專利名稱：一種鋼結(jié)構拼裝臨時支撐胎架體系的建立方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大型場館空間鋼結(jié)構體系施工技術領域，尤其是涉及一種用于大型鋼結(jié)構建筑物 單元體拼裝的臨時支撐胎架體系的建立方法。
背景技術：
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，要建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機庫等大空間和超大
空l'曰j建筑物的需求十分旺盛。此類建筑形式一般為空間鋼結(jié)構，結(jié)構型式可分為網(wǎng)架(輕鋼)、空 間桁架(重鋼)等。這些建筑物通常都具有跨度大、造型獨特、受力復雜及建成后具有地區(qū)標志 性意義等特點。空間鋼結(jié)構這種新的建筑型式的出現(xiàn)后，立即衍生出了一些新型的施工方法。根 據(jù)整體結(jié)構的受力和構造特點、現(xiàn)場平面情況、現(xiàn)場施工技術條件和大型設備資源等綜合因素， 一般可分為高空散裝法、分區(qū)域安裝法，整體吊裝法、高空平面滑移法、整體提升法和整體頂升 法。現(xiàn)場施工方法的抉擇，對工程施工工期、質(zhì)量安全、綜合造價都有很大的影響。就這些安裝 安法而言，除了高空散裝法以外，每種安裝方法都需要有一個上道工序與之配合才能完成，這個 上道工序就是結(jié)構拼裝。目前，越來越多的空間鋼結(jié)構由于功能及造型的需要，大量復雜的節(jié)點 被設計到結(jié)構當中，因此給施工階段帶來了新的挑戰(zhàn)和課題。為了降低和簡化安裝難度、減少安 裝中的高空作業(yè)，拼裝己經(jīng)發(fā)展成為一個獨立的關鍵工序，其精度控制和方案的易操作性，成為 安裝施工成功與否的一個決定性因素，尤其是在一些具有獨特性的空間鋼結(jié)構中，拼裝更是起著 至關重要的作用，直接影響整個施工過程的進度和質(zhì)量。
目前拼裝技術基本都為采用保證單元體內(nèi)部尺寸的方法，即通過拼裝單元體各個構件之間的 關聯(lián)尺寸對整體拼裝精度進行保證，但對拼裝姿態(tài)的選擇比較任意，支撐胎架體系也比較簡單， 該個方法僅僅適用于規(guī)正結(jié)構形式，對大型空間結(jié)構或特殊結(jié)構已不太適用。越來越多新穎的空 間鋼結(jié)構型式的出現(xiàn)，例如大型彎扭空間箱型鋼結(jié)構或管桁架結(jié)構，其構件的外觀輪廓控制線大 都分為不規(guī)則的空間多義線，這些曲線沒有固定的曲線方程，而且不同弧段包含角的方向也在不 斷地發(fā)生變化，構件的表面形成了不規(guī)則的彎扭面，外觀極不規(guī)則，內(nèi)部尺寸不易控制，傳統(tǒng)的 施工方法已經(jīng)不能達到施工要求，這就需要在計算機三維仿真建模技術的支持下，建立準確、安 全的臨時支撐胎架體系，編制更合理，精度更高的拼裝方法。

發(fā)明內(nèi)容
'本發(fā)明所要解決的技術問題是利用計算機仿真建模、拼裝坐標系優(yōu)化、確定合理的拼裝姿 *，'進而提供一種用于拼裝大型或異形鋼結(jié)構建筑物單元體拼裝支撐胎架體系的建立方法，通過 該方法可以建立適用于大型場館空間鋼結(jié)構、異形結(jié)構，尤其是大型彎扭狀箱型空間鋼結(jié)構拼裝 支撐胎架體系。
本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案利用計算機三維建模軟件，先建立起大型鋼結(jié) 構需要拼裝單元體的三維仿真模型，并按照該仿真模型確定鋼結(jié)構的單元體拼裝姿態(tài)及拼裝分段； 再根據(jù)單元體的拼裝姿態(tài)優(yōu)化建立拼裝坐標系，輸出該拼裝坐標系下待拼裝結(jié)構的各特征外觀控 制點的三維坐標，最后依據(jù)該三維坐標體系及鋼結(jié)構單元體的拼裝姿態(tài)設計出與單元體構件互不干涉的臨時支撐胎架體系。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的主要優(yōu)點
本發(fā)明可以解決大型空間鋼結(jié)構，尤其是箱型彎扭狀等空間造型復雜的鋼結(jié)構難以拼裝和精 度控制高的問題，在拼裝施工中降低了施工作業(yè)面的高度，保證了拼裝精度，降低了作業(yè)風險， 提高了施工效率，通過計算機三維仿真模型設計的支撐體系，提高了施工中的可預見性，最大限 度的減少了施工輔助用料；利用全站儀等先進的測量設備，實時觀測，預先投射控制點，使構件 平穩(wěn)、安全、快速的拼裝到指定位置，減少了構件反復調(diào)整的工序，加快了工程進度，而且保證 了工程質(zhì)量。在體育場館、會展館、機場、高層鋼結(jié)構等大型空間鋼結(jié)構尤其是箱型彎扭狀復雜 結(jié)構的拼裝施工中采用此方法施工，在質(zhì)量、安全、成本控制方面都有顯著的效果，可取得明顯 的經(jīng)濟效益。


圖1為拼裝臨時支撐胎架體系方案一。
圖2為拼裝臨吋支撐胎架體系方案二。
圖3為拼裝臨時支撐胎架體系方案三。
圖4為一種鋼結(jié)構拼裝臨時支撐胎架體系的整體布置圖。
圖5為鋼結(jié)構單元體在臨時支撐胎架體系中拼裝流程圖。
圖6為鋼結(jié)構單元體在臨時支撐胎架體系中拼裝完成圖。
圖7為鋼結(jié)構單元體第一次的設計深化圖的坐標系圖。
圖8為鋼結(jié)構單元體第二次的設計深化圖的拼裝坐標系優(yōu)化圖。
圖中1.內(nèi)柱胎架；2.第一外柱胎架；3.腹桿；4.第一側(cè)外柱；5.第二側(cè)外柱；6.菱形 內(nèi)柱；7.立面次結(jié)構；8.腹桿支撐橋架；9.第二外柱胎架。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的是一種用于大型鋼結(jié)構建筑物單元體拼裝的臨時支撐胎架體系建立方法，該方
法是利用計算機三維建模軟件，先建立起大型鋼結(jié)構需要拼裝單元體的三維仿真模型，并按照
該仿真模型確定鋼結(jié)構的單元體拼裝姿態(tài)及拼裝分段；再根據(jù)單元體的拼裝姿態(tài)優(yōu)化建立拼裝坐
標系，輸出該拼裝坐標系下待拼裝結(jié)構的各特征外觀控制點的三維坐標，最后依據(jù)該三維坐標體 系及鋼結(jié)構單元體的拼裝姿態(tài)設計出與單元體構件互不干涉的臨時支撐胎架體系。
本發(fā)明采用以下方法建立大型鋼結(jié)構的拼裝單元體的三維仿真模型，其步驟包括 1.深化圖紙，建立建筑物的空間三維仿真模型及局部細節(jié)模型。
在鋼結(jié)構施工行業(yè)，三維仿真建模目前應用的領域主要集中在大跨度、結(jié)構復雜的空間結(jié)構 中，其主要原因是它的直觀性可以很方便的表達出平面視圖不能表達出的視角，而這一點在空間 結(jié)構的拼裝及胎架支撐體系建立過程中是必不可少的一項"入門"手段，因為最終的胎架支撐體 系建立需要在模型中無障礙設計。建立起一個真實的、接近于建筑實物的模型是所有后續(xù)工作的 基礎。從二維到三維是一個巨大的轉(zhuǎn)變過程也是一個耗費時間與資源的過程，在建立模型之前應 該先確定模型的適用對象和階段，這樣就可以在建模的過程當中著重表現(xiàn)出主要的對象特性，簡略一些非關鍵對象，這樣在不影響最終實施效果的前提下可以大大提高建模的效率。從三維仿真 模型的建立可以通過以下幾個步驟來實現(xiàn)
第一歩有關建筑實體技術參數(shù)的準備；
建立實體模型的起點或動機通?？梢愿爬閮蓚€大的方面， 一是在未知任何實物信息的基礎 上創(chuàng)建出一個全新的實體，這一類型的主要對象為設計、研發(fā)群體，通過建立起來的仿真模型來 表達全新的實體，如產(chǎn)品的研發(fā)，建筑物的最初設計等。二是通過已知的實體或藍圖進行二維向 三維的轉(zhuǎn)化，即利用結(jié)構的施工設計圖或深化圖中各個剖面圖表達的幾何尺寸來建立模型，此形 式是施工過程中運用最多的一種建模方式。在整個的建模過程中圖紙作為描述模型的一種方式不 斷的被重新解釋，通過軟件的操作具象化的表現(xiàn)在人們的面前，此種形式除了要求具備操作建模 軟件的基本技能以外，還需要有較強的空間思維能力和識圖能力，能準確無誤的提取圖紙表達的 所有信息。在空間鋼結(jié)構拼裝工程中，單體模型是通過藍圖給出的構件三維空間坐標或二維平面
圖紙尺寸，利用CAD軟件(或其它工程建模軟件)轉(zhuǎn)化成能表達出構件外觀幾何結(jié)構的單線模型， 此階段的模型(非實體)除了不能直觀表達出構件內(nèi)部的相互干涉關系以外，已經(jīng)具有了準確的 幾何外觀結(jié)構，為模型實體化提供了依據(jù)。通常在空間結(jié)構的施工藍圖中給出的建模技術依據(jù)大 都為構件的外觀標志點的三維空間坐標，如箱型構件的四條棱邊線的三維坐標、空間框架的外觀 點坐標等；未給出構件外觀標志點三維坐標的大型鋼結(jié)構的實體模型，則通過不同的剖視圖(三 視圖)所表達出構件的外觀幾何尺寸及相對關系，為三維實體模型的建立提供了參數(shù)依據(jù)。所以， 不管是空間三維坐標還是傳統(tǒng)剖視圖(三視圖)的表達，都是三維仿真模型建立的參數(shù)依據(jù)，能 從二維圖紙中把這些重要的信息提取出來是建模前期重要且必須的準備。 第二步選擇硬件及建模軟件；
硬件相對于二維繪圖來講，實體建模需要更多的計算機資源。內(nèi)存及顯存相對于處理器速 度來講更為重要，因為內(nèi)存不足往往會導致系統(tǒng)建模速度過程中瓶頸的產(chǎn)生，顯存的不足則會導 致建立起來的模型在實體顯示及消隱顯示操作時出現(xiàn)顯示不完整及動態(tài)觀察畫面卡滯的現(xiàn)象，影 響構件互相干涉的觀察。由于工程施工中所建立的模型通常都為大型復雜的結(jié)構，因而對內(nèi)存及 顯存的要求相對來說也要高一些，通常建議的最佳配置需要內(nèi)存達到2GB以上，獨立顯存要達到 256MB以上。
建模軟件在建模軟件的選擇上，主要是根據(jù)工程施工各階段的要求選擇適用、夠用的繪圖 軟件。除了工程上接觸最為廣泛的AutoCAD以外(可適用于大部分鋼結(jié)構建模)，還有幾款國內(nèi)外 的優(yōu)秀建模及深化設訃軟件，如國內(nèi)的建科院PKPM系列STS鋼結(jié)構設訃軟件、同濟大學3D3S鋼 結(jié)構設計軟件；國外的StruCAD (英國AceCcd公司開發(fā))、芬蘭Tekla Xsteel三維鋼結(jié)構實體設 計系統(tǒng)，這些軟件互有優(yōu)點，都可以建立出用于施工階段的三維模型。
第三歩..確定建模的策略；
三維實體模型的建立策略可以從宏觀和微觀兩個方面來考慮
從宏觀層面考慮在宏觀層面上，由f一個大型的空間結(jié)構包括了眾多的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的 相互結(jié)構關系和幾何位置都必須在建模前有個總體上的宏觀控制，以便于在建模過程中注意結(jié)構中互相干涉的系統(tǒng)，以及考慮各系統(tǒng)模型建立的順序和類型，最大限度的使整體模型的各個系統(tǒng) 在幾何構造上保持良好的銜接性，在對象特性上保持屬性一直性。這樣建立的模型在下一步的使 用中更具有準確性和針對性，因此在建模初期，要充分的觀察和分析鋼結(jié)構單元體的總體幾何形 狀，合理拆分組成的構件，將單元體中復雜的節(jié)點先獨立出來，先從最基本的構件入手，由簡單 至復雜，由局部到整體，最后在將復雜的節(jié)點構件嵌入到整體模型中u
從微觀的層面考慮在微觀的層面上，主要涉及到一些異形的、構造復雜的單體或零部件的 模型建立。 一方面需要把若干簡單形體組合成復雜形體，另一方面，也需要把一個復雜形體解析 成若干簡單形體的組合。這類模型的建模策略主要是體現(xiàn)出對三維建模軟件的操作思路。建模前 仔細的分析實體的幾何特性或二維圖紙的剖面表示，正確、巧妙的將復雜的實體分解成常規(guī)的幾 何體進行組合，確定合理的操作順序和思路都可以起到事半功倍的效果。尤其是對復雜模型操作 界面的坐標系選擇、布爾運算的運算順序及組合、實體模型的剖切等經(jīng)常運用到的建模方法要深 入的扎根在頭腦中，不斷形成一種良好的、高效的建模思維。
通過以上三個大的步驟的操作，基本就可以建立出適用、夠用的施工模型，大多數(shù)的實際工 程操作中也是對這二個歩驟的不斷細化或重復，這樣建立起來的三維仿真模型就可以運用在空間 鋼結(jié)構施工的各個階段，如大型方案的選定、對比和演示；大型復雜單元體的拼裝胎架設計； 太型組合單元體的吊點選擇。
2.分析建筑物空間結(jié)構型式及特點，合理的確定拼裝分段方案及拼裝姿態(tài)。
(1) 拼裝姿態(tài)的確定
三維模型建立起來以后，便可以直觀的觀察出構件的幾何結(jié)構型式，分析結(jié)構特點，大概的 提出幾種拼裝姿態(tài)進行比較，姿態(tài)的比較主要是為了在后續(xù)的胎架支撐體系設計中盡量節(jié)省胎架 材料，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。
拼裝姿態(tài)選定的原則及思路是盡可能使更多的構件外觀平面與拼裝平面平行；將盡可能多 的構件對接口降低到地面位置；將決定構件安裝精度及外部對接口降低到地面位置；將盡可能多 的復雜節(jié)點、大型超重節(jié)點降低到地面位置；利用構件自身結(jié)構體系最大限度的減少臨時支撐胎 架，降低構件重心；拼裝姿態(tài)應與安裝施工銜接，避免過多的旋轉(zhuǎn)及翻身；拼裝姿態(tài)要利于布設 測量控制網(wǎng)及外觀控制點的觀測。
在拼裝方案的前期選擇過程中，拼裝姿態(tài)的選擇尤為重要，這個步驟通常并沒有固定的操作 方法，是屬于一種創(chuàng)造性的思考。但只要遵行上述的幾點原則，并盡可能的找到這幾點的共性點 及平衡點，才能制定出合理、高效的拼裝方案，并為方案的后續(xù)深化及支撐胎架體系的建立創(chuàng)造 有利的條件。
(2) 拼裝分段的確定
拼裝的分段主要是為了滿足安裝過程中在安全允許條件下，最大限度的使吊機達到滿荷功效。 減少高空安裝強度及降低風險。
' 拼裝分段的主要原則是在吊機性能滿足的情況下，盡可能多的擴大零散構件的拼裝范圍； 以最復雜節(jié)點往四周對稱延展，保證對外安裝接口的型式簡單，便于高空對接施工；以最重單體構件往四周對稱延展，保證拼裝單元體的吊裝穩(wěn)定型。以主體構件向附屬構件延伸，利于拼裝及 安裝精度的控制。盡可能的使分段的單元體在拼裝姿態(tài)下自身能形成穩(wěn)固的結(jié)構體系，減少對臨 時支撐胎架的依靠。
拼裝姿態(tài)及分段的確定，是整個拼裝方案的綱領，是一種創(chuàng)造性的勞動，在空間鋼結(jié)構拼裝 中起著決定性的導向的作用。
3.根據(jù)拼裝姿態(tài)建立準確、實用的拼裝坐標系，輸出該坐標系下待拼裝結(jié)構的各特征外觀控 M點的三維坐標。
拼裝姿態(tài)確定以后，丌始進入實質(zhì)性的胎架支撐體系方案設計及深化的階段。這一階段主要 為保證拼裝單元體的精度控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。要將合理選定好的拼裝姿態(tài)實現(xiàn)在實際施工過程中， 必須得到該姿態(tài)下的構件外觀定位數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以是構件外觀的輪廓線，也可以是相鄰構件 連接處的控制點，要將這些定位數(shù)據(jù)具體化的表示出來，則需要將拼裝單元體置于一個人為賦予 的坐標系當中，只有在這樣一個特定的坐標系中，得到的定位數(shù)據(jù)才能與實體構件相互對應，也 就是說，構件的定位坐標，是與賦予它的坐標系相關聯(lián)的，離開了坐標系，數(shù)據(jù)便沒有參考對象， 乂能是無意義的數(shù)字而己。所以，拼裝坐標系的確定是定位數(shù)據(jù)的載體。
拼裝坐標系的建立，總的來說是將選定好的拼裝姿態(tài)進行進一步的優(yōu)化或工程數(shù)據(jù)處理，生 1拼裝平面，輸出構件的外觀控制點坐標。 (1)建立拼裝坐標系
Y軸的確定先確定拼裝單元體一條長度方向的整體外形對稱中心線，作為二維坐標系的縱軸 參考線(Y軸)，在拼裝單元體不規(guī)則的情況下，這條線也可以是大概的中心線，可以在最終的坐 標系建立起來后進行Y軸平移即可。由于此時是按照確定的拼裝姿態(tài)進行坐標系建立，相當于要 在拼裝單元體的下方通過Y軸、X軸建立一個二維的拼裝平面，因此，Y軸這條直線在空間位置上 1設置在三維模型拼裝姿態(tài)的"下方"。
X軸的確定當設置在三維模型"下方"的Y軸確定后，再設置二維坐標系的X軸。其方法是
g間中兩條相交直線即可以確定一個平面，因此x軸的確定便是最終拼裝平面的確定。由于拼裝
姿態(tài)的選定有個重要的先決條件，就是盡量使更多的構件外觀平面要與拼裝平面平行，這樣的目 的是為了使整個單元體具有較強的相對穩(wěn)定性便于設置支撐胎架，且有利于拼裝對口操作和精度
控制。所以，在大多數(shù)情況下確定拼裝坐標系x軸需要參考構件的外觀平面，通過在三維空間中 僻Y軸的空間垂線，并將垂線繞垂足旋轉(zhuǎn)一定角度，使其組成的平面盡量平行于單元體最底部構 件的外觀平面，旋轉(zhuǎn)到位后，形成的平面便是拼裝姿態(tài)的水平面，橫軸也就是拼裝坐標系的X軸。 ''Z軸的確定X軸、Y軸確定后，Z軸自動生成，拼裝三維坐標系便建立起來。
以上建立坐標系的方法采用的就是XY平面作為先決條件建立。在各種空間鋼結(jié)構的拼裝中， -義們也會遇到一些特殊外觀型式的拼裝單元體，單元體中的主體構件或大多數(shù)構件需要在拼裝過 程中保證其相對垂直的狀態(tài)，因此在這種情況下需要采取另外一種建立坐標系的方法，即通過主 體構件的軸心線利用Z軸優(yōu)先的先決條件進行坐標系的建立，沿主體構件的軸心線設置拼裝三維 坐標系的Z軸，然后自動生成XY平面，再通過繞Z軸旋轉(zhuǎn)XY軸，達到拼裝XY平面的要求，最終
9建立完成拼裝三維坐標系。 (2)輸出拼裝坐標系
拼裝三維坐標系建立以后，就可以通過平移X、 Y、 Z軸，確定最有利于拼裝坐標輸出的坐標 原點的位置，通常將坐標原點設置在拼裝單元體的外部，而不設置在單元體的內(nèi)部，這樣的目的 是使輸出的各控制點的二維坐標只分布在一個或者兩個坐標象限內(nèi)，習慣于工程施工平面測量的 數(shù)據(jù)處理。當以上的準備工作都完成以后，保存新建好的坐標系，便可以輸出各控制點的三維坐 標了，輸出的方法可以利用建模軟件里面的坐標查詢工具等命令，如CAD軟件中的ID命令。在坐 標輸出的過程中，始終要保證把模型空間坐標系的原點鎖定在新建立的坐標系的原點上，即坐標 輸出過程中，所有的控制點都只能有一個唯一的參考原點，這樣才能保證輸出的控制點三維坐標 與實際拼裝施工的坐標系(即新建坐標系)能一一關聯(lián)，并最終能真實的反應到構件實體上。 4.根據(jù)空間結(jié)構的實體幾何型式及特點，設計出合理、互不干涉的臨時支撐胎架體系。 空間鋼結(jié)構的拼裝單元體由于是一個從整體結(jié)構中劃離出來的單獨個體，所以其自身通常都 不具備完整的支撐結(jié)構，不能形成相對穩(wěn)固的獨立體系，因此，在大多數(shù)的拼裝施工過程中，都 需要設置臨吋的支撐胎架體系，支撐體系大體上可以分為兩個類型， 一是平面支撐，即拼裝單元 體的結(jié)構型式呈一個平面狀，沒有與這個平面在立體方向上相交的第二結(jié)構平面，通常這個支撐 體系就設置在拼裝單元體的下部，起到托起構件的作用。二是平面、垂直混合支撐，即拼裝單元 體的結(jié)構型式復雜多變，具有兩個或兩個以上的結(jié)構平面互相交錯，并有內(nèi)部桿件斜向交叉連接。 這種混合支撐的胎架設計就需要考慮胎架位置、胎架與構件互相干涉、胎架合理分布等多方面的 綜合因素。
不管在拼裝中設計哪種類型的胎架，最終目的都是在滿足支撐單元體整體穩(wěn)定性的前期下， 盡可能的減少胎架的數(shù)量，其原因， 一是可以為拼裝施工創(chuàng)造更寬裕的施工空間，便于操作。二 是減少拼裝單元體在安裝前脫離胎架的難度。三是節(jié)約工程輔助用料，利于項目成本控制。
空間鋼結(jié)構拼裝支撐胎架體系的設計一般都是利用計算機建立起來的三維仿真模型來完成 的，主要是因為在二維仿真模型中，模型的參數(shù)都是根據(jù)拼裝單元體的實際尺寸建立起來的，在 模型空間中可以直觀的反映出設計的胎架在實際施工中所處的位置及型式，可以觀察到胎架與構 件有無外形干涉情況(即胎架與構件有無互相碰撞)。因此，在三維模型空間中直接進行胎架設計 是空間鋼結(jié)構拼裝不可缺少的技術手段。
設計支撐胎架體系的一般步驟是
(1) 觀察分析拼裝單元休的結(jié)構型式，確定支撐胎架體系屬于平面支撐型還是平面、垂直混 *支撐型，根據(jù)單元體內(nèi)部構件的位置及相互之間的間隔距離，粗略的定出胎架應該支撐的范圍 和位置。
(2) 細分拼裝單元體的零構件組成，分離出主要構件，如重量最重、節(jié)點最多的構件，以這 些構件的對接口處作為重點支撐位置向外部延伸，即次要構件依附主要構件的原則，在重點支撐 位置確定后，分析在支撐點的下方有無其它可以造成的干涉構件，若無其它構件干涉，即可在此 設置胎架，若支撐點的下方有構件造成影響，則需要在滿足上部支撐點的甜提下，微調(diào)支撐胎架的位置，或設計成組合支撐胎架，即將胎架分成上下兩個部分，下部分躲過造成干涉的構件，上 部分任保證在選擇的支撐點的正下方，達到既能穩(wěn)固支撐又能防止構件與胎架干涉的目的。
(3) 設置胎架的具體支撐位置及數(shù)量，盡量保證構件與胎架無干涉現(xiàn)象，這個階段主要是在 保證支撐體系穩(wěn)固安全的前提下控制胎架的數(shù)量，并把胎架設置在最合理有效的位置。在平面片 狀單元體結(jié)構中，基本可以不用考慮胎架與構件的十涉問題，因為胎架基本都設置在拼裝單元體 的下部起支撐作用。數(shù)量控制上Bj以釆用局部小拼的型式(即將簡單重復的零散小構件先拼成整體 再進入大的單元體)減少胎架用量。在復雜的多面體系單元體結(jié)構中，通常都有比較多的斜拉桿件 與主桿件相連，尤其在箱型結(jié)構中這些聯(lián)系桿件的界面尺寸也很大，并形成"籠"狀，因此需要 先確定突出的或者最復雜的單休構件作為支撐的首選位置，通過在三維實體模型空間中，將胎架 的模型建立起來，不斷調(diào)整胎架的位置，觀察胎架與構件互相干涉情況，盡量使胎架在穿過單元 體的一個面去支撐在這個面上方的構件時，不能與其它的構件有碰觸現(xiàn)象，這點在混合支撐體系 的胎架設計中尤其重要，因此胎架位置設置的合理，可以大大的提高拼裝效率，保證拼裝過程的 連續(xù)性。
(4) 胎架位置確定后則開始選擇支撐胎架的結(jié)構型式。通常在平面片狀單元體結(jié)構中，選擇 門型胎架比較經(jīng)濟合理，材料基本采用型鋼制作。胎架高度的確定主要是根據(jù)支撐點處構件的外 觀三維標高來確定，在實際操作中，可將胎架高度制作的比構件外觀標高低20 30mm，通過鋼楔 子來微調(diào)。在大型復雜的混合結(jié)構單元體中，可根據(jù)單元體的重量釆用門型或箱型胎架，箱型或 圓形截面的胎架在荷載滿足的情況下盡量精簡界面尺寸，減少占用單元體內(nèi)部的空間，既避免與 構件互相碰觸，也增加了施工操作的空間。胎架高度的確定也是根據(jù)支撐點構件的外觀標高確定， 若構件支撐處(構件與胎架接觸面)的構件截面不是平面，還需要在胎架與構件接觸點處設計過 渡支座，將支撐重量通過支座傳遞到胎架。過渡支座的設計方法是支座的上部即與構件接觸的 部分需要按照構件的特殊外觀形式確定，如菱形、三角形、圓形等截面的構件，轉(zhuǎn)換支座與其接 觸的支撐面也應做成跟構件吻合的截面形式，支座的下部則需要做成與胎架頂面相吻合的截面， 通常應為平板底面。
:胎架在三維模型空間中布置到位后，為便于施工，需要將支撐胎架體系在拼裝坐標系中的三 維位置用二維圖紙的方式表達出來。以拼裝坐標原點作為胎架體系整體布置圖定位起始點(即胎 架的位置坐標要與拼裝坐標系保證關聯(lián)關系)，支撐胎架體系內(nèi)各胎架中心定位坐標的X、 Y值作 為其二維圖紙中的尺寸依據(jù)，將各個支撐胎架的位置畫出形成胎架系統(tǒng)的平面布置圖，最后再根 據(jù)胎架模型繪制用于施工的詳圖；至此完成了鋼結(jié)構拼裝臨時支撐胎架體系的建立。 .,5.根據(jù)拼裝坐標系及結(jié)構整體外觀尺寸建立測量控制網(wǎng)，投設平面控制點，使拼裝坐標系中 的各外觀控制點與測量控制網(wǎng)形成數(shù)據(jù)匹配關系；利用測量控制網(wǎng)中布設的測量點通過全站儀對 拼裝構件進行精度觀測、反饋修^數(shù)據(jù)，據(jù)此微調(diào)構件最終達到設計要求精度。
.在拼裝坐標系建立完成、單元體各控制點的三維坐標輸出、胎架的制作詳圖和地面布置圖完 成后，空間鋼結(jié)構拼裝的前期技術準備工作就基本完成，開始進入測量實施準各階段。測量實施 準備階段的目的是需要將所有的構件外觀數(shù)據(jù)反映在施工測量的控制網(wǎng)范圍內(nèi)，并達到可以直接
11觀測構件控制點并分析其實測值與設計值的差別，反饋出調(diào)整數(shù)據(jù)，指導現(xiàn)場拼裝施工。這個階 段主要是通過下面步驟完成的
(1) 測量儀器的選擇，在復雜的空間結(jié)構施工中通常選用全站儀作為首選測量儀器，它綜合 了電子經(jīng)緯儀、水平儀、測距儀的功能，自動化程度高，具有數(shù)據(jù)采集、分析迅速，實吋反饋被 測點的二維坐標，精度高等特點。
(2) 以拼裝坐標系為依據(jù)建立測量控制網(wǎng)的測量坐標系，使拼裝坐標系中的各外觀控制點與
測量控制網(wǎng)形成數(shù)據(jù)匹配的關系，建站并定向閉合。
(3) 在拼裝平臺的周圍選擇可以通視的位置設置測量控制點，互相關聯(lián)起來組成測量控制網(wǎng)。 控制點的數(shù)量可以根據(jù)施工實際情況確定，保證能在360度的范圍內(nèi)不被其它構件或支撐胎架擋 住。
(4) 根據(jù)各控制點的三維坐標，通過全站儀等測量儀器把構件的控制點垂直投影在拼裝平臺 上，如箱型構件可將其下表面的兩個角點垂直投影到拼裝平臺上，并用油漆做好標記，做為構件 平面方向定位的依據(jù)，通過這個方法可以在構件拼裝的初歩階段提高構件拼裝的速度，因為在拼 裝平臺上投影的各個控制點，實際上就是該構件外觀控制點在XY坐標面的垂直投影，在構件初歩 定位時，可利用線垂等簡單的工具結(jié)合投影點將構件初步定位到需要拼裝的位置。此方法操作簡 單、反應快速，可以很大程度上提高拼裝的效率，并達到構件初步定位的精度要求(此時可以將 構件定位到離設計控制位置5mm之內(nèi))。
(5) 控制點的空間標高可在投影控制點平面位置的時候由全站儀一并確定，標高起始值就為 控制點投影處的地面點在測量坐標系中的相對標高，通過與坐標系原點標高的計算，就可得出該 控制點在其平面投影點處需要控制的實際標高。施工班組就可以根據(jù)需要控制的實際標高，把構 件標高方向調(diào)整到位。這種方法相當于測量一次性將控制點的X向、Y向、Z向都反映在拼裝平臺 上，不需要實時觀測和跟蹤觀測，多用于結(jié)構型式比較規(guī)則的空間鋼結(jié)構拼裝中。在單元體結(jié)構 犁式比較復雜或異型的情況下，通常采用精度控制更高的觀測方法，投影到地面的控制點只作為 構件初步就位的依據(jù)，當構件根據(jù)投影點初步就位后(此時可以將構件定位到離設計控制位置5mra 之內(nèi))，采用全站儀在控制網(wǎng)內(nèi)通過棱鏡實時觀測構件的外觀控制點，實時反饋其實際三維坐標數(shù) 據(jù)，不斷的與設計坐標比對，得出需要在X、 Y、 Z方向調(diào)整的具體數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場施工。
測量控制是空間鋼結(jié)構拼裝過程中最為關鍵的一步，直接影響拼裝的施工質(zhì)量和進度，測量 精度得到控制，構件的拼裝質(zhì)量在源頭上就有了保證，通過上述的五個步驟，都可以精確，高效 的完成大多數(shù)復雜空間鋼結(jié)構的測量控制。
6.根據(jù)單元體拼裝順序編制直觀、精確的作業(yè)方案指導現(xiàn)場施工。
對于空間鋼結(jié)構來說，由于其構件數(shù)量多，結(jié)構復雜多變，因此，在拼裝施工前要構思好整 個單元體的拼裝順序，并根據(jù)拼裝思路編制具有指導性的施工作業(yè)方案指導施工。空間結(jié)構通常 具有外形結(jié)構復雜，節(jié)點多的特點，其圖紙標識也大多采用坐標的方式表達，普通的二維視圖的 方案在表達空間實體的位置關系就顯得比較困難，難以直觀的表現(xiàn)出各個構件的相對位置關系。 因此，在大型復雜的空間鋼結(jié)構拼裝施工中，通常都采用計算機建立起來的模型實體圖來編制施工方案，這樣編制出來的施工方案直觀明了，大大的加快了作業(yè)層對圖紙的理解，提高了拼裝效 率。具體作業(yè)方案的編制可以通過以下步驟完成
(1) 將建立好的單元體三維模型按照各零構件標識不同的顏色便于區(qū)分。
(2) 將支撐胎架及不同拼裝順序的構件分別置于不同的圖層中便于顯示控制，把所有構件圖
層都隱藏，保留胎架圖層顯示。
(3) 按照施工思路按順序的打開相應的構件圖層，用來表示拼裝的順序，并將該步完成時的 拼裝姿態(tài)輸出圖片的格式，便于編制作業(yè)方案。
(4) 將所有歩驟的拼裝姿態(tài)圖片輸出后，再編輯文字說明信息及拼裝過程中的關鍵技術質(zhì)量 要求，最終形成完整的拼裝作業(yè)方案，下發(fā)作業(yè)層用于施工。
. 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
1. 深化圖紙，建立建筑物的空間三維仿真模型及局部細節(jié)模型。
大型鋼結(jié)構通常具有比較復雜的節(jié)點，還有一些具有彎扭狀的構件，對其建模具有較大的難 度，其中最具有代表性的為組合桁架柱(圖3)，該柱子主要由五個部分組成菱形內(nèi)柱6、第一 側(cè)外柱4、第二側(cè)外柱5、腹桿3、立面次結(jié)構7。其中建模最復雜的是第一側(cè)外柱4和第二側(cè)外 柱5的彎扭段和菱形內(nèi)柱上與腹桿連接的牛腿。此組合桁架柱建模的順序為第一側(cè)外柱4、第二 側(cè)外柱5、菱形內(nèi)柱6、立面次結(jié)構7和腹桿3。菱形內(nèi)柱上的牛腿為復雜節(jié)點，是通過獨立建模 完成后再嵌入到整體模型中。建模的具體方法為直段構件(如外柱、內(nèi)柱、腹桿)都為箱型結(jié) 構，截面為四邊形，各個頂點上的點(控制點)都具有相對位置的空間三維坐標，可以直接利用 這些坐標在CAD中將構件控制點定位，再用直線將各個控制點連接起來便形成了構件的外觀幾何 輪廓線，根據(jù)這些輪廓線再進行實體化操作(CAD中的面域、實體命令)，就可以得到構件的實體 模型。第一側(cè)外柱4和第二側(cè)外柱5中的彎扭段則是將各個彎扭段獨立出來進行建模，由于彎扭 段各條棱線都有獨立的相對坐標將棱線用多義線的形式表達出來，因此可以利用這些獨立的坐標 進行彎扭段的建模，這樣可以得到其輪廓模型，再利用曲面等CAD操作命令將彎扭段模型進行實 體化。最后將獨立建立的單體構件模型組合到桁架柱的整體模型中就完成了組合桁架柱的模型建 立。其結(jié)構形式可以直觀的反應出來，在建模軟件中還可以通過動態(tài)旋轉(zhuǎn)等命令對這個拼裝單元 體進行空間360度的觀察。為支持胎架體系的設計提供了必備的基礎條件。
2. 用三維模型分析拼裝單元結(jié)構型式，確定拼裝方案及支撐胎架體系方案。 一根組合桁架柱由許多散件(本例為60多件)組成，要將這些散件組裝在一起，必須要選擇
t種合理、實用和高效的拼裝方法。在施工準備期間，初歩擬定了三種方案進行比較。 方案一菱形內(nèi)柱6向下水平放置拼裝胎架設計示意圖(圖l)
在組合桁架柱的實體模型中我們對方案一進行了拼裝演示，通過三維模型的直觀性可以發(fā)現(xiàn)， 此方案菱形內(nèi)柱雖然被水平放置且離地面不高有利于內(nèi)柱的拼裝，但是其箱型外柱的斷面姿態(tài)扭 轉(zhuǎn)了一定的角度，在空中不便于準確控制和精調(diào)。且外柱支撐點太多對腹桿的安裝形成障礙，輔 材消耗大。
方案二菱形內(nèi)柱6向上水平放置拼裝胎架設計示意圖(圖2)方案二為了保證菱形內(nèi)柱的水平拼裝，使兩側(cè)外柱過高于地面，大部分作業(yè)轉(zhuǎn)化到了空中， 增加了安全隱患，且內(nèi)柱與外柱之間的腹桿需要嵌檔安裝，在空中缺少支撐點及作業(yè)平臺，給拼 裝帶來了不便。其支撐胎架數(shù)量眾多，輔材消耗大。 '方案三箱型外柱向下水平放置拼裝胎架設計示意圖(圖3)
此方案將兩根箱型外柱(第一側(cè)外柱4、第—側(cè)外柱5)跟地平面基本放置水平，這樣兩側(cè)外 柱胎架的用料可以大大的減少，主要施工用料集中在菱形內(nèi)柱的內(nèi)柱胎架1上。外柱胎架包括第 一外柱胎架2和第二外柱胎架9 (圖4)，它們的結(jié)構相同，只是高度不同；它們均由H型鋼或格 構式方形支架組成；為了使圖形清楚，它們在圖1一圖3、圖5—圖6采用了簡化繪圖形式。外柱 間的立面次結(jié)構7與兩根外柱都是在離地面不高的平面上進行拼裝操作，降低了操作難度及安全 隱患，便于拼裝精度控制和微調(diào)。拼裝外柱與內(nèi)柱間的腹桿3時可以利用兩內(nèi)柱胎架間的腹桿支 撐橋架8來進行臨時支撐，并作為拼裝、焊接的操作平臺。通過在三維模型中對這三種拼裝方案 的演示比較，可以很直觀的看出方案三具有便于操作、安全系數(shù)高、輔材投入少的優(yōu)點，因此這 個方案也最終成被選定為組合桁架柱的施工方案。
、3.確定好拼裝姿態(tài)后，建立并優(yōu)化拼裝坐標系，輸出各外觀控制點坐標。
在本工程的拼裝方案初歩選定以后，第一次的設計深化圖的坐標系建立只適合安裝而不適合 拼裝(圖7)，因為安裝的坐標系是根據(jù)所有構件的空間安裝位置對構件進行定位的，伹實際拼裝 工作不可能按照構件的安裝姿態(tài)進行擺放拼裝，而是要根據(jù)選定的優(yōu)化拼裝方案進行新坐標系的 確立，保證盡量降低整體構件的重心及外柱平放的原則。
優(yōu)化后的坐標系并不是絕對的將原坐標系旋轉(zhuǎn)90度，而是參照盡量降低整體構件的重心及外 柱平放的原則而選定(圖8)，在選定好的坐標系下將構件的各拼裝控制點輸出，再利用TCA1800 犁全站儀圍繞構件周圍設置測量控制網(wǎng)，通過現(xiàn)場對拼裝控制點進行二維坐標采集，與拼裝坐標 系下導出的三維坐標對照分析，即可得出各特征控制點相對理論坐標的點位誤差，進而指導作業(yè) 人員對構件進行調(diào)整，直到達到設計要求。
在現(xiàn)場拼裝控制點數(shù)據(jù)的采集分析過程中，最初選用的是解放軍信息工程大學測繪學院開發(fā) 的Mertoln工業(yè)三維坐標測量系統(tǒng)軟件與全站儀聯(lián)機對構件進行拼裝控制點的檢測，該軟件在工 業(yè)測量領域雖然功能強大，但在針對本工程的特性來看，信息反饋周期長，測量控制網(wǎng)設置復雜， 對構件放置的姿態(tài)要求獨特等因素制約了拼裝現(xiàn)場的工程進度。而在優(yōu)化的坐標系中XZ平面與地 面平行，Z值被賦予為構件長度方向上的距離，X值賦予為構件相對于坐標原點左右位移，而Y值 被賦了'為構件關鍵點相對于XZ平面的標高(圖4、圖8)。根據(jù)此特點在不利用其它專業(yè)軟件的情 鄰下，將不規(guī)則的三維空間測量轉(zhuǎn)化為直觀的平面、標高測量。在優(yōu)化后的坐標系測量控制網(wǎng)中， 利用全站儀就可以快捷的采集到直觀的，可以直接進行分析指導施工的控制點數(shù)據(jù)。
4.在拼裝坐標系中根據(jù)單元體型式設計支撐胎架體系，按拼裝思路編制拼裝作業(yè)方案。 在拼裝流程上的控制，是提前通過計算機建立好三維仿真模型，并在模型中進行無障礙胎架 設計，要在實體模型中進行胎架設計主要是由于組合桁架柱其造型呈三角放射籠狀并帶有大量的 彎扭部件，其拼裝支撐胎架需要在復雜交錯的內(nèi)部桿件中設置，并要考慮到與這些桿件的干涉情^，通過電腦模擬演示后制定出可行性、安全性高拼裝方案，所有這些工作都必須完全依賴于建 立起來的三維實體仿真模型才能實現(xiàn)。 具體施工步驟如圖4一圖6;
步驟一在三維模型空間中通過無障礙設計的支撐胎架，該支撐胎架需要考慮和避讓的干涉 構件為胎架與次結(jié)構在水平面方向不能干涉；胎架與腹桿在空間位置中不能干涉；胎架與菱形 內(nèi)柱在垂直方向不能干涉.通過在組合桁架柱實體模型中反復按避免干涉的原則在XY平面移動胎 架的位置來選定。當胎架設置的位置滿足上述三個原則后，即可對胎架進行定位，并按照其在拼 裝坐標系中的位置繪制胎架平面布置圖用于胎架安裝，再按照布置圖布置胎架。支撐第一、第二 側(cè)外柱的胎架由于需要控制單元體的整體重心高度，采用的是600mm高的H型鋼，這樣就將大部 分的拼裝、焊接工作面降低到了 1.5m左右，便于施工(圖5)。 H型鋼上部再根據(jù)箱型構件的外觀 接觸面設置調(diào)節(jié)支座，通過鋼楔子可以調(diào)整第一側(cè)外柱4和第二側(cè)外柱5的標高。
步驟一根據(jù)拼裝順序?qū)⒌谝粋?cè)外柱4和第二側(cè)外柱5吊裝到位，安裝過程中根據(jù)投射在地 面的平面控制點來控制構件在水平方向的位置，再通過全站儀在拼裝過程中實時觀測，反饋對比 數(shù)據(jù)，再微調(diào)到位(如圖5)。在彎扭段的外柱中，由于其相關聯(lián)的外部接口多，采用的也是實時 觀測，不斷的反饋調(diào)整數(shù)據(jù)，最終達到設計要求。
步驟三第一側(cè)外柱4和第二側(cè)外柱5就位后，再填充外柱之間的立面次結(jié)構7 (如圖5)。
歩驟四立面次結(jié)構7到位后安裝腹桿3，腹桿采用卡板加臨時支撐的方式，彎扭段腹桿支撐 在兩內(nèi)柱胎架之間的水平支撐橋架8上(如圖5)。
步驟五吊裝菱形內(nèi)柱6，該內(nèi)柱是整個組合桁架柱的關鍵構件，重量大，牛腿節(jié)點多，還穿 插有樓梯梁與牛腿相貫,拼裝精度要求高。支撐菱形內(nèi)柱6的胎架是內(nèi)柱胎架1，內(nèi)柱胎架1采用 的是格構式的方形支架，該支架與構件外觀支撐面之間設置了專用的內(nèi)柱支座，內(nèi)柱支座采用符 合菱形內(nèi)柱外觀截面的V型卡板，該卡板放在內(nèi)柱支座卡槽之間，可以上下左右調(diào)節(jié)來控制支撐 菱形內(nèi)柱6的位移和標高。菱形內(nèi)柱6按圖紙分段依次吊裝到內(nèi)柱胎架1上，為了便于支撐，使 菱形內(nèi)柱的牛腿和腹桿3不與內(nèi)柱胎架1相碰，可以將兩節(jié)內(nèi)柱先小拼成為一體的菱形內(nèi)柱6后 再整體吊上內(nèi)柱胎架l上(如圖6)，最終形成空間穩(wěn)定體系。
1權利要求
1.一種鋼結(jié)構拼裝臨時支撐胎架體系的建立方法，其特征是一種用于大型鋼結(jié)構建筑物單元體拼裝的臨時支撐胎架體系建立方法，該方法是利用計算機三維建模軟件，先建立起大型鋼結(jié)構需要拼裝單元體的三維仿真模型，并按照該仿真模型確定鋼結(jié)構的單元體拼裝姿態(tài)及拼裝分段；再根據(jù)單元體的拼裝姿態(tài)優(yōu)化建立拼裝坐標系，輸出該拼裝坐標系下待拼裝結(jié)構的各特征外觀控制點的三維坐標，最后依據(jù)該三維坐標體系及鋼結(jié)構單元體的拼裝姿態(tài)設計出與單元體構件互不干涉的臨時支撐胎架體系。
2. 根據(jù)權利要求1所述的建立方法，其特征是采用以下方法建立大型鋼結(jié)構的拼裝單元 體的三維仿真模型，其步驟包括第一步，有關建筑實體技術參數(shù)的準備將已知的大型鋼結(jié)構的實體或施工藍圖進行二維向三維的轉(zhuǎn)化，其中大型鋼結(jié)構的施 工藍圖中給出的建模技術依據(jù)大都為構件的外觀標志點的三維空間坐標，未給出構件外觀標 志點三維坐標的大型鋼結(jié)構的實體則通過不同的剖視圖所表達出構件的外觀幾何尺寸及相對 關系為三維實體模型的建立提供建模參數(shù)依據(jù)；三維空間坐標和剖視圖的表達都是三維仿真 模型建立的參數(shù)依據(jù)，能從二維圖紙中把這些重要的信息提取出來是建模前期重要且必須的 準備；第二步，選擇硬件及建模軟件-硬件相對于二維繪圖來講，大型鋼結(jié)構的實體建模需要更多的計算機資源，其中，內(nèi) 存需要2G以上，獨立顯存需要256M以上，建模軟件根據(jù)工程施工各階段的要求采用合適的繪圖軟件，其包括AutoCAD,國內(nèi)的 建科院PKPM系列STS鋼結(jié)構設計軟件、同濟大學3D3S鋼結(jié)構設計軟件，英國的StruCAD、 芬蘭Tekla Xsteel三維鋼結(jié)構實體設計軟件，它們都可以建立出用于施工階段的三維模型；第三步，建模策略的確定從宏觀層面考慮在建模過程中注意大型鋼結(jié)構中互相干涉的系統(tǒng)，以及考慮各系統(tǒng)模型建立的順序和類型，最大限度的使整體模型的各個系統(tǒng)在幾何構造上保持良好的銜接性， 在對象特性上保持屬性一直性，這樣建立的模型在下一步的使用中更具有準確性和針對性，從微觀的層面考慮主要涉及到一些異形的、構造復雜的單體或零部件的模型建立；建模前仔細的分析實體的幾何特性或二維圖紙的剖面表示，正確、巧妙的將復雜的實體分解成常規(guī)的幾何體進行組合，確定合理的操作順序和思路都可以起到事半功倍的效果；尤其是對 復雜模型操作界面的坐標系選擇、布爾運算的運算順序及組合、實體模型的剖切等經(jīng)常運用 到的建模方法要深入的扎根在頭腦中，不斷形成一種良好的、高效的建模思維； 通過以上三個步驟的操作，完成所述三維仿真模型的建立。
3. 根據(jù)權利要求l所述的建立方法，其特征是在三維仿真模型建立起來以后，采用以下 方法確定拼裝姿態(tài)及拼裝分段，以便優(yōu)化建立拼裝坐標系，輸出各構件外觀控制點坐標；(1)拼裝姿態(tài)的確定其方法是盡可能使構件的外觀平面與拼裝平面平行，并降低其重心高度；將構件的內(nèi) 部及外部對接口降低到地面位置；將盡可能多的復雜節(jié)點、大型超重節(jié)點降低到地面位置； 利用構件自身結(jié)構體系最大限度的減少臨時支撐胎架，降低構件重心；拼裝姿態(tài)應與安裝施 工銜接，避免過多的旋轉(zhuǎn)及翻身；拼裝姿態(tài)要利于布設測量控制網(wǎng)及外觀控制點的觀測，以上幾點是空間鋼結(jié)構拼裝方案前期形成的指導方案； (2)拼裝的分段分段的主要方法是在吊機性能滿足的情況下，盡可能多的擴大零散構件的拼裝范圍； 以最復雜節(jié)點往四周對稱延展，保證對外安裝接口的型式簡單，便于高空對接施工；以最重 單體構件往四周對稱延展，保證拼裝單元體的吊裝穩(wěn)定型；以主體構件向附屬構件延伸，利 于拼裝及安裝精度的控制；盡可能的使分段的單元體在拼裝姿態(tài)下自身能形成穩(wěn)固的結(jié)構體 系，減少對臨時支撐胎架的依靠。
4. 根據(jù)權利要求3所述的建立方法，其特征是在確定拼裝姿態(tài)的過程中，將構件的盡可 能多的外部對接口控制在1. 2 1. 6m的高度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的建立方法，其特征是拼裝姿態(tài)確定以后，采用以下步驟的方法 建立和輸出拼裝坐標系(1) 建立拼裝坐標系先確定拼裝單元休的一條長方向整體外形對稱中心線作為二維坐標系的Y軸，該中心線 不必絕對設置在拼裝單元體的中心上，只需根據(jù)該單元體實際外形情況大概居中即可，然后 在三維空間中做Y軸的空間垂線，并將該垂線繞垂足旋轉(zhuǎn)使其組成的平面盡量平行于拼裝單 元體最底部構件的外觀平面，旋轉(zhuǎn)到位后，形成的平面便是拼裝姿態(tài)的XY平面，所述空間垂 線就是拼裝坐標系的X軸；X軸、Y軸確定后，Z軸自動生成，至此拼裝坐標系便建立起來；(2) 輸出拼裝坐標系拼裝坐標系建立以后，通過平移X、 Y、 Z軸，就確定了利于拼裝坐標系輸出的坐標原點 的位置，通常將坐標原點設置在拼裝單元體的外部，而不設置在單元體的內(nèi)部，這樣就使輸 出的待拼裝構件的各特征外觀控制點三維坐標的X、 Y值只分布在一個或者兩個坐標象限內(nèi)， 習慣于工程施工平面測量的數(shù)據(jù)處理；當以上的準備工作都完成以后，保存好新建坐標系， 該坐標系即為實際拼裝施工的坐標系；然后利用建模軟件里面的坐標查詢命令輸出構件各外 觀點的三維坐標，在輸出的過程中，需要始終將三維坐標的原點鎖定在新建坐標系的原點上， 以保證輸出的三維坐標與實際拼裝施工的坐標系一一關聯(lián)，并最終真實的反應到構件實體上。
6. 根據(jù)權利要求5所述的建立方法，其特征是在建立拼裝坐標系的過程中，若拼裝單元 體不規(guī)則時，Y軸這條線是起始參考線，由于此時是按照確定的拼裝姿態(tài)進行坐標系建立， 相當于要在拼裝單元體的下方通過Y軸、X軸建立一個二維的拼裝平面，因此，Y軸這條直線 在空間位置上要平移在拼裝單元體的下方。
7. 根據(jù)權利要求5所述的建立方法，其特征是在建立拼裝坐標系的過程中，各構件的就 位在XY平面是通過投射到地面的控制投影點來控制，就位時需要的微調(diào)精度控制及Z軸方向的控制是通過全站儀實時觀測反饋數(shù)據(jù)來控制。
8. 根據(jù)權利要求5所述的建立方法，其特征是在建立拼裝坐標系的過程中，若遇到一些 特殊外觀型式的拼裝單元體，該單元體中的主體構件或多數(shù)構件需要在拼裝過程中保證其相 對垂直的狀態(tài)時，應該采取另外一種建立坐標系的方法，即通過主體構件的軸心線利用Z 軸優(yōu)先的先決條件進行拼裝坐標系的建立，沿主體構件的軸心線設置拼裝坐標系的Z軸，然 后自動生成XY平面，再通過繞Z軸旋轉(zhuǎn)XY軸，達到拼裝XY平面的要求，最終完成拼裝三維 坐標系的建立。
9. 根據(jù)權利要求1所述的建立方法，其特征是根據(jù)空間鋼結(jié)構的實體幾何型式及特點， 采用以下步驟的方法設計出所述的臨時支撐胎架體系(1) 分析拼裝單元體確定臨時支撐胎架體系屬于平面支撐型，還是平面、垂直混合支 撐型，以便定出所述胎架體系應該支撐的范圍和位置；(2) 細分拼裝單元體分離出主要構件，包括重量最重、節(jié)點最多的構件，以這些構件 的對接口處作為重點支撐位置向外部延伸，即次要構件依附主要構件的原則；(3) 確立所述胎架體系的具體支撐位置及數(shù)量 盡量保證構件與胎架體系無干涉現(xiàn)象，這個階段主要是在保證胎架體系穩(wěn)固安全的前提下控制胎架的數(shù)量，并把胎架設置在最合理有效的位置，在平面片狀單元體結(jié)構中，基本不用考慮胎架與構件的干涉問題；數(shù)量控制上，采用局 部小拼的型式，即將簡單重復的零散小構件先拼成整體再進入大的單元體，減少胎架用量，在復雜的多面體系單元體結(jié)構中，先確定突出的或者最復雜的單體構件作為支撐的首選 位置，通過在三維實體模型空間中，將胎架的模型建立起來，不斷調(diào)整胎架的位置，觀察胎 架與構件互相千涉情況，盡量使胎架在穿過單元體的一個結(jié)構面去支撐在這個結(jié)構面上方的 構件時，不能與其它的構件有碰觸現(xiàn)象，這點在混合支撐體系的胎架設計中尤其重要；(4) 確立所述胎架體系的結(jié)構型式平面片狀單元體采用門型胎架，該胎架基本由型鋼制作；胎架高度根據(jù)支撐點處構件的 外觀三維標高來確定，在實際操作中，胎架高度要比構件外觀標高低20 30mm，通過鋼楔子 來微調(diào)，大型復雜的混合結(jié)構單元體采用門型或箱型胎架，箱型截面的胎架在荷載滿足的情況下 盡量精簡界面尺寸，減少占用單元體內(nèi)部的空間，既避免與構件互相碰觸，也增加了施工操 作的空間；胎架高度根據(jù)支撐點構件的外觀標高確定，若構件支撐處的垂直截面不是平面， 還需要在胎架與構件接觸點處設計過渡支座，將支撐重量通過支座傳遞到胎架；(5) 所述胎架體系的布置 通過上述四個步驟在拼裝單元體模型空間中將支撐胎架布置到位后，為便于施工，需要將支撐胎架體系在拼裝坐標系中的三維位置用二維圖紙的方式表達出來以拼裝坐標原點作 為胎架體系整體布置定位起始點，支撐胎架體系內(nèi)各胎架中心定位坐標的X、 Y值作為其二維 圖紙中的尺寸依據(jù)，將各個支撐胎架的位置畫出形成胎架系統(tǒng)的平面布置圖，最后再根據(jù)胎 架模型繪制用于施工的詳圖；至此完成了鋼結(jié)構拼裝臨時支撐胎架體系的建立。
全文摘要
本發(fā)明是一種鋼結(jié)構拼裝臨時支撐胎架體系的建立方法，即利用計算機三維建模軟件，先建立起大型鋼結(jié)構需要拼裝單元體的三維仿真模型，并按照該仿真模型確定鋼結(jié)構的單元體拼裝姿態(tài)及拼裝分段；再根據(jù)單元體的拼裝姿態(tài)優(yōu)化建立拼裝坐標系，輸出該拼裝坐標系下待拼裝結(jié)構的各特征外觀控制點的三維坐標，最后依據(jù)該三維坐標體系及鋼結(jié)構單元體的拼裝姿態(tài)設計出與單元體構件互不干涉的臨時支撐胎架體系。本發(fā)明可以解決大型空間鋼結(jié)構，尤其是箱型彎扭狀等空間造型復雜的鋼結(jié)構難以拼裝和精度控制高的問題，在拼裝施工中降低了施工作業(yè)面的高度，保證了拼裝精度，降低了作業(yè)風險，提高了施工效率和可預見性，最大限度的減少了施工輔助用料。
文檔編號G06T19/00GK101556704SQ20091006216
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權日2009年5月19日
發(fā)明者進 劉, 吳夢先, 仁 曹, 瞿國慶 申請人:武漢一冶鋼結(jié)構有限責任公司