空間扭轉桿系結構施工技術

摘要：在空間異形結構施工過程中往往需要進行地面拼裝，拼裝過程中良好的姿態設置，不僅有利于降低作業難度，提高施工安全性，同時還可減少材料消耗，增加經濟效益。因此在對空間結構設置拼裝胎架時，要根據拼裝單元的空間特點對其姿態做出合理調整，以達到降低施工難度的目的。

關鍵詞：空間扭轉桿系;分塊單元;姿態調整;橫截面方向傾斜;分塊吊裝

0" "引言

近年來，各種復雜空間造型結構層出不窮，極大地豐富了建筑樣式增加了建筑美感。這些空間異形結構大多使用桿件作為基礎件，通過空間上的不規則排列來凸顯視覺效果。但這種不規則桿件加大了施工難度，對施工技術提出了更高要求，本文以某工程為背景，闡述空間扭轉桿系結構施工技術的要點和注意事項，可為類似結構的施工提供參考。

1" "工程概述

某工程為雨棚龍骨空間扭轉結構由熱軋方管組合而成，構件截面規格分別為RHS100×6（藍色構件）、RHS120×12（綠色構件）、RHS200×100×12（綠色構件）、RHS250×150×12（黃色構件）及PL10鋼板（節點位置）。龍骨整體為空間波浪狀扭轉樣式，附著在已完工的雨棚上方，充當玻璃幕墻的支撐骨架。龍骨構件空間位置及排列樣式圖1所示。

2" "施工思路

龍骨結構安裝高度位于15～19m，主桿長度在2.7～7.6m之間，單根質量處于141～400kg范圍，且下方大范圍處于架空狀態。如果采用單根散裝，則高空作業工作量大，安全風險較高，施工效率低。綜合以上情況，為了有效提高效率和經濟效益，決定采取將該龍骨結構劃分為若干分塊單元，然后在地面進行放樣拼裝，再利用起重機械進行逐塊吊裝的施工方法。

3" "具體施工過程

3.1" "構件單元分塊

綜合根據施工場地對起重機械限制及吊裝距離因素，確定最大起重量。依據構件信息在布置圖中將每根桿件的質量進行標記，做出龍骨桿件質量分布圖。綜合考慮分塊質量、拼接位置、支撐情況等因素，通過反復試驗確定合適分塊單元。依據以上原則，最終將龍骨結構整體劃分成5個拼裝單元，質量均在1107～1857kg。該分塊質量均在起重機械吊裝工況內，圓圈標記表示該位置下方存在雨棚大梁，將其作為分塊單元的高空拼接位置。分塊單元劃分如圖2所示。

3.2" "單元拼裝姿態選擇

單元分塊確定之后，需要將每個單元的空間坐標進行確定，以便為后續拼裝提供依據。拼裝時如果按照構件的就位姿態進行拼裝，則會造成單元內部桿件之間高度變化過大，不利于現場施工，為此需要將構件的拼裝姿態進行調整。這樣則可使單元內部各桿件的高度大體處于同一水平，方便拼裝作業，同時減少了制作胎架的輔材消耗。利用三維軟件進行模擬姿態調整流程如下：

3.2.1" "選定一分塊單元獲取就位狀態坐標

分塊單元就位狀態的坐標位置通過三維軟件導出，利用三維多段線命令，在分塊單元特征點構建空間多段線，繼而導出PLine頂點坐標。通過得到的數據可知，該單元中長桿之間的最高點與最低點高差為1589mm。如果以此種狀態進行拼裝工作，則需要制作的胎架將會超過2m，給施工帶來較大不便，因此需要進一步優化拼裝姿態。

3.2.2" "優化拼裝姿態

通過三維軟件將分塊單元旋轉到合適角度，使其單元內的桿件達到視覺上的均勻高度，通過三維建面命令捕捉合適點，創建配合前述視角的三維平面。然后使用用戶坐標系命令，選定該面上一點作為坐標原點，選定X軸和Y軸2個坐標軸在該三維平面上的方向，從而使Z軸方向垂直于該三維平面，得到分塊單元的初步空間定位。

為了使該新建坐標系固定下來，不隨視角變動消失，進而作為特征點的定位依據，需要使用用戶坐標系命令，將該新建坐標系進行命名和保存（例使用“LS”作為名稱）。然后使用管理用戶坐標命令，將正交用戶坐標系調整為相對于新建的坐標系（相對于“LS”），此時所有視角變動已基準于此新建坐標系“LS”。可利用先前附著在分塊單元上的三維多段線，得到主桿特征點的三維坐標表1所示。

通過對比Z坐標可知，最高最低點的差值達到1107mm，偏差仍然較大。如果按此坐標進行拼裝，則會造成拼裝單元一側上翹較多，相應支撐胎架需要做高，不利于單元桿件的拼裝。因此需要在此基礎上再次進行姿態調整，按照先前方式重新選擇三維平面、選定坐標軸方向，建立臨時坐標系。據此得到相應主桿PLine頂點坐標如表2所示。通過對比Z坐標可知，最高最低點的差值達到863mm，分塊單元趨向平整，可按此或再次優化后確定單元分塊姿態。

單元姿態確認后需要將單元次桿進行定位。由于分塊單元屬于空間結構，進行平面投影測量不能準確定位次桿位置，需要進行相對定位。根據次桿端部與主桿側面焊接方式，采取從主桿一端拉設三維線條進行定位，遍歷每個主次桿連接點，即可確定次桿相對于主桿位置，為隨后的拼裝提供定位數據。

3.3" "單元胎架定位與制作

分塊單元的空間姿態確定之后，需要將單元導入場地布置進行放樣，與現場實際情況模擬匹配，結合堆放情況和起吊半徑尋找堆放位置。分塊單元之間調整合適角度后，確定拼裝場地，以防出現相互沖突。前期建立并固定的臨時坐標系（名稱為“LS”），可保證單元姿態不隨圖紙轉移而變動。待單元的拼裝位置確定后，可將施工坐標導出并標記，作為場地拼裝使用坐標，為之后放線定位使用。

由于拼裝場地往往不具備可用的平整度，制作拼裝胎架時需要定義一個水平基準作為參考面。考慮到進行單元桿件組裝及焊接工作中的空間要求，需要保證拼裝單元中，最低桿件高度相對于基準面至少有600mm高度。

根據單元中桿件長度及橫截面特點，為單元分塊拼裝便利考慮，選擇長桿作為支撐骨架。選擇長桿底面中線三等分點作為支撐投影點，在前期姿態調整階段，于模型三維空間中畫出各個長桿底面中線，并用定數等分命令確定出該底面中線的三等分點。之后使用三維多段線命令，連接單元內部每個長桿底面中線上的三等點，使該三維多段線附著于單元分塊，即可保證單元內部的三等分點定位坐標，隨單元姿態變化及圖紙變化聯動，從而為在施工坐標系中定位胎架支撐點提供依據。

使用同樣方式找出長桿底面邊線的三等分點，作為確定長桿橫截面方向傾斜數據。支撐定位點通過全站儀放樣標記在樓板上，在定位點上放置工字鋼底座，并使用膨脹螺栓將工字鋼與混凝土基礎樓板進行連接。待單元內所有支撐位置放置完畢，在其上再次放出定位點并測量標高。

根據先前確定的長桿底面中線三等分點，在其上設置角鋼支撐，角鋼支撐需要比長桿底面的三等分點低50～100mm高度，作為高度調節板空間。高度調節板用于形成長桿的傾斜底面，為長桿長度方向傾斜姿態和橫截面方向傾斜姿態造型。待高度調節板焊接在支撐上后，即可將長桿固定在支撐上。單元拼裝胎架截面樣式從下到上分別為基礎樓板、膨脹螺栓、工字鋼底座、角鋼支撐、高度調節版、單元內部長桿和次桿。

3.4" "單元拼裝

單元胎架布置完成后，先將單元主桿放置在胎架高度調節板上，使用線墜核對提前標記樓板上的長桿端點投影點，確認偏差后進行臨時固定。依次進行長桿安裝，待單元中全部長桿固定完成后進行復測，對偏差較大處進行調整，確認滿足誤差要求后進行單元次桿拼裝。根據先前次桿相對主桿一段的定位尺寸進行排尺劃線，依次將次桿定位，微調使其接觸面平滑過渡。單元拼裝過程按先長桿后次桿進行。

3.5" "單元內部焊接及涂裝

拼裝之前將接口位置的保護膜解除，附著的防腐涂裝使用電動工具或鋼絲刷清除干凈，經整體復測調整后，即可開始進行單元內桿件的焊接工作。由于桿件壁厚較薄，在焊接過程中需要注意調整焊接參數控制熱輸入，防止桿件在焊接位置燒穿。待焊接完成冷卻后進行焊縫質量檢查，桿件連接焊縫均為三級角焊縫，符合規定要求后進行防腐涂裝。按照對鋼梁要求的規定參數涂刷各層漆料，待干燥后使用漆膜測厚儀進行檢測。厚度滿足要求后進行吊裝階段的準備工作。

3.6" "單元吊裝

由于分塊單元為空間扭轉樣式，采用平面構件吊裝方式已不滿足單元的姿態控制，為方便分塊單元就位，需要調整吊裝繩索長度來控制單元姿態。通過預先建立的分塊單元三維模型，來確定吊裝單元的質心位置。在質心之上設置吊鉤點，在此點向吊裝單元主次桿交接位置拉設繩索，確定吊裝繩索的擬定長度。然后以此長度為基準，使用倒鏈和鋼絲繩進行配合接長。

待繩索與單元捆扎完成后（此時吊裝單元為拼裝姿態）在單元兩側設置溜繩，準備工作完成后，指揮起重機升起吊鉤使吊裝繩索受力。人員通過溜繩控制吊裝單元，不得直接接觸。接觸吊裝單元與胎架連接，將吊裝單元緩緩拉起200mm，通過控制倒鏈與鋼絲繩接長一側繩索，將倒鏈縮短以達到擬定長度，使吊裝單元的一側抬高逐漸調整為就位姿態，分塊單元便能夠與現有結構形狀貼合。

針對每個分塊單元按照上述步驟進行設置，依照設定順序進行吊裝。分塊單元在安放過程中根據空間位置進行實時調整，確認就位位置在偏差值允許范圍內時，將單元分塊與現有結構連接進行臨時固定，防止出現移動脫離固定位置。待固定完成，將全部單元安裝到位。單元吊裝樣式如圖3所示。

3.7" 單元連接處焊接及涂裝

在單元吊裝完成后進行對接位置處的連接。拼裝之前，已將接口位置的防腐涂裝使用電動工具或鋼絲刷清除干凈，盡可能減少高空作業。經整體復測調整后，開始進行單元連接位置的焊接工作。在單元分塊的對接位置鋪放走道板或掛設施工吊籠，為施工人員提供操作空間。

由于桿件壁厚較薄，在焊接過程中注意調整焊接參數控制熱輸入，防止桿件在焊接位置燒穿。待焊接完成冷卻后檢查焊縫質量，符合規定要求后按照先前參數要求進行防腐涂裝操作。待以上工作完成后拆除臨時措施，交付完工。

4" "結語

通過該空間扭轉桿件結構的施工，不僅鍛煉了項目團隊在模型三維空間進行單元組裝和數據提取的能力，并且增強了現實安裝過程中對桿件的拼接組裝和單元分塊吊裝能力。該工程的實施使我們掌握了處理空間扭轉桿系結構的一般方法，為后續處理復雜空間結構提供了寶貴經驗。

參考文獻

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