空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)球體節(jié)點定位裝置研究★

苗莉娟 孫海峰

(1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院，浙江 杭州 311231； 2.天頌建設(shè)集團有限公司，浙江 溫嶺 317500)

空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)近年來在大跨度公共建筑中得到了廣泛應用，其中的代表性建筑有國家游泳中心“水立方”和北京首都國際機場航站樓“T3A”等。正在施工中的北京大興區(qū)的新機場航站樓屋面也是采用了空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)。空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)由鋼管和鋼球組成，鋼管在鋼球處交匯。鋼球的安裝定位是空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)安裝中重要的工作之一。現(xiàn)有的鋼球定位操作方法測設(shè)精度低，操作時間長。本研究開發(fā)的一種空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)球體節(jié)點定位裝置，操作簡單，定位速度快，定位精度高，能顯著提高施工效率。

1 空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)球體節(jié)點定位裝置的構(gòu)造

圖1,圖2分別是球節(jié)點定位裝置[1]的結(jié)構(gòu)示意圖和剖面圖，為表達清楚內(nèi)部構(gòu)造，圖中護筒上方的蓋板沒有顯示。該定位裝置由以下27個零部件組成：1扣件，2基座托架，3腳螺旋，4基座板，5球關(guān)節(jié)，6連接螺旋，7滑槽塊，8小立管底盤，9小立管，10中間套管，11外側(cè)套管，12制動環(huán)A，13制動環(huán)B，14圓水準器，15護筒，16蓋板，17定位塊，18刻度尺，19螺桿，20錐形齒輪A，21錐形齒輪B，22定位桿，23三角形支架，24制動螺旋A，25制動螺旋B，26卡槽A，27卡槽B。

球節(jié)點定位裝置由上下兩部分組成。下部為基座部分，其主要功能是與腳手架固定并使定位裝置水平放置；上部為支架部分，其主要功能是球心三維坐標的測設(shè)定位操作。

下部基座部分由零件1～7組成。扣件的構(gòu)造與施工現(xiàn)場的腳手架扣件[2]完全相同。通過扣件把裝置與腳手架相連，轉(zhuǎn)動腳螺旋使圓水準器的氣泡居中，從而保證基座板水平。連接螺旋能沿滑槽塊平動，滑槽塊固定在基座板底面并能繞滑槽塊一端轉(zhuǎn)動。

上部定位調(diào)整部分由其余零件組成。小立管外側(cè)依次為中間套管、外側(cè)套管。小立管外壁有螺紋，中間套管內(nèi)壁有螺紋，二者螺紋咬合。外側(cè)套管內(nèi)外壁均無螺紋。中間套管和外側(cè)套管下部端面有齒牙，制動環(huán)A和制動環(huán)B上部端面有齒牙。中間套管外壁有卡槽A，制動螺旋A置于卡槽A上部并擰緊時，外側(cè)套管與中間套管之間無相對運動；小立管外壁有卡槽B，制動螺旋B置于卡槽B上部并擰緊時，中間套管與小立管之間無相對運動。中間套管與錐形齒輪、定位桿連接為一體；外側(cè)套管與三角形支架連接為一體；螺桿一端與錐形齒輪連接為一體；另一端嵌入三角形支架。

2 空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)球體節(jié)點定位裝置的設(shè)計原理

鋼球定位裝置的設(shè)計原理：由三個定位塊組成一個等邊三角形，等邊三角形的中心與定位桿的軸心重合，由定位桿頂端和三個定位塊頂端共四點來確定一個鋼球的空間位置。定位桿頂端作為鋼球的定位坐標控制點，由三個組成等邊三角形的定位塊來保證鋼球球心與定位桿軸心重合。圖3為球節(jié)點定位裝置的工作原理示意圖，圖3a)為平面示意圖，圖3b)為立面示意圖。

在使用該裝置進行球心定位時，把定位桿的頂端作為該裝置的測設(shè)點，測設(shè)點的理論三維坐標為(X,Y,Z-R，其中X,Y,Z為球心坐標，R為球半徑)。把鋼球放到三個定位塊上面，由于重力作用，鋼球會自動滾動到三個定位塊的中間位置。

3 空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)球體節(jié)點定位裝置的操作

鋼球定位裝置的操作方法如下(假定球心坐標為X,Y,Z，球半徑為R)：

1)初步定位：把扣件固定于腳手架的鋼管上，把定位桿頂端作為該裝置的測設(shè)點，測設(shè)點的理論三維坐標為(X,Y,Z-R)。此時該裝置的初步定位位置與最終理論測設(shè)位置偏差不應超過100 mm。

2)擰緊連接螺旋，使小立管底盤和基座板完全貼合。再旋轉(zhuǎn)腳螺旋，使圓水準器水泡居中。

3)用現(xiàn)場測量儀器先找到測設(shè)坐標(X,Y,(Z-R))，然后通過連接螺旋調(diào)整小立管底盤的位置，使定位桿頂端水平坐標為(X,Y)。

4)把制動環(huán)A向上推，使制動環(huán)A上端的齒牙與外側(cè)套管下端的齒牙咬合，然后把制動螺旋A的螺桿擰入卡槽A。

5)轉(zhuǎn)動三角形支架，等定位桿頂部的Z向坐標為(Z-R)時停止轉(zhuǎn)動。

6)把制動環(huán)B向上推，其上端與中間套管的齒牙咬合，然后把制動螺旋B的螺桿擰入卡槽B，放松制動螺旋A。

7)轉(zhuǎn)動三角形支架，待定位塊移至鋼球直徑刻度標記點時停止轉(zhuǎn)動，擰緊制動螺旋A。

8)吊裝鋼球至定位桿頂部就位。至此完成一個鋼球的定位工作。

4 空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)球體節(jié)點定位裝置的特點及應用

鋼球節(jié)點定位裝置具有以下特點：

1)操作簡單，定位速度快，定位精度高，適用于任何直徑的鋼球。

2)該裝置采用鋼材制作，操作不受天氣影響，避免了現(xiàn)場使用線錘由于風吹導致擺動影響定位精度。

項目研究成果取得了多家鋼結(jié)構(gòu)施工單位的認可，并通過國家專利[1]。下一步要進行的是委托機械制作單位進行模型的實際制作并推向市場。在制作之前還需對模型進一步深化。