大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝三維坐標(biāo)擬合轉(zhuǎn)換

鄭年坤，方星星，張兆平，孔 磊，王一峰（中建鋼構(gòu)有限公司，上海 518040 )

鋼結(jié)構(gòu)以輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐久性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種超高層和大跨度結(jié)構(gòu)中。一些外形尺寸超大、造型奇特的鋼構(gòu)件，需要進(jìn)行地面安裝，以減少高空施工作業(yè)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。地面安裝時(shí)，為了降低難度，往往不會(huì)按高空就位姿態(tài)進(jìn)行安裝，而是需要轉(zhuǎn)換鋼結(jié)構(gòu)的空間姿態(tài)，使其以更加合理的地面姿態(tài)進(jìn)行安裝，便于地面放樣和減少施工步驟。在兩種不同的安裝姿態(tài)之間，需要進(jìn)行空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算出用于指導(dǎo)地面安裝的實(shí)際安裝坐標(biāo)。本文以某機(jī)場(chǎng)雨棚結(jié)構(gòu)安裝項(xiàng)目為例，闡述消除安裝誤差和空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換施工工藝在實(shí)際施工過程中的應(yīng)用。

1 測(cè)量安裝完成后雨棚實(shí)際坐標(biāo)

雨棚與主拱對(duì)接部位在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝過程中存在安裝偏差。因?yàn)橹鞴翱缍却?，長(zhǎng)度達(dá) 36 m，主拱安裝受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境條件影響容易變形，所以在雨棚安裝之前先測(cè)量高空與雨棚對(duì)接的主拱牛腿位置的實(shí)際偏差。雨棚結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝效果，如圖1 所示。

圖1 雨棚結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝效果

2 查詢雨棚設(shè)計(jì)安裝坐標(biāo)

從深化設(shè)計(jì) TEKLA 軟件中導(dǎo)出結(jié)構(gòu)模型，如圖2 所示。

圖2 從 TEKLA 軟件中導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)模型示意圖

以北面 1 區(qū)雨棚主拱牛腿安裝為例，將圖2 所示的結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入施工坐標(biāo)系中，查詢 8 處不同位置牛腿的設(shè)計(jì)安裝坐標(biāo)值。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 北面 1 區(qū)雨棚主拱牛腿設(shè)計(jì)安裝坐標(biāo)值 m

3 計(jì)算雨棚主拱牛腿實(shí)際安裝偏差

根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，計(jì)算上述北面 1 區(qū)雨棚主拱牛腿的設(shè)計(jì)安裝坐標(biāo)值與實(shí)測(cè)坐標(biāo)值之間的偏差值（偏差值＝實(shí)測(cè)坐標(biāo)值－設(shè)計(jì)安裝坐標(biāo)值）。實(shí)測(cè)坐標(biāo)值與偏差值如表2 所示。

表2 實(shí)測(cè)坐標(biāo)值與偏差值 m

4 查詢雨棚焊縫位置圓心坐標(biāo)

由于雨棚與牛腿之間存在焊縫間隙，所以主拱牛腿坐標(biāo)與雨棚焊縫位置的管口坐標(biāo)是不同的，需要在導(dǎo)出模型中查詢雨棚設(shè)計(jì)坐標(biāo)。為更加方便準(zhǔn)確，可以用多段線連接后查詢連接點(diǎn)的空間坐標(biāo)。北面 1 區(qū)雨棚設(shè)計(jì)坐標(biāo)值見表3，雨棚安裝模型見圖2。

表3 北面 1 區(qū)雨棚設(shè)計(jì)坐標(biāo)值 m

圖2 雨棚安裝模型

5 計(jì)算雨棚與牛腿對(duì)接口安裝坐標(biāo)

為了使雨棚安裝與主拱牛腿對(duì)接口保持同樣的偏差，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)主拱實(shí)際偏差計(jì)算雨棚與牛腿對(duì)接口安裝坐標(biāo)，雨棚安裝坐標(biāo)值=設(shè)計(jì)坐標(biāo)值+主拱偏差值，如表4 所示。

表4 雨棚對(duì)接口安裝坐標(biāo)值 m

6 雨棚坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

雨棚設(shè)計(jì)端頭向上翹 2 m，即雨棚最北端和最南端高差2 m。為了方便地面安裝，采用臥拼，即雨棚最北端和最南端標(biāo)高調(diào)整相同標(biāo)高安裝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝場(chǎng)地，在雨棚合適的位置設(shè)置坐標(biāo)系原點(diǎn)，建立安裝坐標(biāo)系。雨棚的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)姿態(tài)和地面安裝姿態(tài)，如圖3 所示。

圖3 雨棚的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)姿態(tài)和地面安裝姿態(tài)

（1）為方便安裝，建立新的雨棚相對(duì)坐標(biāo)系，將雨棚南側(cè)中心點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)。

（2）根據(jù)計(jì)算出的雨棚對(duì)接口圓心安裝坐標(biāo)，在 CAD中輸入雨棚對(duì)接口圓心安裝坐標(biāo)，以多段線方式連接起來。

（3）多段線擬合到雨棚地面安裝姿態(tài)將多段線全部選中在 CAD 中輸入三維擬合快捷鍵 AL 命令，捕捉管口圓心點(diǎn)擬合到雨棚安裝姿態(tài)中對(duì)應(yīng)的管口圓心。

（4）根據(jù)新建坐標(biāo)系按順序查詢擬合到雨棚地面安裝中的多段線端頭坐標(biāo)，即為安裝實(shí)際坐標(biāo)。北面 1 區(qū)雨棚安裝實(shí)際坐標(biāo)值，如表5 所示。

表5 北面 1 區(qū)雨棚安裝實(shí)際坐標(biāo)值 m

7 結(jié) 語

本文研究表明，運(yùn)用空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以將大跨度鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空中姿態(tài)轉(zhuǎn)換為任意姿態(tài)。因此，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過程中，可以根據(jù)場(chǎng)地條件和構(gòu)件形式靈活選擇安裝方案，從而降低施工安裝難度，節(jié)約成本，提高施工效率。