一种大跨度异型钢桁架结构三维测量空间坐标转换的方法与流程

1.本技术涉及建筑大跨度异型钢桁架结构施工技术的领域，尤其是涉及一种大跨度异型钢桁架结构三维测量空间坐标转换的方法。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展及人们对于建筑多功能的需求，建筑规模越来越大,形式多样化的同时结构设计也越做越复杂,钢结构样式也随之发展，越来越多的大跨度异型钢桁架结构出现在我们视野。该类结构施工时，在施工场地充裕条件下，将整体结构分成若干个吊装单元，待各单元地面组拼完成后进行整体吊装。
3.而如何将空间三维结构安装到设计的空间位置及进行过程中的纠偏，是此类工程的测量重难点之一。
4.以往对于地面组拼时的精度控制多是按各分段结构的自身整体尺寸进行测量，使之符合各结构详图的分段尺寸，但由于单独模块安装时存在焊接变形，导致高空中与上一模块多点对接时无法控制精确性，且这种测量方法对各节点的坐标控制不精确，导致钢结构吊装施工过程中出现与理论值相差较大的误差，极易造成高空对接错边，而增大整体结构的累计误差。
5.本技术发明人为了减小地面组拼时原有测量方法对结构造成的误差和焊接变形造成的误差，研发了一种大跨度异型钢桁架结构三维测量空间坐标转换的方法，有效的减少了地面组拼时因无法控制结构空间坐标和施工中的动态纠偏只控制分段结构尺寸而造成的误差。


技术实现要素：

6.为了有效的减少了地面组拼时因无法控制结构空间坐标和施工中的动态纠偏只控制分段结构尺寸而造成的误差，本技术提供一种大跨度异型钢桁架结构三维测量空间坐标转换的方法。
7.本技术提供的一种大跨度异型钢桁架结构三维测量空间坐标转换的方法采用如下的技术方案：一种大跨度异型钢桁架结构三维测量空间坐标转换的方法，包括步骤：整体结构深化；根据施工蓝图及现场坐标控制点进行钢桁架结构三维深化设计，将整体结构深化为一个空间几何结构；确定关键控制点；结合实际施工条件将钢桁架分成若干个吊装单元，并确定各单元的关键控制点；坐标转换计算；通过计算，并利用三维模型将空间坐标内的关键控制点坐标值，转换为地面相对坐标值；设立组拼胎架，根据转换得出的地面相对坐标值，在地面制作出符合吊装单元结构的组拼胎架，用以在地面进行吊装单元的组拼；
坐标优化；结合前一吊装单元在安装过程中产生的误差，调整后一吊装单元组拼胎架的坐标值及桁架对接口处的坐标值。
8.通过采用上述技术方案，首先将待施工的大跨度异型钢桁架结构通过三维模型构建，分拆吊装单元并确定各吊装单元的关键控制点，然后通过确定构造面，依次进行构造面内坐标的转换、地面坐标的转换，之后根据转换的坐标在地面制作胎架及吊装单元，在制作过程中实时监测，以保证制作的准确度；在吊装的过程中进行实时监测，提高吊装对接的准确度；前一吊装单元吊装焊接完成后，对实际的坐标进行检测，然后对后一吊装单元的坐标再进行优化，以进一步提高后一吊装单元制作与前一吊装单元的对接接口的位置的准确度，也即从多个环节控制空间坐标的准确性，在施工中结合前后吊装单元的具体实施情况动态纠偏，以较小施工造成的误差，提高整体的安装精确度。
9.可选的，选取第一个吊装单元钢桁架结构空间非弯曲面、且杆件最多的平面作为地面组拼时的水平面；选取该平面上四个角点中最低点为固定点，保持不变；将其他三个点的标高降为与该固定点相同，得到在该平面的坐标；将第一个吊装单元上的控制点标高下降至地面胎架组拼水平面高度；通过模型计算其他吊装单元的各控制点的坐标值，推导出其在该平面的坐标，进而推导出在地面胎架组拼水平面高度时的控制点的相对坐标值。
10.通过采用上述技术方案，公开了构造面的转化步骤，以及地面坐标的转换步骤。通过两步转换，将第一个吊装单元的空间坐标转化为地面拼装用的坐标，以便于地面进行胎架的制作和第一个吊装单元的制作。同理得到其他吊装单元的转换。
11.可选的，根据地面相对坐标建立组拼胎架，在组拼胎架及在胎架上组拼各吊装单元时，设置多台高精度全站仪进行实时定位测量，以核对各控制点的相对坐标值是否偏离。
12.通过采用上述技术方案，公开了在胎架及吊装单元的制作过程中采用全站仪进行实时定位测量，实时发现制作产生的偏差，及时纠偏，避免偏差的存在的积累。
13.可选的，在后一吊装单元组拼时，对比前一吊装单元实际的预留对接口处的实际相对坐标值，与计算获得的后一吊装单元的相应的对接口处的计算相对坐标值比较误差，依据误差调整后一吊装单元对接口处得到修正后的相对坐标值，以修正后的相对坐标值为依据，组拼后一吊装单元的组拼胎架及吊装单元。
14.通过采用上述技术方案，公开了修正坐标的过程。
15.可选的，所述组拼胎架采用可调式组拼胎架，包括底支杆、顶支杆、立支杆、斜拉支杆，所述底支杆和顶支杆之间设置有立支杆，所述底支杆、顶支杆、立支杆之间设置有斜拉支杆；所述立支杆能够发生竖直方向的移动；和/或，所述底支杆能够发生水平方向的移动；和/或，所述顶支杆能够发生水平方向的移动。
16.通过采用上述技术方案，公开了一种可调整的组拼胎架，其可以实现在三维空间的单一方向上的移动、实现伸缩，以便于对吊装单元的长度方向调整。
17.可选的，所述立支杆包括上下布置的两段立支杆、套设在两段立支杆的对接部的锁紧箍，锁紧箍包括两块设置有耳板的锁紧板体，锁紧板体通过耳板上设置的螺孔经由螺
栓螺母连接；至少在所述锁紧板体靠近上边缘和靠近下边缘处设置有若干个抱紧螺栓。
18.通过采用上述技术方案，公开了一种可以实现立支杆上下移动的结构。
19.可选的，所述组拼胎架的相邻所述底支杆能够发生相对转动；和/或，相邻所述顶支杆能够发生相对转动。
20.通过采用上述技术方案，公开了一种可调整的组拼胎架，其可以实现在三维空间的上的转动，以便于对吊装单元的圆周方向调整。
21.可选的，相邻所述底支杆或顶支杆的端部通过铰支座连接，以使相邻所述底支杆或所述顶支杆能够发生相对转动；在所述底支杆或顶支杆的端部固定设置有限位板，所述限位板与所述底支杆或顶支杆的侧壁之间形成一通道，相邻两个端部的通道内贯通的布设有可移动的限位条；所述限位条上设置有限位插孔，所述限位板上设置有与所述通道连通的限位孔；设置在所述限位孔内的限位销能够插入所述限位插孔以限制所述限位条的移动。
22.通过采用上述技术方案，公开了一种可以实现底支杆或顶支杆可转动的结构。
23.可选的，所述限位条采用具有一定弹性的高强度杆件。
24.通过采用上述技术方案，公开了限位条的结构性能。
25.本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术将待施工的大跨度异型钢桁架结构通过三维模型构建，分拆吊装单元并确定各吊装单元的关键控制点，然后通过确定构造面，依次进行构造面内坐标的转换、地面坐标的转换，之后根据转换的坐标在地面制作胎架及吊装单元，在制作过程中实时监测，以保证制作的准确度；在吊装的过程中进行实时监测，提高吊装对接的准确度。
26.2.本技术前一吊装单元吊装焊接完成后，对实际的坐标进行检测，然后对后一吊装单元的坐标再进行优化，以进一步提高后一吊装单元制作与前一吊装单元的对接接口的位置的准确度。在整个大跨度异型钢桁架结构的制作和安装的过程中，通过实时监测及坐标修正，使前后的安装制作相互关联和呼应，也即从多个环节控制空间坐标的准确性，在施工中结合前后吊装单元的具体实施情况动态纠偏，以较小施工造成的误差，提高整体的安装精确度。
27.3.本技术还通过组拼胎架结构的设计，辅助实现在对吊装单元的调整，以便以方便的控制和调整制作精度，保证在制作环节的精度。
附图说明
28.图1为本技术钢桁架在空间中的示意图图2为本技术钢桁架吊装单元完成最低点平面转换后的示意图。
29.图3为本技术钢桁架吊装单元的平面abcd坐标转化的示意图。
30.图4为本技术钢桁架吊装单元在胎架上组拼的示意图。
31.图5为钢桁架吊装单元在胎架上组拼的示意图。
32.图6为钢桁架吊装单元在胎架上组拼的示意图。
33.图7为钢桁架吊装单元在胎架上组拼的示意图。
34.其中，1、钢桁架；2、胎架；21、底支杆；211、限位板；212、限位条；213、限位销；22、顶支杆；23、立支杆；231、锁紧板体；232、耳板；233、螺栓螺母；234、抱紧螺栓；24、斜拉支杆。
具体实施方式
35.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
36.对于大跨度异型钢桁架1结构，由于其尺寸大、重量大的特点，如果整体起吊安装，对吊装机械要求很高，施工单位可能无具备该吊装能力的机械，甚至可能无具备该吊装能力的吊装机械供选择；并且大跨度异型钢桁架1结构组成方面可能具有复杂性，通常对大跨度异型钢桁架1结构，在安装的过程中，对其根据结构特点和吊装设备的吊装能力，对其分成若干个吊装单元，对各个吊装单元分别制作及吊装。以往对于地面组拼时的精度控制多是按各分段结构的自身整体尺寸进行测量，使之符合各结构详图的分段尺寸，但由于单独模块安装时存在焊接变形，导致高空中与上一模块多点对接时无法控制精确性，虽然单个吊装单元的尺寸符合设计的理论值，但是在安装时却可能出现对接位置的偏移、错边，或经过不断累积后的整体结构的误差较大的问题。本技术实施例公开一种大跨度异型钢桁架1结构三维测量空间坐标转换的方法。
37.本技术公开的大跨度异型钢桁架1结构三维测量空间坐标转换的方法，包括以下步骤。
38.整体结构深化；根据施工蓝图及现场坐标控制点进行钢桁架1结构三维深化设计，将整体结构深化为一个空间几何结构。针对待施工的大跨度异型钢桁架1结构，根据其施工设计图，将其转化为三维空间内的模拟仿真图，形成空间三维结构，对大跨度异型钢桁架1结构整体上的空间形状、位置及坐标可以得到精准的确定。
39.确定关键控制点；结合实际施工条件将钢桁架1分成若干个吊装单元，并确定各单元的关键控制点。吊装单元的划分与现有的划分方式相同。关键控制点确定主要考虑每个吊装单元的结构特点、与相邻的吊装单元的对接位置的特点等。
40.坐标转换计算；通过计算，并利用三维模型将空间坐标内的关键控制点坐标值（x0、y0、z0），转换为地面相对坐标值（x2、y2、z2）。通过坐标转换，将大跨度异型钢桁架1结构的每个吊装单元在高空的空间的坐标，转换为地面组拼位置的坐标，便于在地面的拼装。
41.设立组拼胎架2，根据转换得出的地面相对坐标值（x2、y2、z2），在地面制作出符合吊装单元结构的组拼胎架2，用以在地面进行钢桁架1结构的组拼。为了适应后期对局部拼装控制点的调整，在组拼吊装单元的时候，可以对组拼胎架2进行调整，也可以采用具有调整能力胎架2。
42.坐标优化；结合前一吊装单元在安装过程中产生的误差，调整后一吊装单元组拼胎架2的坐标值及桁架对接口处的坐标值。由于在安装焊接过程中，不可避免的可能会发生焊接变形，从而使得原来在地面胎架2上组拼的吊装单元虽然理论值是正确无误的，但是却无法正好的安装在已经安装好的前一吊装单元上，此时就必须对后一吊装单元进行适当的优化更新，使其符合实际的需要。然后将经过优化调整的后一吊装单元进行吊装安装。
43.参考图1为钢桁架1在空间中的示意图，图2为钢桁架1吊装单元完成最低点平面转换后的示意图。图4为钢桁架1吊装单元在胎架2上组拼的示意图。
44.在实施的过程中，本技术通过钢结构三维建模软件对空间结构进行定位，计算出每个关键控制坐标点的理论值坐标（x0、y0、z0），然后将高空中各关键控制点坐标（x0、y0、z0）转换为地面低空相对坐标点（x2、y2、z2）。即为了实现高空桁架在地面组拼时的精确性及操作性，通过针对钢结构桁架分段吊装的安装测量分段点（对接口）的测量定位，利用三
维软件求出高空中分段口控制点的坐标（x0、y0、z0），然后通过三维建模软件计算，将该处空间坐标转换为地面拼装端口的相对坐标（x2、y2、z2），依据地面相对坐标值建立有效的组拼胎架2以便在地面进行钢桁架1的组拼，并在施工过程中结合上一模块的焊接变形产生的误差，来调整地面组拼胎架2的坐标值，以保证高空对接时的准确性。
45.在实施过程中，根据结构特性，利用数学方法，选取第一个吊装单元钢桁架1结构空间非弯曲面、且杆件最多的平面作为地面组拼时的水平面。参考附图3，选取平面为abcd所在平面，四个角点为a点、b点、c点、d点，此时坐标是理论坐标值（x0、y0、z0），如a（400,0,1000）、b（400,300,1000）、c（0,300,1300）、d（0,0,1300）。选取该平面上四个角点中最低点a为固定点，保持不变；将其他三个点的标高降为与该固定点相同，得到在该平面的坐标，形成第一步坐标转换，此时坐标为转化到最低点平面的坐标（x1、y1、z1），此时最低点a点的坐标（x1、y1、z1）等于（x0、y0、z0），其他三个点的标高降到等于最低点a点的标高，如a’（400,0,1000）、b’（400,300,1000）、c’（-100,300,1000）、d’（-100,0,1000）。然后将第一个吊装单元上的控制点标高下降至地面胎架2组拼水平面高度，得到各控制点在地面胎架2组拼水平面组装时的相对坐标值（x2、y2、z2）。相对坐标值（x2、y2、z2）作为后续组拼过程中测量组拼正确与否的依据。若设地面胎架2组拼水平面的标高为0，则此时相对坐标值为a”（400,0,0）、b”（400,300,0）、c”（-100,300,0）、d”（-100,0,0）。通过模型计算其他吊装单元的各控制点的坐标变化值，推导出其在该平面的坐标，进而推导出在地面胎架2组拼水平面高度时的控制点的相对坐标值。各控制点按照相同的方式就行推导，此推到计算过程可以由模拟软件实现。
46.在实施过程中，在完成三维测量坐标转换后，根据地面相对坐标建立组拼胎架2，以保证拼装胎架2支撑点坐标的准确性，减小误差，然后由多台高精度全站仪配合进行定位测量，在现场坐标控制网内搭设的胎架2上进行各单元钢桁架1的组拼，过程中时刻核对各控制点的相对坐标值是否偏离理论值，待组拼完成且关键控制点坐标值监测无误后进行高空吊装对接。通过根据地面相对坐标建立组拼胎架2，在组拼胎架2及在胎架2上组拼各吊装单元时，设置多台高精度全站仪进行实时定位测量，保证在胎架2坐标的准确性，保证了在胎架2上组拼的吊装单元的准确性，进而控制安装的准确性。
47.在实施过程中，每一段桁架吊装单元在的吊装过程中，设置多台高精度全站仪进行实时定位测量，以控制安装位置的准确性，确保安装的可靠和有效。在安装焊接完成后，对焊接缝处进行焊接应力消除处理。此时再次测量该段桁架吊装单元与下一段桁架吊装单元的预留对接口处的实际坐标，安装前述的坐标转换方法，计算出预留对接口处的实际相对坐标值。
48.在实施过程中，在下一段桁架吊装单元组拼时，对比上一段桁架吊装单元实际的预留对接口处的实际相对坐标值，与计算获得的下一段桁架吊装单元的相应的对接口处的计算相对坐标值，比较其偏差，确定是否在安装的允许范围内，确定是否需要对计算相对坐标值进行适应性的调整等。此时对下一段桁架吊装单元的控制点的计算相对坐标值（x2、y2、z2）进行根据判断修正，得到修正后的相对坐标值（x3、y3、z3）。若不需要修正，则计算相对坐标值（x2、y2、z2）等于修正后的相对坐标值（x3、y3、z3），若需要修正则不相等。确定修正后的相对坐标值后，进行下一段桁架吊装单元的组拼，组拼依据修正后的相对坐标值（x3、y3、z3）为依据，调整后一吊装单元组拼胎架2的坐标值及桁架对接口处的坐标值，以便
保证桁架的整体安装精度。
49.本方法还可适用于工业、民用建筑等各类大跨度异型钢桁架结构的安装施工。
50.在本实施例中，为了便于对桁架吊装单元的调整，采用可调式拼装胎架2。如可以采用如申请公布号cn107939053a公开的一种可精确调节的钢桁架1拼装胎架2等现有的、具有精度调整的胎架2结构。当然，由于大跨度异型钢桁架1结构的尺寸较大和重量较重等方面的特殊性，使用cn107939053a公开胎架2需要其具有足够大的支撑能力和强度。本发明人也设计了一种胎架2，其设计为满支撑的方式，已具备较大的承重能力和结构强度，适应大跨度异型钢桁架1结构的吊装单元的拼装，可以使单个的吊装单元的尺寸较大，从而可以减少整体钢桁架1结构的拼装对接口的数量，减少高空对接、焊接的工作量，使更多的组拼工作在地面胎架2上完成，既可以有效的通过较少高空对接焊接产生的形变，保证整体的结构，又可以减少高空作业的量，提高工作的安全性。
51.参考图4，在本实施例中，组拼胎架2包括底支杆21、顶支杆22、立支杆23、斜拉支杆24，底支杆21和顶支杆22之间设置有立支杆23，底支杆21、顶支杆22、立支杆23之间设置有斜拉支杆24。从而搭建起一个结构稳定可靠、承载力强的胎架2。
52.参考图5、图6，在本实施例中，为了便于对胎架2上的桁架吊装单元就行调整，立支杆23能够发生竖直方向的移动。立支杆23包括上下布置的两段立支杆23、套设在两段立支杆23的对接部的锁紧箍，锁紧箍包括两块设置有耳板232的锁紧板体231，锁紧板体231通过耳板232上设置的螺孔经由螺栓螺母233连接。两个锁紧板体231、耳板232及螺栓螺母233共同组成锁紧箍。锁紧箍可以形成一个中空的空间，在上下布置的两段立支杆23分别进入中空的空间中，并被夹紧。为了保证在胎架2上放置桁架吊装单元时，两段立支杆23的夹紧效果，在锁紧板体231靠近上边缘和靠近下边缘处设置有若干个抱紧螺栓234，抱紧螺栓234可以设置多组。当然的，还可以在锁紧箍和立支杆23之间设置一层防滑的夹层，以进一步提高夹持效果。
53.在本实施例中，为了便于对胎架2上的桁架吊装单元就行调整，底支杆21能够发生水平方向的移动、顶支杆22能够发生水平方向的移动。其中结构可以与立支杆23的相同，可以方便的安装、拆卸、伸缩即可。底支杆21、顶支杆22、立支杆23的形状可以为圆形、矩形、工字型、t型，以及其他形状。
54.在本实施例中，斜拉支杆24可以为固定杆件，也可以采用便于安装、拆卸、伸缩的结构。
55.参考图7，在本实施例中，由于桁架吊装单元在高空安装焊接过程中可能会发生形变，而形变的方向可能是沿桁架的长度或宽度方向的，也可能是其他方向的。因此，在对后一吊装单元进行调整的时候，即可能沿底支杆21、顶支杆22、立支杆23所在的方向进行调整，也可能需要进行转动调整。因此还公开了底支杆21、顶支杆22的一种形式。能够适应组拼胎架2的相邻底支杆21、顶支杆22发生小范围的相对转动。相邻底支杆21或顶支杆22的端部通过铰支座连接，以使相邻底支杆21或顶支杆22能够发生相对转动，适应对转动调整的需要。当然可知的，对胎架2及桁架吊装单元的转动调整的幅度是非常有限的。如果需要转动的范围过大，则可能使大跨度异型钢桁架1结构整体的受力情况发生重大的变化，这样是不能通过修正坐标的判断的，则说明已安装的前一个吊装单元的安装是存在问题的。在底支杆21或顶支杆22的端部固定设置有限位板211，限位板211与底支杆21或顶支杆22的侧壁
之间形成一通道，相邻两个端部的通道内贯通的布设有可移动的限位条212；限位条212上设置有限位插孔，限位板211上设置有与通道连通的限位孔；设置在限位孔内的限位销213能够插入限位插孔以限制限位条212的移动。限位条212采用具有一定弹性的高强度杆件，在其弹性范围内，可以适应转动的需要，并且由于其高强度性能，其也可以适应长度方向上的调整需要。也即该弹性的高强度杆件既可以使得相邻的底支杆21、顶支杆22的端部连接处发生转动或移动。
56.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。