空間扭轉(zhuǎn)桿系結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

摘要：在空間異形結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中往往需要進(jìn)行地面拼裝，拼裝過(guò)程中良好的姿態(tài)設(shè)置，不僅有利于降低作業(yè)難度，提高施工安全性，同時(shí)還可減少材料消耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。因此在對(duì)空間結(jié)構(gòu)設(shè)置拼裝胎架時(shí)，要根據(jù)拼裝單元的空間特點(diǎn)對(duì)其姿態(tài)做出合理調(diào)整，以達(dá)到降低施工難度的目的。

關(guān)鍵詞：空間扭轉(zhuǎn)桿系;分塊單元;姿態(tài)調(diào)整;橫截面方向傾斜;分塊吊裝

0" "引言

近年來(lái)，各種復(fù)雜空間造型結(jié)構(gòu)層出不窮，極大地豐富了建筑樣式增加了建筑美感。這些空間異形結(jié)構(gòu)大多使用桿件作為基礎(chǔ)件，通過(guò)空間上的不規(guī)則排列來(lái)凸顯視覺效果。但這種不規(guī)則桿件加大了施工難度，對(duì)施工技術(shù)提出了更高要求，本文以某工程為背景，闡述空間扭轉(zhuǎn)桿系結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，可為類似結(jié)構(gòu)的施工提供參考。

1" "工程概述

某工程為雨棚龍骨空間扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由熱軋方管組合而成，構(gòu)件截面規(guī)格分別為RHS100×6（藍(lán)色構(gòu)件）、RHS120×12（綠色構(gòu)件）、RHS200×100×12（綠色構(gòu)件）、RHS250×150×12（黃色構(gòu)件）及PL10鋼板（節(jié)點(diǎn)位置）。龍骨整體為空間波浪狀扭轉(zhuǎn)樣式，附著在已完工的雨棚上方，充當(dāng)玻璃幕墻的支撐骨架。龍骨構(gòu)件空間位置及排列樣式圖1所示。

2" "施工思路

龍骨結(jié)構(gòu)安裝高度位于15～19m，主桿長(zhǎng)度在2.7～7.6m之間，單根質(zhì)量處于141～400kg范圍，且下方大范圍處于架空狀態(tài)。如果采用單根散裝，則高空作業(yè)工作量大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，施工效率低。綜合以上情況，為了有效提高效率和經(jīng)濟(jì)效益，決定采取將該龍骨結(jié)構(gòu)劃分為若干分塊單元，然后在地面進(jìn)行放樣拼裝，再利用起重機(jī)械進(jìn)行逐塊吊裝的施工方法。

3" "具體施工過(guò)程

3.1" "構(gòu)件單元分塊

綜合根據(jù)施工場(chǎng)地對(duì)起重機(jī)械限制及吊裝距離因素，確定最大起重量。依據(jù)構(gòu)件信息在布置圖中將每根桿件的質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)記，做出龍骨桿件質(zhì)量分布圖。綜合考慮分塊質(zhì)量、拼接位置、支撐情況等因素，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定合適分塊單元。依據(jù)以上原則，最終將龍骨結(jié)構(gòu)整體劃分成5個(gè)拼裝單元，質(zhì)量均在1107～1857kg。該分塊質(zhì)量均在起重機(jī)械吊裝工況內(nèi)，圓圈標(biāo)記表示該位置下方存在雨棚大梁，將其作為分塊單元的高空拼接位置。分塊單元?jiǎng)澐秩鐖D2所示。

3.2" "單元拼裝姿態(tài)選擇

單元分塊確定之后，需要將每個(gè)單元的空間坐標(biāo)進(jìn)行確定，以便為后續(xù)拼裝提供依據(jù)。拼裝時(shí)如果按照構(gòu)件的就位姿態(tài)進(jìn)行拼裝，則會(huì)造成單元內(nèi)部桿件之間高度變化過(guò)大，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工，為此需要將構(gòu)件的拼裝姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。這樣則可使單元內(nèi)部各桿件的高度大體處于同一水平，方便拼裝作業(yè)，同時(shí)減少了制作胎架的輔材消耗。利用三維軟件進(jìn)行模擬姿態(tài)調(diào)整流程如下：

3.2.1" "選定一分塊單元獲取就位狀態(tài)坐標(biāo)

分塊單元就位狀態(tài)的坐標(biāo)位置通過(guò)三維軟件導(dǎo)出，利用三維多段線命令，在分塊單元特征點(diǎn)構(gòu)建空間多段線，繼而導(dǎo)出PLine頂點(diǎn)坐標(biāo)。通過(guò)得到的數(shù)據(jù)可知，該單元中長(zhǎng)桿之間的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)高差為1589mm。如果以此種狀態(tài)進(jìn)行拼裝工作，則需要制作的胎架將會(huì)超過(guò)2m，給施工帶來(lái)較大不便，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化拼裝姿態(tài)。

3.2.2" "優(yōu)化拼裝姿態(tài)

通過(guò)三維軟件將分塊單元旋轉(zhuǎn)到合適角度，使其單元內(nèi)的桿件達(dá)到視覺上的均勻高度，通過(guò)三維建面命令捕捉合適點(diǎn)，創(chuàng)建配合前述視角的三維平面。然后使用用戶坐標(biāo)系命令，選定該面上一點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，選定X軸和Y軸2個(gè)坐標(biāo)軸在該三維平面上的方向，從而使Z軸方向垂直于該三維平面，得到分塊單元的初步空間定位。

為了使該新建坐標(biāo)系固定下來(lái)，不隨視角變動(dòng)消失，進(jìn)而作為特征點(diǎn)的定位依據(jù)，需要使用用戶坐標(biāo)系命令，將該新建坐標(biāo)系進(jìn)行命名和保存（例使用“LS”作為名稱）。然后使用管理用戶坐標(biāo)命令，將正交用戶坐標(biāo)系調(diào)整為相對(duì)于新建的坐標(biāo)系（相對(duì)于“LS”），此時(shí)所有視角變動(dòng)已基準(zhǔn)于此新建坐標(biāo)系“LS”?？衫孟惹案街诜謮K單元上的三維多段線，得到主桿特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)表1所示。

通過(guò)對(duì)比Z坐標(biāo)可知，最高最低點(diǎn)的差值達(dá)到1107mm，偏差仍然較大。如果按此坐標(biāo)進(jìn)行拼裝，則會(huì)造成拼裝單元一側(cè)上翹較多，相應(yīng)支撐胎架需要做高，不利于單元桿件的拼裝。因此需要在此基礎(chǔ)上再次進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，按照先前方式重新選擇三維平面、選定坐標(biāo)軸方向，建立臨時(shí)坐標(biāo)系。據(jù)此得到相應(yīng)主桿PLine頂點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示。通過(guò)對(duì)比Z坐標(biāo)可知，最高最低點(diǎn)的差值達(dá)到863mm，分塊單元趨向平整，可按此或再次優(yōu)化后確定單元分塊姿態(tài)。

單元姿態(tài)確認(rèn)后需要將單元次桿進(jìn)行定位。由于分塊單元屬于空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)行平面投影測(cè)量不能準(zhǔn)確定位次桿位置，需要進(jìn)行相對(duì)定位。根據(jù)次桿端部與主桿側(cè)面焊接方式，采取從主桿一端拉設(shè)三維線條進(jìn)行定位，遍歷每個(gè)主次桿連接點(diǎn)，即可確定次桿相對(duì)于主桿位置，為隨后的拼裝提供定位數(shù)據(jù)。

3.3" "單元胎架定位與制作

分塊單元的空間姿態(tài)確定之后，需要將單元導(dǎo)入場(chǎng)地布置進(jìn)行放樣，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況模擬匹配，結(jié)合堆放情況和起吊半徑尋找堆放位置。分塊單元之間調(diào)整合適角度后，確定拼裝場(chǎng)地，以防出現(xiàn)相互沖突。前期建立并固定的臨時(shí)坐標(biāo)系（名稱為“LS”），可保證單元姿態(tài)不隨圖紙轉(zhuǎn)移而變動(dòng)。待單元的拼裝位置確定后，可將施工坐標(biāo)導(dǎo)出并標(biāo)記，作為場(chǎng)地拼裝使用坐標(biāo)，為之后放線定位使用。

由于拼裝場(chǎng)地往往不具備可用的平整度，制作拼裝胎架時(shí)需要定義一個(gè)水平基準(zhǔn)作為參考面?？紤]到進(jìn)行單元桿件組裝及焊接工作中的空間要求，需要保證拼裝單元中，最低桿件高度相對(duì)于基準(zhǔn)面至少有600mm高度。

根據(jù)單元中桿件長(zhǎng)度及橫截面特點(diǎn)，為單元分塊拼裝便利考慮，選擇長(zhǎng)桿作為支撐骨架。選擇長(zhǎng)桿底面中線三等分點(diǎn)作為支撐投影點(diǎn)，在前期姿態(tài)調(diào)整階段，于模型三維空間中畫出各個(gè)長(zhǎng)桿底面中線，并用定數(shù)等分命令確定出該底面中線的三等分點(diǎn)。之后使用三維多段線命令，連接單元內(nèi)部每個(gè)長(zhǎng)桿底面中線上的三等點(diǎn)，使該三維多段線附著于單元分塊，即可保證單元內(nèi)部的三等分點(diǎn)定位坐標(biāo)，隨單元姿態(tài)變化及圖紙變化聯(lián)動(dòng)，從而為在施工坐標(biāo)系中定位胎架支撐點(diǎn)提供依據(jù)。

使用同樣方式找出長(zhǎng)桿底面邊線的三等分點(diǎn)，作為確定長(zhǎng)桿橫截面方向傾斜數(shù)據(jù)。支撐定位點(diǎn)通過(guò)全站儀放樣標(biāo)記在樓板上，在定位點(diǎn)上放置工字鋼底座，并使用膨脹螺栓將工字鋼與混凝土基礎(chǔ)樓板進(jìn)行連接。待單元內(nèi)所有支撐位置放置完畢，在其上再次放出定位點(diǎn)并測(cè)量標(biāo)高。

根據(jù)先前確定的長(zhǎng)桿底面中線三等分點(diǎn)，在其上設(shè)置角鋼支撐，角鋼支撐需要比長(zhǎng)桿底面的三等分點(diǎn)低50～100mm高度，作為高度調(diào)節(jié)板空間。高度調(diào)節(jié)板用于形成長(zhǎng)桿的傾斜底面，為長(zhǎng)桿長(zhǎng)度方向傾斜姿態(tài)和橫截面方向傾斜姿態(tài)造型。待高度調(diào)節(jié)板焊接在支撐上后，即可將長(zhǎng)桿固定在支撐上。單元拼裝胎架截面樣式從下到上分別為基礎(chǔ)樓板、膨脹螺栓、工字鋼底座、角鋼支撐、高度調(diào)節(jié)版、單元內(nèi)部長(zhǎng)桿和次桿。

3.4" "單元拼裝

單元胎架布置完成后，先將單元主桿放置在胎架高度調(diào)節(jié)板上，使用線墜核對(duì)提前標(biāo)記樓板上的長(zhǎng)桿端點(diǎn)投影點(diǎn)，確認(rèn)偏差后進(jìn)行臨時(shí)固定。依次進(jìn)行長(zhǎng)桿安裝，待單元中全部長(zhǎng)桿固定完成后進(jìn)行復(fù)測(cè)，對(duì)偏差較大處進(jìn)行調(diào)整，確認(rèn)滿足誤差要求后進(jìn)行單元次桿拼裝。根據(jù)先前次桿相對(duì)主桿一段的定位尺寸進(jìn)行排尺劃線，依次將次桿定位，微調(diào)使其接觸面平滑過(guò)渡。單元拼裝過(guò)程按先長(zhǎng)桿后次桿進(jìn)行。

3.5" "單元內(nèi)部焊接及涂裝

拼裝之前將接口位置的保護(hù)膜解除，附著的防腐涂裝使用電動(dòng)工具或鋼絲刷清除干凈，經(jīng)整體復(fù)測(cè)調(diào)整后，即可開始進(jìn)行單元內(nèi)桿件的焊接工作。由于桿件壁厚較薄，在焊接過(guò)程中需要注意調(diào)整焊接參數(shù)控制熱輸入，防止桿件在焊接位置燒穿。待焊接完成冷卻后進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查，桿件連接焊縫均為三級(jí)角焊縫，符合規(guī)定要求后進(jìn)行防腐涂裝。按照對(duì)鋼梁要求的規(guī)定參數(shù)涂刷各層漆料，待干燥后使用漆膜測(cè)厚儀進(jìn)行檢測(cè)。厚度滿足要求后進(jìn)行吊裝階段的準(zhǔn)備工作。

3.6" "單元吊裝

由于分塊單元為空間扭轉(zhuǎn)樣式，采用平面構(gòu)件吊裝方式已不滿足單元的姿態(tài)控制，為方便分塊單元就位，需要調(diào)整吊裝繩索長(zhǎng)度來(lái)控制單元姿態(tài)。通過(guò)預(yù)先建立的分塊單元三維模型，來(lái)確定吊裝單元的質(zhì)心位置。在質(zhì)心之上設(shè)置吊鉤點(diǎn)，在此點(diǎn)向吊裝單元主次桿交接位置拉設(shè)繩索，確定吊裝繩索的擬定長(zhǎng)度。然后以此長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，使用倒鏈和鋼絲繩進(jìn)行配合接長(zhǎng)。

待繩索與單元捆扎完成后（此時(shí)吊裝單元為拼裝姿態(tài)）在單元兩側(cè)設(shè)置溜繩，準(zhǔn)備工作完成后，指揮起重機(jī)升起吊鉤使吊裝繩索受力。人員通過(guò)溜繩控制吊裝單元，不得直接接觸。接觸吊裝單元與胎架連接，將吊裝單元緩緩拉起200mm，通過(guò)控制倒鏈與鋼絲繩接長(zhǎng)一側(cè)繩索，將倒鏈縮短以達(dá)到擬定長(zhǎng)度，使吊裝單元的一側(cè)抬高逐漸調(diào)整為就位姿態(tài)，分塊單元便能夠與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形狀貼合。

針對(duì)每個(gè)分塊單元按照上述步驟進(jìn)行設(shè)置，依照設(shè)定順序進(jìn)行吊裝。分塊單元在安放過(guò)程中根據(jù)空間位置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，確認(rèn)就位位置在偏差值允許范圍內(nèi)時(shí)，將單元分塊與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)連接進(jìn)行臨時(shí)固定，防止出現(xiàn)移動(dòng)脫離固定位置。待固定完成，將全部單元安裝到位。單元吊裝樣式如圖3所示。

3.7" 單元連接處焊接及涂裝

在單元吊裝完成后進(jìn)行對(duì)接位置處的連接。拼裝之前，已將接口位置的防腐涂裝使用電動(dòng)工具或鋼絲刷清除干凈，盡可能減少高空作業(yè)。經(jīng)整體復(fù)測(cè)調(diào)整后，開始進(jìn)行單元連接位置的焊接工作。在單元分塊的對(duì)接位置鋪放走道板或掛設(shè)施工吊籠，為施工人員提供操作空間。

由于桿件壁厚較薄，在焊接過(guò)程中注意調(diào)整焊接參數(shù)控制熱輸入，防止桿件在焊接位置燒穿。待焊接完成冷卻后檢查焊縫質(zhì)量，符合規(guī)定要求后按照先前參數(shù)要求進(jìn)行防腐涂裝操作。待以上工作完成后拆除臨時(shí)措施，交付完工。

4" "結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該空間扭轉(zhuǎn)桿件結(jié)構(gòu)的施工，不僅鍛煉了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在模型三維空間進(jìn)行單元組裝和數(shù)據(jù)提取的能力，并且增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)安裝過(guò)程中對(duì)桿件的拼接組裝和單元分塊吊裝能力。該工程的實(shí)施使我們掌握了處理空間扭轉(zhuǎn)桿系結(jié)構(gòu)的一般方法，為后續(xù)處理復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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