CN104594508A - 多维空间钢结构安装节点定位施工方法 - Google Patents

Abstract

多维空间钢结构安装节点定位施工方法，采用测定仪对节点实体进行外形尺寸检测，不断与端面已赋值的节点设计模型进行动态拟合比对，并进一步对节点实体连续校正定位，主要适用于复杂多变空间结构大型多分支节点无可操作控制点的精确测量定位，能多向调节定位，便于安装精度控制；具有广泛的适应性，操作简便，并且能够满足节点区域内的连接安全要求，减少了大量的施工场地、人力、机械投入，完成施工的测量控制过程使用人工、仪器设备和工时少，提高了劳动生产率，保证了施工质量。

Description

多维空间钢结构安装节点定位施工方法

技术领域

本发明涉及国际专利分类E04G建筑材料或建筑构件在现场的施工方法和设备技术，尤其是多维空间钢结构安装节点定位施工方法。

背景技术

为了满足建筑物形体美观、复杂以及富有个性化要求，应用复杂多变空间异形钢结构的建筑物越来越普遍，新的钢结构形式通常采用多个分支节点和空间面的折板钢架完成复杂造型，但该类钢构件空间吊装工作量繁琐，以及常规方法难以有效的控制安装精度。

钢结构工程由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成；各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故钢结构工程用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。

根据行业发展状况，钢结构发展正在紧盯海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等三大领域。海洋石油的产量在2015年要达到1亿吨，海洋工程装备企业的目标是要为深海1500米～3000米的开采提供大量装备；钢结构住宅符合绿色环保、节能减排和循环经济政策，其工业化、标准化的钢结构住宅产品具有广阔和无限的市场空间；另外，钢结构桥梁在日本占到41％，美国占到33％，由全国59万座公路桥梁中钢结构桥梁不足1％，铁路系统新建线路以桥代路，80％均是预应力钢筋混凝土桥梁，此可见我国钢结构桥梁的市场需求和产业发展与发达国家还有很大差距。

另外，钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命，结构寿命可达100年。

但是，钢结构工程中质量问题的缺点也现实存在，比如(一)钢结构工程项目施工质量问题的复杂性，主要表现在引发质量问题的因素繁多，产生质量问题的原因也复杂，即使是同一性质的质量问题，原因有时也不一样，从而质量问题的分析、判断和处理增加了复杂性。例如焊接裂缝，其既可发生在焊缝金属中，也可发生在母材热影响中，既可在焊缝表面，也可在焊缝内部；裂缝走向既可平行于焊道，也可垂直于焊道，裂缝既可能是冷裂缝，也可能是热裂缝；产生原因也有焊接材料选用不当和焊接预热或后热不当之分。(二)钢结构工程项目施工质量问题的严重性表现在：一般的，影响施工顺利进行，造成工期延误，成本增加，严重的，建筑物倒塌，造成人身伤亡，财产受损，引起不良的社会影响。(三)钢结构工程施工质量问题还将随着外界变化和时间的延长而不断地发展变化，质量缺陷逐渐体现。例如，钢构件的焊缝由于应力的变化，使原来没有裂缝的焊缝产生裂缝：由于焊后在焊缝中有氢的活动的作用便可产生延迟裂缝。又如构件长期承受过载，则钢构件要产生下拱弯曲变形，产生隐患。(四)由于现有建筑都是以混凝土结构为主，从事建筑施工的管理人员和技术人员对钢结构的制作和施工技术相对比较生疏，具体施工人员更不懂钢结构工程中包括节点安装定位的科学施工方法，导致施工过程中的事故时常发生。

现有技术中，安装施工时，钢结构吊装就位后，应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。关于多维空间结构节点安装定位施工的技术已公开专利文献较少。

中国专利申请号：201110089762，多维空间钢结构节点，包括上固定板、下固定板和两块铰接板，上固定板和下固定板转动连接，两块铰接板平行焊接在下固定板上，两块铰接板上设有位置相对的通孔。在使用时将上固定板的上端面和竖向的钢构件的端面进行焊接，再利用两块铰接板夹持基于水平位置的钢构件，通过螺栓穿入通孔并且贯穿水平钢构件使水平钢构件可以绕螺栓在竖直面内旋转。这样，对于复杂的空间钢结构体系，通过该节点连接装置，将两个连接面不统一，不能直接进行焊接的构件进行固定，起到中间转换的作用。

中国专利申请号：201310045117.7申请日：2013-02-05，钢结构复杂节点的活动式仿形定位架，包括底架，底架上设有仿形定位板，仿形定位板上口轮廓与支撑节点支撑面的形状相配合，底架下设有高度调节件。

中国专利申请号：201210185150.5申请日：2012-06-07，一种可调节的钢结构支座定位装置，涉及一种支撑在混凝土结构上的钢结构支座节点的可调节定位装置。可调节定位装置包括定位装置和调节装置；定位装置包括支架、锚固板与调节环板；支架、锚固板与调节环板采用焊接连接方式组成整体；锚固板沿中线均匀设置安装孔，锚栓或锚筋穿过安装孔再与锚固板接触位置采用围焊焊接连接；调节装置包括调节锚栓、调节螺母、垫片、调节孔与调节环板；调节锚栓与混凝土结构连接；调节锚栓穿过垫片中心安装孔，通过拧紧调节螺母与调节锚栓和垫片进行固定。

中国专利申请号：200810180512.5申请日：2008-11-28，钢结构三维扫描测控方法，涉及钢结构计算机辅助施工方法，尤其是一种预拼装、安装的钢结构三维扫描测控方法。该方法利用全站仪对构件进行精确三维定位扫描测量，在构件上做出N个点，然后将测量点输入到AUTOCAD中建模，做出实际三维构件模型，再利用计算机中已建好的理论模型，两者进行模型复合，即可得出实际构件的加工偏差，然后根据偏差性质制定修整方案，修整完成后再测量建模、复模、修整直至符合要求。

建设部关于2005-2006年度国家级工法名单的公示，YJGF162-2006空间钢结构节点平面自动测量快速定位施工工法，采用高精度测量仪器进行空间钢结构节点三维定位。现有相关改进技术少见公开。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种多维空间钢结构安装节点定位施工方法，控制其在安装过程中的尺寸偏差，保证安装精度。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：1)通过设计给予的节点4工作点与各端口3中心点之间的尺寸关系，得出节点4各端口3的设计坐标值，建立节点三维空间模型；

2)使用测定仪1对节点4实体进行外形尺寸检测，对节点4各端口进行坐标测量，所得相对坐标值通过绘图软件自动转换为几何图形即实体模型；

3)将实体模型与设计模型，即理论值坐标点与点连接的线条组合进行拟合，节点4即所测坐标值转换的实体模型图与设计值转换的设计模型图相互作比较，通过对实体模型的移动，使实体模型达到理论最佳位置，所得的各点坐标值为拟合值也是最佳控制坐标值。

尤其是，其中，拟合方法包括：

a、将实体模型与设计模型通过绘图软件相互重叠，在图形四周找出端口3与端口3控制点相近的“十”连接线，移动两图形“十”字连接线相重叠拟合；

b、将拟合后的实体模型移到建筑坐标系，得出实体模型各端口3控制点坐标，即为最佳控制点坐标；

c、将最佳控制值与设计值的各端口3偏差参照验收标准进行对比，未超出标准规定的节点4为检测合格。

尤其是，测定仪1为全站仪。

尤其是，测定仪1为RFID感测仪器，节点4工作点与各端口中心点，以及各端口沿上安装测定标志2，该测定标志2为包所标记位置在实体模型上的参数，所述测定标志2为RFID标志。

本发明的优点和效果：采用测定仪对节点实体进行外形尺寸检测，不断与端面已赋值的节点设计模型进行动态拟合比对，并进一步对节点实体连续校正定位，主要适用于复杂多变空间结构大型多分支节点无可操作控制点的精确测量定位，能多向调节定位，便于安装精度控制；具有广泛的适应性，操作简便，并且能够满足节点区域内的连接安全要求，减少了大量的施工场地、人力、机械投入，完成施工的测量控制过程使用人工、仪器设备和工时少，提高了劳动生产率，保证了施工质量。

附图说明

图1为本发明实施例中多维空间钢结构安装节点定位施工示意图。

附图标记包括：测定仪1、测定标志2、端口3、节点4。

具体实施方式

本发明方法主要适用于多维空间钢结构安装节点定位施工。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：如附图1所示，在本实施例中；

1)通过设计给予的节点4工作点与各端口3中心点之间的尺寸关系，得出节点4各端口3的设计坐标值，建立节点三维空间模型；

2)使用测定仪1对节点4实体进行外形尺寸检测，对节点4各端口进行坐标测量，所得相对坐标值通过绘图软件自动转换为几何图形即实体模型；

3)将实体模型与设计模型，即理论值坐标点与点连接的线条组合进行拟合，节点4即所测坐标值转换的实体模型图与设计值转换的设计模型图相互作比较，通过对实体模型的移动，使实体模型达到理论最佳位置，所得的各点坐标值为拟合值也是最佳控制坐标值。

其中，拟合方法包括：

a、将实体模型与设计模型通过绘图软件相互重叠，在图形四周找出端口3与端口3控制点相近的“十”连接线，移动两图形“十”字连接线相重叠拟合；

b、将拟合后的实体模型移到建筑坐标系，得出实体模型各端口3控制点坐标，即为最佳控制点坐标；

c、将最佳控制值与设计值的各端口3偏差参照验收标准进行对比，未超出标准规定的节点4为检测合格。

本发明实施例1，前述中，测定仪1为全站仪。

本发明实施例2，前述中，测定仪1为RFID感测仪器，节点4工作点与各端口中心点，以及各端口沿上安装测定标志2，该测定标志2为包所标记位置在实体模型上的参数，所述测定标志2为RFID标志。RFID标志射频识别英文：Radio Frequency IDentification，缩写：RFID，是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

本发明实施例中，具体步骤还包括：

A.构件测控：利用AUTOCAD在计算机内建立结构三维轴网及三维理论模型，利用AUTOCAD在计算机内建立构件三维实际模型即模拟构件：将构件平放在稳定的平台上，在构件上做出两个用于测量倒点的基准点；

B.在构件上做出测量点：在构件的连接主端面做出构件几何中心点，做为模型基准点；在构件各连接端面做出测量点，按每端面做三个主控点、三个辅助控制点；实体测量并做好测量记录；在计算机内利用AUTOCAD建立三维坐标系统，根据测量记录输入各点位并标识，再根据输入的点做出相应的模拟平面，将模拟平面扩展连接成模拟构件；将制作完成的模拟构件定义成块，模拟构件制作完毕；

C.复模：将理论模型与模拟构件放在同一三维系统中，确定共同的基准点、基准轴线、基准面，基准点选择轴线交点并在基准轴线上，基准面选择主连接面；以基准点为中心旋转模拟构件，使基准点、基准轴线、基准面重合，复模完成；

D.检查修整：在复模的基础上检查测量各连接节点尺寸偏差，做好标记，提供修整数据；修整后再重新测量、建模、复模、修整工作，直至构件合格；

E.预拼测控：在计算机内利用AUTOCAD建立三维做标系统，做出结构的三维轴线；将已做好的模拟构件放出到三维坐标系统中，以相应轴线交点为基准点摆放全部模拟构件；检查各连接点尺寸，包括连接间隙、定位板位置、高强螺栓连接板孔距，并由此确定高强螺栓连接板孔位，做出高强螺栓连接板详图，提供数控钻床钻孔；标注各连接尺寸，节点连接编号，打印出安装图。

Claims (4)

1.多维空间钢结构安装节点定位施工方法，其特征在于，方法工序如下：

1)通过设计给予的节点(4)工作点与各端口(3)中心点之间的尺寸关系，得出节点(4)各端口(3)的设计坐标值，建立节点三维空间模型；

2)使用测定仪(1)对节点(4)实体进行外形尺寸检测，对节点(4)各端口进行坐标测量，所得相对坐标值通过绘图软件自动转换为几何图形即实体模型；

3)将实体模型与设计模型，即理论值坐标点与点连接的线条组合进行拟合，节点(4)即所测坐标值转换的实体模型图与设计值转换的设计模型图相互作比较，通过对实体模型的移动，使实体模型达到理论最佳位置，所得的各点坐标值为拟合值也是最佳控制坐标值。

2.如权利要求1所述的多维空间钢结构安装节点定位施工方法，其特征在于，拟合方法包括：

a、将实体模型与设计模型通过绘图软件相互重叠，在图形四周找出端口(3)与端口(3)控制点相近的“十”连接线，移动两图形“十”字连接线相重叠拟合；

b、将拟合后的实体模型移到建筑坐标系，得出实体模型各端口(3)控制点坐标，即为最佳控制点坐标；

c、将最佳控制值与设计值的各端口(3)偏差参照验收标准进行对比，未超出标准规定的节点(4)为检测合格。

3.如权利要求1所述的多维空间钢结构安装节点定位施工方法，其特征在于，测定仪(1)为全站仪。

4.如权利要求1所述的多维空间钢结构安装节点定位施工方法，其特征在于，测定仪(1)为RFID感测仪器，节点4工作点与各端口中心点，以及各端口沿上安装测定标志(2)，该测定标志(2)为包所标记位置在实体模型上的参数，所述测定标志(2)为RFID标志。