一种钢结构拼装临时支撑胎架体系的建立方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大型场馆空间钢结构体系施工技术领域，尤其是涉及一种用于大型钢结构建筑物单元体拼装的临时支撑胎架体系的建立方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的发展，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛。此类建筑形式一般为空间钢结构，结构型式可分为网架(轻钢)、空间桁架(重钢)等。这些建筑物通常都具有跨度大、造型独特、受力复杂及建成后具有地区标志性意义等特点。空间钢结构这种新的建筑型式的出现后，立即衍生出了一些新型的施工方法。根据整体结构的受力和构造特点、现场平面情况、现场施工技术条件和大型设备资源等综合因素，一般可分为高空散装法、分区域安装法，整体吊装法、高空平面滑移法、整体提升法和整体顶升法。现场施工方法的抉择，对工程施工工期、质量安全、综合造价都有很大的影响。就这些安装方法而言，除了高空散装法以外，每种安装方法都需要有一个上道工序与之配合才能完成，这个上道工序就是结构拼装。目前，越来越多的空间钢结构由于功能及造型的需要，大量复杂的节点被设计到结构当中，因此给施工阶段带来了新的挑战和课题。为了降低和简化安装难度、减少安装中的高空作业，拼装已经发展成为一个独立的关键工序，其精度控制和方案的易操作性，成为安装施工成功与否的一个决定性因素，尤其是在一些具有独特性的空间钢结构中，拼装更是起着至关重要的作用，直接影响整个施工过程的进度和质量。
[0003]目前拼装技术基本都为采用保证单元体内部尺寸的方法，即通过拼装单元体各个构件之间的关联尺寸对整体拼装精度进行保证，但对拼装姿态的选择比较任意，支撑胎架体系也比较简单，这个方法仅仅适用于规正结构形式，对大型空间结构或特殊结构已不太适用。越来越多新颖的空间钢结构型式的出现，例如大型弯扭空间箱型钢结构或管桁架结构，其构件的外观轮廓控制线大部分为不规则的空间多义线，这些曲线没有固定的曲线方程，而且不同弧段包含角的方向也在不断地发生变化，构件的表面形成了不规则的弯扭面，外观极不规则，内部尺寸不易控制，传统的施工方法已经不能达到施工要求，这就需要在计算机三维仿真建模技术的支持下，建立准确、安全的临时支撑胎架体系，编制更合理，精度更高的拼装方法。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:利用计算机仿真建模、拼装坐标系优化、确定合理的拼装姿态，进而提供一种用于拼装大型或异形钢结构建筑物单元体拼装支撑胎架体系的建立方法，通过该方法可以建立适用于大型场馆空间钢结构、异形结构，尤其是大型弯扭状箱型空间钢结构拼装支撑胎架体系。
[0005]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:利用计算机三维建模软件，先建立起大型钢结构需要拼装单元体的三维仿真模型，并按照该仿真模型确定钢结构的单元体拼装姿态及拼装分段；再根据单元体的拼装姿态优化建立拼装坐标系，输出该拼装坐标系下待拼装结构的各特征外观控制点的三维坐标，最后依据该三维坐标体系及钢结构单元体的拼装姿态设计出与单元体构件互不干涉的临时支撑胎架体系。
[0006]本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点:
本发明可以解决大型空间钢结构，尤其是箱型弯扭状等空间造型复杂的钢结构难以拼装和精度控制高的问题，在拼装施工中降低了施工作业面的高度，保证了拼装精度，降低了作业风险，提高了施工效率，通过计算机三维仿真模型设计的支撑体系，提高了施工中的可预见性，最大限度的减少了施工辅助用料；利用全站仪等先进的测量设备，实时观测，预先投射控制点，使构件平稳、安全、快速的拼装到指定位置，减少了构件反复调整的工序，加快了工程进度，而且保证了工程质量。在体育场馆、会展馆、机场、高层钢结构等大型空间钢结构尤其是箱型弯扭状复杂结构的拼装施工中采用此方法施工，在质量、安全、成本控制方面都有显著的效果，可取得明显的经济效益。
【附图说明】
[0007]图1为拼装临时支撑胎架体系方案一。
[0008]图2为拼装临时支撑胎架体系方案二。
[0009]图3为拼装临时支撑胎架体系方案三。
[0010]图4为一种钢结构拼装临时支撑胎架体系的整体布置图。
[0011]图5为钢结构单元体在临时支撑胎架体系中拼装流程图。
[0012]图6为钢结构单元体在临时支撑胎架体系中拼装完成图。
[0013]图7为钢结构单元体第一次的设计深化图的坐标系图。
[0014]图8为钢结构单元体第二次的设计深化图的拼装坐标系优化图。
[0015]图中:1.内柱胎架；2.第一外柱胎架；3.腹杆；4.第一侧外柱；5.第二侧外柱；6.菱形内柱；7.立面次结构；8.腹杆支撑桥架；9.第二外柱胎架。
【具体实施方式】
[0016]本发明提供的是一种用于大型钢结构建筑物单元体拼装的临时支撑胎架体系建立方法，该方法是:利用计算机三维建模软件，先建立起大型钢结构需要拼装单元体的三维仿真模型，并按照该仿真模型确定钢结构的单元体拼装姿态及拼装分段；再根据单元体的拼装姿态优化建立拼装坐标系，输出该拼装坐标系下待拼装结构的各特征外观控制点的三维坐标，最后依据该三维坐标体系及钢结构单元体的拼装姿态设计出与单元体构件互不干涉的临时支撑胎架体系。
[0017]本发明采用以下方法建立大型钢结构的拼装单元体的三维仿真模型，其步骤包括
1.深化图纸，建立建筑物的空间三维仿真模型及局部细节模型。
[0018]在钢结构施工行业，三维仿真建模目前应用的领域主要集中在大跨度、结构复杂的空间结构中，其主要原因是它的直观性可以很方便的表达出平面视图不能表达出的视角，而这一点在空间结构的拼装及胎架支撑体系建立过程中是必不可少的一项“入门”手段，因为最终的胎架支撑体系建立需要在模型中无障碍设计。建立起一个真实的、接近于建筑实物的模型是所有后续工作的基础。从二维到三维是一个巨大的转变过程也是一个耗费时间与资源的过程，在建立模型之前应该先确定模型的适用对象和阶段，这样就可以在建模的过程当中着重表现出主要的对象特性，简略一些非关键对象，这样在不影响最终实施效果的前提下可以大大提高建模的效率。从三维仿真模型的建立可以通过以下几个步骤来实现:
第一步:有关建筑实体技术参数的准备；
建立实体模型的起点或动机通常可以概括为两个大的方面，一是在未知任何实物信息的基础上创建出一个全新的实体，这一类型的主要对象为设计、研发群体，通过建立起来的仿真模型来表达全新的实体，如产品的研发，建筑物的最初设计等。二是通过已知的实体或蓝图进行二维向三维的转化，即利用结构的施工设计图或深化图中各个剖面图表达的几何尺寸来建立模型，此形式是施工过程中运用最多的一种建模方式。在整个的建模过程中图纸作为描述模型的一种方式不断的被重新解释，通过软件的操作具象化的表现在人们的面前，此种形式除了要求具备操作建模软件的基本技能以外，还需要有较强的空间思维能力和识图能力，能准确无误的提取图纸表达的所有信息。在空间钢结构拼装工程中，单体模型是通过蓝图给出的构件三维空间坐标或二维平面图纸尺寸，利用CAD软件(或其它工程建模软件)转化成能表达出构件外观几何结构的单线模型，此阶段的模型(非实体)除了不能直观表达出构件内部的相互干涉关系以外，已经具有了准确的几何外观结构，为模型实体化提供了依据。通常在空间结构的施工蓝图中给出的建模技术依据大都为构件的外观标志点的三维空间坐标，如箱型构件的四条棱边线的三维坐标、空间框架的外观点坐标等;未给出构件外观标志点三维坐标的大型钢结构的实体模型，则通过不同的剖视图(三视图)所表达出构件的外观几何尺寸及相对关系，为三维实体模型的建立提供了参数依据。所以，不管是空间三维坐标还是传统剖视图(三视图)的表达，都是三维仿真模型建立的参数依据，能从二维图纸中把这些重要的信息提取出来是建模前期重要且必须的准备。第二步:选择硬件及建模软件；硬件:相对于二维绘图来讲，实体建模需要更多的计算机资源。内存及显存相对于处理器速度来讲更为重要，因为内存不足往往会导致系统建模速度过程中瓶颈的产生，显存的不足则会导致建立起来的模型在实体显示及消隐显示操作时出现显示不完整及动态观察画面卡滞的现象，影响构件互相干涉的观察。由于工程施工中所建立的模型通常都为大型复杂的结构，因而对内存及显存的要求相对来说也要高一些，通常建议的最佳配置需要内存达到2GB以上，独立显存要达到256MB以上。
[0019]建模软件:在建模软件的选择上，主要是根据工程施工各阶段的要求选择适用、够用的绘图软件。除了工程上接触最为广泛的AutoCAD以外(可适用于大部分钢结构建模)，还有几款国内外的优秀建模及深化设计软件，如国内的建科院PKPM系列STS钢结构设计软件、同济大学3D3S钢结构设计软件；