面与面的交线，作为多个空间面在模型中的交线。 图5.2.1-2 辛亥革命博物馆新建工程屋面钢结构导入关键点连线成面模型图（2）将结构图中的屋面布置图导入到模型中，然后在所有的梁与梁的定位交点以及梁通过变坡线的交点位置上创建铅垂线，然后利用第一步中勾勒出的空间面与当前创建的铅垂线。图5.2.1-3 辛亥革命博物馆新建工程屋面钢结构二维矢量线段结构布置图 图5.2.1-4空间面与交点位置的铅垂线确定空间精确定位点的示意图（

6、3）利用Tekla-xsteel.16软件，利用【创建面与线的交点】工具求出铅垂线，通过面与面的交点，然后布置钢梁。构件布置成功后，进行节点建模。图5.2.1-5在模型中完成构件空间坐标点屋盖梁效果图通过以上步骤确定钢构件在异面中的空间定位点，可以准确的将钢构件布置在模型中。5.2.2数控三维放样及建模根据铅垂线与空间面的交点，确定构件的空间弯曲点坐标，同时在模型中逐步进行构件的空间三维建模。利用三维放样软件实现弯扭构件下料成型、弯扭构件组装及焊接，采用计算机三维放样技术绘制零件详图，绘制下料图及编制数控编程，完成弯扭构件的放样下料、压头、成型工艺、组装焊接及矫正检验。（1）根据弯扭构件的空间

7、坐标，定出弯扭构件的平面弯曲点和空间扭转角度，再输入构件壁厚，自动生成弯扭构件实体模型，得到构件上的任意空间坐标。 （2）对构件进行自动展开，形成展开的线型数据，然后将零件切割数据输入数控切割机进行钢板的下料切割。5.2.3数控机床精确下料及压制成型弯扭构件的加工关键是钢板的压制成型，弯板加工采用三辊卷板机卷制成型，局部配以数控油压机压制整形。图5.2.3柱上牛腿扭转图（1）采用全站仪、数控扫描仪等方法进行拼装。构件及对柱上的牛腿的扭转角度及弯曲点与钢梁进行预拼装（如图5.2.3）。（2）拼装时，根据制作工艺要求焊接收缩余量，预置焊接反变形，使用必要的装配和焊接胎具、工艺隔板及支撑。（3）在同

8、一构件上焊接时，尽量采用热量分散对称分布方式施焊以抵消焊接应力与焊接变形，焊接时主要采用CO2气体保护焊及手工电弧焊的焊接方法。5.2.4弯扭构件拼装与焊接焊接采用手工电弧焊接打底，CO2气体保护焊填充和盖面以小电流和微小的摆动手法，采用双人对称，节点对称结构对称的全方位对称焊接技术以尽量减少焊接残余，防止焊接变形，确保焊接质量。（1）根据三维模型中结构空间成型的弯曲点和扭转角度，在弯扭构件的支撑柱牛腿使用全站仪逐一对构件弯曲点和扭转角度进行测量定位。（2）由于构件制作、测量、安装存在着不可避免的误差，在构件连接点上进行复核校正。5.2.5弯扭构件现场三维测量定位（1）吊装弯扭主梁杆件，在杆件

9、弯曲各扭转部位设置点对位，把杆件吊装到位并与节点轴线对中测量空间弯扭点准确后，连接支撑柱牛腿节点与弯扭杆件（如图5.2.5）。（2）安装螺栓对钢梁进行固定，待校正完毕后，再换高强螺栓。（3）螺栓初拧及终拧时使用专用的扭力扳手和扭剪扳手进行施工，在终拧完成后及时对每个点进行检查，确保螺栓达到终拧扭矩。（4）螺栓终拧完毕后，进行现场焊接施工，主梁焊接采用以节点为中心对称、节点与各杆件同时焊接的方法，次梁焊接采用两端异侧同时施焊的方法，以抵消焊接应力与焊接变形。及时对节点部位用油漆进行封闭。 图5.2.5弯扭构件现场安装图5.2.6钢构件安装及验收屋盖钢结构完成上述核心工艺以后，进行现场安装，安装完

10、成后收集钢结构制作和安装过程中的资料，完成验收。5.3劳动力组织表5.3 劳动力组织情况表序号钢结构施工安装所需人员备注1管理人员22技术人员33起重工64安装工205电焊工126电工27普工10合计556、材料与设备6.1 主要施工机具投入计划见表6.1。表6.1 主要施工机具投入计划序号设备名称规格型号数量用途备注1三辊卷板机1台构件制作2数控油压机1台构件制作3直流电焊机ZX-32040焊接4CO2焊机CPXS-50020焊接5碳刨机ZX5-63012焊接6电焊条烘箱YGCH-X-4004焊条烘焙7电热焊条保温筒TRB系列60焊条保温8角向砂轮机JB1193-7140焊缝打磨9空气压缩机

11、XF2008焊接10倒链5/3 t30稳定校正11千斤顶50/20/10 t20稳定校正12钢丝绳6X37+124个吊绳、缆风绳6个4组13卸扣T-DW3020个吊装14钢板30*1500*30008块吊车支腿垫板6.2 主要仪器投入计划见表6.2。表6.2 主要仪器投入计划序号设备名称规格型号数量用于生产部位1超声波探伤仪USL-32UM22焊缝探伤2电子全站仪GTS-7011拼装、安装检测3经纬仪光学FDTL2CL2定线、长轴线测设4水准仪ALL3222标高测设5涂层测厚仪EPK600BF1油漆厚度检测7、质量控制7.1 工程质量控制标准型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001;钢

12、结构工程施工质量验收规范GB50205-2001;建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002;钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程JGJ82-91;建筑钢结构防火技术规范CECS200:2006;钢结构防火涂料应用技术规范CECS24:90;厚度方向性能钢板GB/T 53137.2 工程质量控制项目7.2.1主控项目项 目规范允许偏差（mm）项目内控目标（mm）建筑总体垂直度偏差eH/2500+10 e50e20建筑总高度偏差-H/1000eH/1000-30e30-20e20本建筑平面弯曲偏差eL/1500 e25e20本建筑定位偏差eL/20000 327.2.2一般项目项 目工程允

13、许偏差(mm)项目内控目标(mm)地脚螺栓移位e1e1螺栓露出长度0 e300 e20定位轴线e1e1柱子的底座位移e3e2柱底标高-2 e 2-1.5 e1.5上柱和下柱的扭转e3e2同一层柱的柱顶高差e5e4单节柱的垂直度eL/1000e10eL/1200e8同一根梁两端水平度eL/1000e10eL/1200e8主次梁表面高差-2e+2-2e+2桁架、梁跨中垂直度H/250 e15H/250 e8.0桁架、梁侧向弯曲H/1000e10H/1000e8现场焊缝组对间隙-2e+30e+38、安全措施8.1安全教育制度：所有进场施工人员必须经过安全培训，经公司、项目、班组三级教育，考核合格后方

14、可上岗。高空作业人员应身体健康经体检合格后持证上岗，项目经理部必须分阶段对管理人员进行安全书面交底，各施工工段及专职安全员必须定期对各班组进行安全书面交底。8.2构件起吊前须计算出重心部位，钢绳长度、夹角及钢绳直径。选择吊点，计算杆件力。构件起吊时应保证水平，均匀离开平板车或地面。起重吊钩应在重心的正上方，起钩后构件不作前后、左右摆动。检查钢绳受力状况，几根钢绳应均匀受力。吊钩要求具有防跳绳装置，无排绳打搅现象。构件吊点应牢固，无滑落现象。起钩由地面人员指挥，塔机操作员应仅听从地面的专职人员指令。起钩速度应缓慢，施工人员不得站在构件上.。8.3构件起重高度应在人手可触及的高度，不能在空中自由任

15、意摆动。构件吊运通道应无障碍物，施工人员不要站在构件运动方向，构件不得超跃头顶。8.4落钩前应明确位置，摆正构件，避免无目的随意摆放。构件下要垫放枕木以利于取出钢绳。落钩要使用慢速，经充分落钩钢绳不受力才能靠近取钢绳。忌手放在构下取物，钢绳退出时不允许使用吊钩直接拉动避免钢绳弹出伤人。8.5每一根主梁安装完后及时拉设安全绳，高于该层钢梁约1.1米，两端固定在钢柱上，人员行走时，手扶钢丝绳，并将安全带挂于安全绳行走。8.6在主要施工通道铺设跳板，可以通过主要通道，达到各个施工作业点。8.7安装钢梁后及时根据安装情况，铺设水平安全网。8.8压型钢板铺设时，需边拆除安全网，边铺设压型钢板。并及时做好

16、临边与洞口的防护工作。9、环保措施9.1噪音控制1、场内采用低噪音机械，一般情况晚上10点以后及午休时不施工。2、材料装卸采用人工传递，严禁抛掷或汽车一次性翻斗下料。严禁汽车高音鸣笛。9.2污水控制1、施工废水经沉淀处理有组织排放，生活废水经化粪池处理排放到业主污水处理站。2、大力宣传教育节约用水，减少污染，不乱倒、乱排。10、 效益分析10.1社会效益无脊多坡异面屋盖结构弯扭成型施工工法涉及复杂钢结构及钢结构与混凝土组合结构的施工，创新了异形体空间结构设计方法、构件制作方法及现场测量定位方法、形成了异面成型结构的三维空间定位法、模拟空间深化设计法、弯扭构件制作成型法、钢结构与混凝土组合结构施

17、工方法及现场三维测量定位法一系列施工成套技术，为今后复杂结构的施工安装积累了宝贵经验，为我国建筑业新技术的推广作出了贡献。10.2经济效益无脊多坡异面屋盖结构弯扭成型施工工法设计构件工厂一次加工成型，现场安装工效大大提高，人工费、机械台班费约节约了1/5。多坡屋面能实现一次性浇捣成型，屋面无须混凝土另做找坡层，材料费、机械费、人工费约节省1/6。11、应用举例智能机器人功能和种类打造成为产业新增长点。随着智能时代的加速来临，在多科学领域前沿技术的交叉融合作用下，2019年智能机器人将不断衍生进化出更多复杂功能和新型功能，应用领域持续拓宽，激发出更加多元化的消费需求。这将带动机器人产业新兴增长点

18、的形成，为我国机器人产业发展另辟蹊径、换道超车提供了充足动能。总而言之，2019年的机器人产业发展同样会面临着无数的机遇和挑战，如何把握趋势，化阻力为动力依然是需要发展的关键。在这样的情况下，我国企业、行业和政府只有通力合作，致力发展，才能推动国内机器人产业走向真正的成熟与壮大。通过对机床行业定义及分类分析，近几年，我国机床工具行业的发展速度从未低于15%(年增长率)，以上运行，年销售额从400多亿元增加到2000多亿元，连续八年多的增长使我国机床工具行业从规模上已进入世界前三名。虽然还有这样或那样的不足，但我国机床工具行业已趋于成熟，今后的发展将是以创新、提升、优化为主要模式。从补贴形式看，

19、大多国家把补贴放在了消费环节，以购置税费抵免或者购置补贴的形式发放，仅德国将补贴放在了开发制造环节。前者属于需求端的刺激，后者属于供给端刺激。供给侧（生产制造领域）补贴促进企业研发新车型，有利于在无形中促进企业形成研发能力，就算补贴断了，多年的技术积累不会随着补贴停止而消失。因此从这个角度看，德国将研发补贴放在生产领域不无道理。国内补贴政策也可借鉴此类方法，在补贴政策上实行多途径刺激，在消费端和研发端同时给予补贴，既保证政策效果也利于产业技术积淀。即使创建基于ROS的程序，但这并不意味着机器人可以随意运作。在许多情况下，下载基于ROS的代码只是第一步，让代码适应特定计算机。而使用其他人制作的R

20、OS代码要比从头开始快得多，但对于快速机器人开发来说仍然不够。因为ROS平台还是会出现一些问题，比如代码无法跟设备更新同步的问题。因此我们需要一个机器人开发系统，可以创建、测试和共享机器人软件。这个系统只需单击即可复制机器人代码，人们可以更快速地验证其他开发人员的结果并从已经运行的基础上开始构建。该系统允许开发人员通过简单的过程共享已经跟其他人一起运行的代码。然后，接收人可以立即重现完全相同的结果，无论使用的机器是在Linux、Windows还是Mac OS上运行。在医疗需求方面。一方面国内老龄化趋势加重，老年人口数量增多，老年群体的增长对卫生医疗服务产生了巨大需求；另一方面，社会经济的发展、

21、人民生活水平的提升、群众健康意识的加强，对医疗体系发展也提出了更高需求，国民医疗需求和医疗升级需求两方面的推动，带动了医疗机器人等高端医疗设备的快速发展。作为一项生命科学领域基础技术，基因检测可用于农业育种、司法鉴定、食品安全等多个行业。根据基因检测产业的应用情况，其中下游市场面向的客户群体包括医院、药厂、科研机构以及消费者等，可分为医疗和非医疗两大类，医疗领域进一步可细分为生殖健康检测、肿瘤检测、个体化用药、病原体检测、生物医学科研服务多个领域。21世纪我国经济焕发出勃勃生机，保持着强劲的增长势头，成为世界经济增长最快的国家，并且我们有理由相信这种增长势头仍将长期保持。作为一、二、三产业都有

22、关联度的数字货币产业，国民经济的平稳较快发展是保证数字货币行业发展的经济基础与前提，但作为典型的行业，刚性的需求原则以及明显的弱周期性特点决定了数字货币行业对宏观调控具有一定的防御性，因此行业受国内经济波动的影响相对较小。健康服务机器人源于智能产品领域的创新发展，主要从事监护方面的工作。随着全球各国医疗、护理和康复的需求不断增加，同时由于人们对生活品质追求的提高，对医疗服务将提出更高要求。而医护人力相对缺乏，这给予了健康服务机器人发展机遇。不过，全球健康服务机器人市场刚刚起步，大多数企业还处于研发或试产阶段。智能机器人功能和种类打造成为产业新增长点。随着智能时代的加速来临，在多科学领域前沿技术

23、的交叉融合作用下，2019年智能机器人将不断衍生进化出更多复杂功能和新型功能，应用领域持续拓宽，激发出更加多元化的消费需求。这将带动机器人产业新兴增长点的形成，为我国机器人产业发展另辟蹊径、换道超车提供了充足动能。总而言之，2019年的机器人产业发展同样会面临着无数的机遇和挑战，如何把握趋势，化阻力为动力依然是需要发展的关键。在这样的情况下，我国企业、行业和政府只有通力合作，致力发展，才能推动国内机器人产业走向真正的成熟与壮大。通过对机床行业定义及分类分析，近几年，我国机床工具行业的发展速度从未低于15%(年增长率)，以上运行，年销售额从400多亿元增加到2000多亿元，连续八年多的增长使我国

24、机床工具行业从规模上已进入世界前三名。虽然还有这样或那样的不足，但我国机床工具行业已趋于成熟，今后的发展将是以创新、提升、优化为主要模式。从补贴形式看，大多国家把补贴放在了消费环节，以购置税费抵免或者购置补贴的形式发放，仅德国将补贴放在了开发制造环节。前者属于需求端的刺激，后者属于供给端刺激。供给侧（生产制造领域）补贴促进企业研发新车型，有利于在无形中促进企业形成研发能力，就算补贴断了，多年的技术积累不会随着补贴停止而消失。因此从这个角度看，德国将研发补贴放在生产领域不无道理。国内补贴政策也可借鉴此类方法，在补贴政策上实行多途径刺激，在消费端和研发端同时给予补贴，既保证政策效果也利于产业技术积

25、淀。即使创建基于ROS的程序，但这并不意味着机器人可以随意运作。在许多情况下，下载基于ROS的代码只是第一步，让代码适应特定计算机。而使用其他人制作的ROS代码要比从头开始快得多，但对于快速机器人开发来说仍然不够。因为ROS平台还是会出现一些问题，比如代码无法跟设备更新同步的问题。因此我们需要一个机器人开发系统，可以创建、测试和共享机器人软件。这个系统只需单击即可复制机器人代码，人们可以更快速地验证其他开发人员的结果并从已经运行的基础上开始构建。该系统允许开发人员通过简单的过程共享已经跟其他人一起运行的代码。然后，接收人可以立即重现完全相同的结果，无论使用的机器是在Linux、Windows还

26、是Mac OS上运行。在医疗需求方面。一方面国内老龄化趋势加重，老年人口数量增多，老年群体的增长对卫生医疗服务产生了巨大需求；另一方面，社会经济的发展、人民生活水平的提升、群众健康意识的加强，对医疗体系发展也提出了更高需求，国民医疗需求和医疗升级需求两方面的推动，带动了医疗机器人等高端医疗设备的快速发展。作为一项生命科学领域基础技术，基因检测可用于农业育种、司法鉴定、食品安全等多个行业。根据基因检测产业的应用情况，其中下游市场面向的客户群体包括医院、药厂、科研机构以及消费者等，可分为医疗和非医疗两大类，医疗领域进一步可细分为生殖健康检测、肿瘤检测、个体化用药、病原体检测、生物医学科研服务多个领

27、域。21世纪我国经济焕发出勃勃生机，保持着强劲的增长势头，成为世界经济增长最快的国家，并且我们有理由相信这种增长势头仍将长期保持。作为一、二、三产业都有关联度的数字货币产业，国民经济的平稳较快发展是保证数字货币行业发展的经济基础与前提，但作为典型的行业，刚性的需求原则以及明显的弱周期性特点决定了数字货币行业对宏观调控具有一定的防御性，因此行业受国内经济波动的影响相对较小。健康服务机器人源于智能产品领域的创新发展，主要从事监护方面的工作。随着全球各国医疗、护理和康复的需求不断增加，同时由于人们对生活品质追求的提高，对医疗服务将提出更高要求。而医护人力相对缺乏，这给予了健康服务机器人发展机遇。不过

28、，全球健康服务机器人市场刚刚起步，大多数企业还处于研发或试产阶段。苹果已经成功地多次自我改造。除了 iPod 、 iPhone 和Apple Watch等知名产品的创新外，该公司还通过广泛的合作伙伴关系，稳定其医疗保健生态系统的结构。日前，该公司正与 Zimmer Biomet 合作，开发一个新的智能手表应用程序，以支持髋关节和膝关节置换患者的术后恢复，纳入患者和医生的活动报告。它还捐赠手表，以帮助研究和加强其在健康生态系统中的地位：例如，向北卡罗来纳大学医学院的研究人员提供帮助管理和跟踪饮食失调。服务机器人是庞大机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义。根据其用途不同，可以划分为保洁机器人、教育机器人、医疗机器人、家用机器人、服务型机器人及娱乐机器人，应用范围非常广泛。目前，教育机器人市场份额约为16%，客服机器人份额约7%，医疗、清洁用服务机器人占比均在4%左右。目前，服务机器人领域已出现了一部分代表性企业，比如教育机器人领域中的能力风暴，家用机器人领域中的福玛特，清洁机器人领域中的科沃斯等。大数据及AI技术在医疗领域应用场景包括、辅助决策、健康/慢病管理、机构智能化管理、基因数据等。预计2019年，辅助决策类中的影像辅助诊断将首先