大跨度鋼結構安裝三維坐標擬合轉換

鄭年坤，方星星，張兆平，孔 磊，王一峰（中建鋼構有限公司，上海 518040 )

鋼結構以輕質、高強度、耐久性等特點，廣泛應用于各種超高層和大跨度結構中。一些外形尺寸超大、造型奇特的鋼構件，需要進行地面安裝，以減少高空施工作業，降低安全風險。地面安裝時，為了降低難度，往往不會按高空就位姿態進行安裝，而是需要轉換鋼結構的空間姿態，使其以更加合理的地面姿態進行安裝，便于地面放樣和減少施工步驟。在兩種不同的安裝姿態之間，需要進行空間坐標轉換，計算出用于指導地面安裝的實際安裝坐標。本文以某機場雨棚結構安裝項目為例，闡述消除安裝誤差和空間坐標轉換施工工藝在實際施工過程中的應用。

1 測量安裝完成后雨棚實際坐標

雨棚與主拱對接部位在現場實際安裝過程中存在安裝偏差。因為主拱跨度大，長度達 36 m，主拱安裝受現場復雜環境條件影響容易變形，所以在雨棚安裝之前先測量高空與雨棚對接的主拱牛腿位置的實際偏差。雨棚結構現場安裝效果，如圖1 所示。

圖1 雨棚結構現場安裝效果

2 查詢雨棚設計安裝坐標

從深化設計 TEKLA 軟件中導出結構模型，如圖2 所示。

圖2 從 TEKLA 軟件中導出的結構模型示意圖

以北面 1 區雨棚主拱牛腿安裝為例，將圖2 所示的結構模型導入施工坐標系中，查詢 8 處不同位置牛腿的設計安裝坐標值。具體數據見表1。

表1 北面 1 區雨棚主拱牛腿設計安裝坐標值 m

3 計算雨棚主拱牛腿實際安裝偏差

根據實際測量結果，計算上述北面 1 區雨棚主拱牛腿的設計安裝坐標值與實測坐標值之間的偏差值（偏差值＝實測坐標值－設計安裝坐標值）。實測坐標值與偏差值如表2 所示。

表2 實測坐標值與偏差值 m

4 查詢雨棚焊縫位置圓心坐標

由于雨棚與牛腿之間存在焊縫間隙，所以主拱牛腿坐標與雨棚焊縫位置的管口坐標是不同的，需要在導出模型中查詢雨棚設計坐標。為更加方便準確，可以用多段線連接后查詢連接點的空間坐標。北面 1 區雨棚設計坐標值見表3，雨棚安裝模型見圖2。

表3 北面 1 區雨棚設計坐標值 m

圖2 雨棚安裝模型

5 計算雨棚與牛腿對接口安裝坐標

為了使雨棚安裝與主拱牛腿對接口保持同樣的偏差，根據現場主拱實際偏差計算雨棚與牛腿對接口安裝坐標，雨棚安裝坐標值=設計坐標值+主拱偏差值，如表4 所示。

表4 雨棚對接口安裝坐標值 m

6 雨棚坐標轉換

雨棚設計端頭向上翹 2 m，即雨棚最北端和最南端高差2 m。為了方便地面安裝，采用臥拼，即雨棚最北端和最南端標高調整相同標高安裝，根據現場安裝場地，在雨棚合適的位置設置坐標系原點，建立安裝坐標系。雨棚的設計結構姿態和地面安裝姿態，如圖3 所示。

圖3 雨棚的設計結構姿態和地面安裝姿態

（1）為方便安裝，建立新的雨棚相對坐標系，將雨棚南側中心點設為原點。

（2）根據計算出的雨棚對接口圓心安裝坐標，在 CAD中輸入雨棚對接口圓心安裝坐標，以多段線方式連接起來。

（3）多段線擬合到雨棚地面安裝姿態將多段線全部選中在 CAD 中輸入三維擬合快捷鍵 AL 命令，捕捉管口圓心點擬合到雨棚安裝姿態中對應的管口圓心。

（4）根據新建坐標系按順序查詢擬合到雨棚地面安裝中的多段線端頭坐標，即為安裝實際坐標。北面 1 區雨棚安裝實際坐標值，如表5 所示。

表5 北面 1 區雨棚安裝實際坐標值 m

7 結 語

本文研究表明，運用空間三維坐標轉換技術，可以將大跨度鋼結構復雜的空中姿態轉換為任意姿態。因此，在大跨度鋼結構施工安裝過程中，可以根據場地條件和構件形式靈活選擇安裝方案，從而降低施工安裝難度，節約成本，提高施工效率。