山东大剧院空间管桁架结构优化施工技术

烟台文化中心大剧院空间管桁架结构优化施工技术[摘要]利用空间定位方法，使用通用机具加工复杂管桁架节点；通过建立工程三维模型，计算出吊装工件的重心，作出吊点，减少构件空中姿态调整时间，加快吊装速度。[关键词]三点空间定位；节点加工；建模；重心。1工程概况：烟台市文化中心是烟台市2007年度市区城市建设重点项目，总占地面积约7.63公顷，其中文化设施项目位于广场南侧，占地3.1万平方米，总建筑面积约12.6万平方米，整个工程包含钢结构工程6000余吨，钢结构工程中施工工期安排最紧张，施工难度最大的是大剧院空间管桁架工程，该管桁架工程高23.8米，最大跨度45米，使用600余吨Φ219～Φ650的无缝钢管组成骨架，外侧安装红色穿孔铝板，工程完工后形成一个不规则的多面体，俗称“大石头”，将整个工程最重要的建筑物大剧院罩在其中，是文化中心工程的亮点和标志。图1工程效果图2施工难点：2.1节点加工难度大。本工程为不规则钢管桁架结构，在多面体的角点处由于多根钢管交于一点，图纸设计了12个铸钢节点，由于工期和造价原因改为使用钢管焊接制作。2.2安装工期紧张，构件吊装时形态各异，空中姿态不好控制。由于场地原因，只能使用现场的1台K4026塔吊吊装，本工程需用塔吊吊装的构件600余件，每件构件的规格形状及空中就位的角度都不相同，安排安装时间1个月，到期该塔吊将拆除，安装期间，土建等施工方还要使用该塔吊，工期特别紧张。2.3构件空中就位、调整难。由于整个“大石头”是一个很复杂的多面体，所有钢构件的空中定位点都具有各不相同的空间三维坐标，构件吊装就位后再很难进行空间的精确调整。图2工程施工图图3工程三维模型3关键技术：3.1、节点的加工本工程需用12个节点，每个节点均不相同。由于节点样式多的原因，铸造的工期长、造价高，不能满足要求，经征得设计同意，改为使用钢管焊接加工。由于节点数量少，又不具有后续性，不值得为此添加专用设备，因此需要尽量使用常规测量工具、设备。节点加工的主要难点在于各分肢钢管的定位，传统方法是通过原点来定位，以图4中A分肢为例，要确定A点的位置，就要确定A点的三维坐标（x,y,z），测量过程如下：=1\*GB3①在X方向量出x。=2\*GB3②量出直角，确定Y轴方向。=3\*GB3③在Y方向上量出y。=4\*GB3④用线垂确定Z轴方向。=5\*GB3⑤在Z方向上量出z。图4节点模型图5原点法空间点定位步骤所以要确定点A的位置，需要测量5个数据，而其中有两个是角度，而角度的测量误差要大于长度测量，并且该方法还有一个致命的缺点，一个节点有多个分肢，本工程中最复杂的节点有7个分肢，要确定所有分肢的位置有两个方法，一是先确定每个分肢的位置，并加以标记，再将分肢管件组装，但在组装分肢时难免会碰到标记。再一个方法是依次测量、安装分肢，但这样在测量后面的分肢位置时，前面已安装的分肢会挡住测量路径。那么有没有更好的办法呢？我们想到为了确定分肢点的位置，没必要非得从原点确定，可以从空间中已确定的三个点到该待测分肢点的距离确定。原理是以三角形三个角为圆心的三个彼此相交球的交点有两个，分别在这个三角形所在面的下方和上方，因此在确定了方向后，同个测量到这三个点的距离就可以。具体实施过程如下：模型端：1、在计算机上使用钢结构细化软件建立待加工节点的三维模型。2、以最粗的两根分肢钢管轴线确定的面为工作平面，其余分肢位于该平面上方。3、将工作平面下移最粗的两根钢管的外径的一半，将工作平面移至钢管的底部。（此过程是为与实际加工情况相符，实际加工时，钢管是方在工作平台上的，底部与平台接触）4、在该工作平面上方1500mm处建三个固定点（α，β，γ），三个点彼此间距2000mm。4、测量分肢A点到这三个固定点的距离L1,L2,L3。图6空间三点法定位步骤实施端：1、与模型一样，在工作平台上方1500mm处放置三个固定点，三个固定点间距2000mm。2、将三个钢卷尺的零点分别固定在上一步确定的三个点上。3、在三个钢卷尺上按照模型中测量的尺寸L1,L2,L3分别找出三个点，并将三个点交于一点。4、在三个固定点的下方将钢卷尺拉直，就可以确定分肢钢管A点的位置。其他分肢简单按照上述方法实施即可。本方法测量数据少，没有角度测量，定位速度快，误差小。由于三固定点位于节点的上方，本方法还解决了传统方法测量后面的分肢位置时，前面已安装的分肢会挡住测量路径的缺陷。3.2构件的吊装由于只能使用一台塔吊吊装，不能双机起吊，空中就位时，要调整构件的角度，传统方法是在一根吊装钢丝绳上安装倒链，通过调整这根钢丝绳的长度来实现的，费时费力。本工程中，为增快吊装速度，我们准确计算了每个构件的吊点，使构件一吊起就能达到要求的姿态，不需空中调整，增加了吊装速度。下面以一个构件做下示例：该构件是主骨架的一段，使用Φ650x16无缝管管焊接而成，重5.53吨。吊点计算过程如下：1、建立该构件的三维模型。2、使用细化软件计算出该构件的重心。3、测量出塔吊两根吊绳每根的长度为12米，除去捆绑钢管的钢丝绳后剩余长度为9.96米。4、以重心点上方8.96米为圆心，以9.96米为半径画辅助圆，辅助圆与钢管上边的交点就是吊点。将塔吊的两根钢丝绳分别困在吊点上，起吊后塔吊的的吊钩恰好位于辅助圆圆心处，由于该圆心与构件重心位于一条铅垂线上，所以构件吊起后的姿态就是安装所需要的姿态，不需要载调整了。图7构件吊点作法3.3钢构件的空间定位调整整个“大石头”安装时采用满堂脚手架支撑体系；针对工程特点，对于关键节点和吊装控制点，采用在小横杆上加设顶丝的方法进行空间的临时支撑和调整。吊装之前，预先放线定位出各点的空间位置，预留出钢构件起拱的余量，待构件就位以后，调整顶丝来实现构件的空间精确