上海自然博物馆（新馆）“细胞壁”式钢结构成套施工技术研究.pdf

圭 皇 竺 堡 堡 竺 苎 堕 塑 壁 三 苎 窒 3 无纸化深化设计技术 由于 “ 细胞 壁 ”式钢结构为 多矩形 杆空间交汇 的异 形 网架 ，节点达9 0 0 多个 ，杆件达 1 3 0 0 多根 ，且构件无一 相同。采用常规的深化设计手段 ，无法准确地表达不同节 点的空间尺寸和节点杆件间的相对关系 ，深化工作非常繁 重 ，深化过程中极易 出错且无法复核。基于新型的机器人 加工技术 ，一种无纸化深化设计手段应运而生 。无纸化深 化设计技术是一种利用软件实现3 D 模型数据采集和处理 ， 转换成机器人可识别 的加工数据 ，最终实现机器人切割装 配的技术。无纸化深化技术总体流程如下【4 _ q 1 确定 “ 细胞壁”式钢结构单线模型 ，明确单线模型 与玻璃幕墙 、遮阳铝条面的相互关系及边界； 2 生成 “ 细胞壁”式钢结构全三维实体模型，并由设 计确认 ，作为深化设计依据，形成封样； 3利用 “ 多杆汇交瓣式网壳节点数据深化”软件提取 实体模型加工数据。软件 自动分析每根杆件的空间位置和 截面方向，提取杆件牛腿截面控制点坐标及中心控制点坐 标并转换成机器人可识别的加工数据 ； 4 采用了 “ 正解”的方法 ，重新将数据进行各零件的 三维建模 。并通过计算机虚拟装配来复核数据的准确性。 4 机器人加工制作工艺 机器人加工制作工艺是利用5 自由度混联机器人通过加 工制作数据进行牛腿相贯线切割 ，并利用三维工装台进行 节点组装 ，最终利用 三坐标检测仪实现构件精度复核的成 套工艺。 节点加工采用制作标准块、机器人加工相贯线、三维 组装 、数控加工 的工艺 ，将几个独立的牛腿构造单元按设 计定位角度与 中心圆柱组合成焊接构件，如图3 所示 。 图3 相贯牛腿节点装配示意 机器人加工技术总体流程为加工数据处理标准杆 件切割一 牛腿相贯线切割一三维工装 台装配一节点组焊接 一节点热处理一节点机加工一三坐标检测一表面处理涂装 一成品出厂。 5 “ 细胞壁”式钢结构安装工艺 “ 细胞壁”式钢结构 总体安 装施工路线采用利用结 构 自身刚度 ，自下而上逐环施工 ，节点杆件高空悬拼的方 法。采用6 0 1 5 型塔吊分件散装 ，吊装构件主要为节点 杆件 的组合构件 ，组合构件质量控制在 1 I 左右。 5 ． 1 第1 阶段施工 一 1 6 ． 1 0 ～ 0 ． 0 0 m 间 “ 细胞壁 ”结构施工。 “ 细胞壁” 分成4 环 每环4 m，自下而上逐环施工 ，每环施工均 自 东向西进行 从 “ 细胞壁”钢柱边界向混凝土柱边界 。 利用结构环箍效应 ，形成 自稳定体系。 5 ． 2 第2 阶段施工 4 - O ． 0 0～1 6 ,． 1 0 m间 “ 细胞壁”结构施工。 “ 细胞壁” 分成4 环 每环4 m，自下而上逐环施工 ，每环施工均 自 东 向西进行 从 “ 细胞壁”钢柱边界向混凝土柱边界 。 利用结构环箍效应 ，形成自稳定体系。 “ 细胞壁”延伸段 的悬挑段分别采用l 台2 5 0 k N 汽车吊散装。 为 了确保结构 的安装精度 ，现场测量采用了全站仪坐 标法进行构件 的安装定位。构件控制点选用节点牛腿外表 面中心坐标 ，控制点采用贴反射片的方法。 6 结语 上海 自然博物馆 “ 细胞壁 ”式钢结构工程项 目 采用无 纸化深化设计技术 ，完成了复杂异形网架 的建模和加工制 作数据 的采集 ；项 目采用了机器人加工技术 ，实现了空间 多杆交汇节点的加工制作 ，并采用 了三坐标检测仪检测技 术 ，大大提高了构件 的制作精度。 “ 细胞壁”式钢结构安 装采用 了无支撑高空悬拼施工工艺 ，利用结构 自身刚度 ， 自下而上逐环施工 ，通过全站仪三维坐标法 ，精确控制构 件空间定位。 成套施工 技术在 “ 细胞壁 ”式钢结构工 程的成功应 用 ，对今后类似复杂异形网架结构的深化设计 、制作 、安 装具有借鉴意义 ] 。 ◇◇ 参 考 文 献◇◇ ⋯吴欣之．现代建筑钢结构安装技术[ M 】 ．北京 中国电力出版社。 2 0 0 8 [ 2 ] 郁政华． 有限元分析在异型竖 向承重钢 网架中的应 用[ J ] ． 建筑施 工， 2 0 1 3 1 8 3 - 8 4 【 3 】张建． 张齐宁．钢网架高空散装的质量控制【 J ] l 浙江建筑， 2 0 0 3 5 3 5 36 ． [4 ]胡展勇． 上海自然博物馆 新馆 异形幕墙工程安装技术[ J 】 l 建筑施工． 2 01 4 8 9 7 0 9 7 2 ． 【 5 】乔永胜， 于翔． 青岛市游泳跳水馆钢结构网架安装工程[ J ] ．2 1 世纪建 筑材料， 2 0 0 9 5 4 3 5 1 ． [ 6 】金虎根． 亚运会游泳馆钢网架屋盖安装技术[ J ] ． 钢结构， 1 9 9 1 4 6 0 67 ． 【 7 ] 冯永 峰 ． 大 跨度 异形 钢结 构 网架 屋 面的旋 工 技术 【 J 】 山西 建筑 。 2 0 1 3 1 4 9 1 - 9 2 ． 2 0 1 5 - 7 ． B u il d in g C o n s t r u c t i 。 n 田