一種複雜環形網格筒柱的製作方法
2023-04-25 05:55:01
專利名稱：一種複雜環形網格筒柱的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種鋼結構，具體為一種由彎扭鋼管和直鋼管構成的複雜環形網格筒柱。
背景技術：
無錫大劇院矗立於蠡湖南岸，建築總面積為7萬多平方米。從整體設計外形上看， 大劇院由幾片巨大的葉子狀建築構成；每片樹葉之間互不連接；單片「樹葉」總體上可以分為三大部分，一是底部的複雜環形網格筒柱，二是中部的肩部桁架、三是頂部的屋面桁架。「葉片」底部的複雜環形網格筒柱主要是由彎扭鋼管交叉環繞編織而成的不規則腰圓鋼管柱，其橫截面為不規則的腰圓形，這些複雜環形網格筒柱要求截面寬度7-9米，厚度3-4米，筒柱高度為2316米；採用何種結構設計才能呈現出設計中的造型，同時這種複雜環形網格筒柱由於高度高，體積大，重量中，如何實現工廠化生產也是施工的難題。
實用新型內容實用新型目的為了解決現有技術中的問題，本實用新型提供了一種複雜環形網格筒柱及其製作方法。技術方案為了實現上述目的，本實用新型所述的一種複雜環形網格筒柱，包括 通長主管、相貫主管、直撐、斜撐；所述複雜環形網格筒柱正面的通長主管和背面的通長主管關於中心線對稱；正面和背面相對稱的兩條通長主管在筒柱側面相交；相貫主管固定於同一面相鄰兩根通長主管之間；筒柱正面和背面由通長主管和相貫主管相交構成的節點相對應；所述直撐固定於筒柱正面和背面相對節點之間；所述斜撐固定於筒柱正面和背面非對應節點之間。本實用新型還公開了一種複雜環形網格筒柱的製作方法，該製作方法的具體步驟如下(1)在計算機中根據預先設定的控制點坐標，建立複雜環形網格筒柱三維樣條曲線的線框模型；(2)而後對三維樣條曲線線框模型進行優化設計將各根樣條曲線轉換為由各個不同曲率半徑組合而成的空間曲線；再根據優化後的空間曲線進行三維模型的建模；(3)將複雜環形網格筒柱三維模型分解出通長主管、相貫主管、直撐和斜撐 』然後將分解出的通長主管、相貫主管擴展為具體尺寸的彎扭管件；直撐和斜撐擴展為直管；(4)將經過優化設計的複雜環形網格筒柱在計算機中根據吊裝機械的起吊能力進行吊裝分段的劃分；將筒柱劃分的個分段重量均在吊裝機械的起吊能力之內；吊裝分段劃分時以雙向交叉的通長主管中的一個方向為準進行劃分，劃分後，分段間均為通長主管與相貫主管、直撐、斜撐間的焊接，有利於現場的吊裝；(5)在計算機中採用工裝鋼管模擬用於安裝複雜環形網格筒柱的柱腳，將工裝鋼管的間距與大小與柱腳的間距大小設置一致；將工裝鋼管擴展為具體尺寸的直管；然後將工裝鋼管和複雜環形網格筒柱作為一個整體在胎架上製作；(6)按照尺寸要求生產出構成複雜環形網格筒柱的彎扭管件和直管；同時生產出構成工裝鋼管的直管；(7)將複雜環形網格筒柱和工裝鋼管組合後的正面投影按1 :1比例作為地面樣線劃在地上；在地面樣線上製作組裝胎架；(8)將工裝鋼管吊裝上組裝胎架並定位；(9)將複雜環形網格筒柱背面的通長主管吊裝上組裝胎架定位；(10)將複雜環形網格筒柱背面的相貫主管吊裝上組裝胎架定位於相鄰通長主管之間；(11)將複雜環形網格筒柱側面的通長主管吊裝上組裝胎架定位；(12)將複雜環形網格筒柱側面的相貫主管吊裝上組裝胎架定位於相鄰通長主管之間；(13)在通長主管和相貫主管相交構成的節點處定位直撐；(14)將複雜環形網格筒柱正面的通長主管吊裝上組裝胎架定位；(15)將複雜環形網格筒柱正面的相貫主管吊裝上組裝胎架定位於相鄰通長主管之間；使複雜環形網格筒柱正面通長主管和相貫主管與複雜環形網格筒柱背面的通長主管和相貫主管關於中心線對稱，即使複雜環形網格筒柱正面通長主管和相貫主管與複雜環形網格筒柱背面的通長主管和相貫主管投影重疊；正面通長主管和相貫主管形成的節點與背面通長主管和相貫主管形成的節點關於中心線對稱並一一對應；同時調整直撐，使直撐固定於複雜環形網格筒柱正面和背面對稱節點之間；(16)將斜撐吊裝上胎架，斜撐連接正面節點以及與正面節點對稱的背面節點相鄰的節點；(17)按照步驟(4)中劃分的吊裝分段按分段進行焊接，將每一分段的通長主管、相貫主管、直撐和斜撐焊接固定在一起；(19)將焊接好的吊裝分段吊下；運往現場；然後在現場重新將各吊裝分段吊裝上組裝胎架定位合攏焊接成複雜環形網格筒柱；完成整個複雜環形網格筒柱的製作。本實用新型中所述步驟(3)中相貫主管的製作方法為將各個相貫主管視為整根，加工前標明各相貫主管的斷開位置，待加工後切割開。由於單根筒柱結構複雜，構成筒柱的通長主管、相貫主管都為彎扭鋼管，彎扭鋼管間相互交叉，所以吊裝分段的劃分對工廠的加工製作以及現場的安裝至關重要。所以分割吊裝分段時遵循如下原則。1、雙向交叉的通長主管，以其中一個方向的主管為進行分段，斷開另一方向相連的貫穿主管、直撐和斜撐；由於筒柱中的通長主管從正面轉到背面後，其方向改變成交叉狀態，為了便於現場的安裝，從筒柱正立面看過去，必須確保內外兩個面的通長主管與貫穿主管一致，即正面的通長主管與貫穿主管與背面的通長主管與貫穿主管關於筒柱中心線對稱。2、通長主管分段劃分時避開彎曲半徑較小的部位，將分段接頭置於彎曲半徑較大的位置；因主管彎曲半徑較小位置設為大接應，很容易因加工誤差而直接影響現場大接頭對接的質量，避開後彎曲半徑較小的區域則可以在工廠內採用中頻彎管的工藝進行加工，確保其彎曲半徑以及外形尺寸，從而保證整個結構的質量。3、根據現場吊裝機械的起吊能力，將筒柱劃分的各分段重量均在現場吊裝機械的起吊能力之內。居於上述原則，吊裝分段劃分時以雙向交叉的通長主管中的一個方向為準，平行進行劃分，劃分後，分段間均為通長主管與其他相貫主管、直撐、斜撐間的焊接，有利於現場的吊裝；本實用新型中製作方法中合理的組裝方法以及組裝順序可以對各零部件加工導致的公差或累積公差及時進行修整，從而保證結構的整體質量，因此，採用何種組裝方法以及組裝順序對工程的質量尤為重要。筒柱的吊裝分段劃分後，也確定了通長主管與相貫主管，但不論是通長主管還是相貫主管，其單根鋼管均存在彎曲半徑，呈空間扭曲狀，為了便於加工這些彎扭鋼管，採用以下方法進行加工。對於分段劃分後的通長主管，由於對接接頭考慮設置於彎曲半徑較大區域，便於現場對接的質量，工廠加工時則直接確保分段中單根鋼管的加工即可，此種形式的鋼管在加工時，根據自身彎曲半徑的數量，將其兩個或三個彎曲半徑設為一個加工段分別加工，而後進行對接成形，小分段劃分時也應遵循避免在彎曲半徑最小的區域。對於相貫主管，該相貫主管分別為單根較短的帶有相貫線切口的扭曲鋼管，如採用單根各自加工，因其長度較短無法進行彎曲半徑的加工，難以保證其外形尺寸，因此，此部分鋼管加工時參照分段中通長主管的加工，將多個相貫主管視為整根，加工前標明各分段的斷開位置，待加工後切割相貫線切口，這樣既解決了單根鋼管無法加工的難題，同時也保證了與通長鋼管的相貫質量，更重要的是相貫主管與通長鋼管連接後其整體線型得到了保證。本實用新型中筒柱在組裝時採用內、外曲面中的一個面為基準進行整體臥造，各彎扭鋼管定位方便，且內外曲面內的支撐垂直於大地，有利於整體質量的控制。本實用新型所述的筒柱的製作質量的好壞，直接在兩個側向弧形曲面體現出來， 因為此部分彎曲半徑最小，稍有偏差則直接影響筒柱的外形質量，而內外兩個曲面上的彎曲曲率相對較大，製作誤差也容易調整，所以筒柱在組裝時首先進行胎架面曲面鋼管的定位，而後定位兩側弧形過渡處，隨後進行內外面間支撐的定位，最後進行另一曲面的定位。本實用新型中筒柱下口與埋柱連接，各個主管、斜撐等均為相貫線切口，為了保證與埋柱的連接質量，製作時增設與埋柱相同規格的工裝鋼管，以此保證筒柱下口的相貫切口質量。各個曲面鋼管定位時均應先通長主管後相貫主管的原則進行，確保通長主管的線型，以此來保證整體結構的線型。各彎扭鋼管必然存在加工的公差，在組裝時因各個公差累積而影響組裝質量，所以在胎架面鋼管時首先要保證與兩側曲面鋼管接口的定位精確，在定位兩側曲面鋼管時嚴格控制其理論定位質量，如因加工公差影響定位，則應遵循在確保兩側曲面鋼管後，對內外平面的鋼管作一些修整為原則，因內外曲面相對較緩，這樣的修整容易處理，而且不影響筒柱的整體外形和質量。本實用新型中筒柱部分管管相貫，焊接工作量大，合理的焊接順序以及變形的預防和修整是施工過程中的關鍵所在。筒柱因焊接因素容易導致變形，從而影響其結構外形及分段間的連接質量，為了有效控制其對結構的影響，筒柱整體組裝是控制的一方面，另外在組裝後將組裝狀態下容易施焊的工廠內焊縫預先進行焊接，而後將各分段分拆翻身後進行其餘焊縫的焊接，翻身前需適當加設支撐，以防翻身導致分段變形，焊接後將各分段重新吊上組裝胎架進行整體合攏，檢測各分段間的對接質量，以此保證筒柱的整體質量。有益效果本實用新型具有如下優點1、本實用新型中採用直撐和斜撐的設計，在保證了筒柱承重力的同時，最大限度的簡化了筒柱的結構，節約了原材料；2、本實用新型採用分段焊裝，現場整體組裝的方法，解決了工廠化生產的問題，大大加快了製作的進度，縮短了工期，同時合理的分段設計減少了焊接的難度及工作量；3、本實用新型中採用多根相貫主管組合製作的方法，解決了單根鋼管因扭曲度大無法加工的難題，同時整體連接後的線性精度和質量；4、本實用新型中整體合理的組裝順序和焊接順序，進一步保證了製作出的筒柱的質量。
圖1為本實用新型的立體圖。圖2為本實用新型的主視圖。圖3為本實用新型中吊裝分段圖。圖4為本實用新型中一吊裝分段結構圖。圖5為本實用新型的橫截面示意圖。
具體實施方式
實施例如圖1-5所示的一種複雜環形網格筒柱，該複雜環形網格筒柱包括通長主管1、 相貫主管2、直撐3、斜撐4 ；所述複雜環形網格筒柱正面的通長主管和背面的通長主管關於中心線對稱；正面和背面相對稱的兩條通長主管在筒柱側面相交；相貫主管2固定於同一面相鄰兩根通長主管之間；筒柱正面和背面由通長主管和相貫主管相交構成的節點相對應；所述直撐3固定於筒柱正面和背面相對節點之間；所述斜撐4固定於筒柱正面和背面非對應節點之間；本實施例中所述複雜環形網格筒柱正面和背面分別由通長主管和相貫主管斜向交叉編織成不同的空間曲面，正面和背面相對應的通長主管、相貫主管在筒柱側面圓滑過渡相交，形成複雜環形網格筒柱的截面為不規則的腰圓形；本實施例中所述複雜環形網格筒柱在其正視圖中(如圖2所示)，其正面和背面兩個曲面的投影完全重合。本實施例中還公開了上述複雜環形網格筒柱製作方法的具體步驟，該具體步驟如下(1)在計算機中根據預先設定的控制點坐標，建立複雜環形網格筒柱三維樣條曲線的線框模型；(2)而後對三維樣條曲線線框模型進行優化設計將各根樣條曲線轉換為由各個不同曲率半徑組合而成的空間曲線；再根據優化後的空間曲線進行三維模型的建模；[0054](3)將複雜環形網格筒柱三維模型分解出通長主管、相貫主管、直撐和斜撐；然後將分解出的通長主管、相貫主管擴展為具體尺寸的彎扭管件；直撐和斜撐擴展為直管；(4)將經過優化設計的複雜環形網格筒柱在計算機中根據吊裝機械的起吊能力進行吊裝分段的劃分；將筒柱劃分的個分段重量均在吊裝機械的起吊能力之內；吊裝分段劃分時以雙向交叉的通長主管中的一個方向為準進行劃分，劃分後，分段間均為通長主管與相貫主管、直撐、斜撐間的焊接，有利於現場的吊裝；本實施例中將整個複雜環形網格筒柱劃分為7段分別為A段、B段、C段、D段、E段、F段、G段(如圖3所示)；(5)在計算機中採用工裝鋼管模擬用於安裝複雜環形網格筒柱的柱腳，將工裝鋼管的間距與大小與柱腳的間距大小設置一致；將工裝鋼管擴展為具體尺寸的直管；然後將工裝鋼管和複雜環形網格筒柱作為一個整體在胎架上製作；(6)按照尺寸要求生產出構成複雜環形網格筒柱的彎扭管件和直管；同時生產出構成工裝鋼管的直管；(7)將複雜環形網格筒柱和工裝鋼管組合後的正面投影按1 :1比例作為地面樣線劃在地上；在地面樣線上製作組裝胎架；(8)將工裝鋼管吊裝上組裝胎架並定位；(9)將複雜環形網格筒柱背面的通長主管吊裝上組裝胎架定位；(10)將複雜環形網格筒柱背面的相貫主管吊裝上組裝胎架定位於相鄰通長主管之間；(11)將複雜環形網格筒柱側面的通長主管吊裝上組裝胎架定位；(12)將複雜環形網格筒柱側面的相貫主管吊裝上組裝胎架定位於相鄰通長主管之間；(13)在通長主管和相貫主管相交構成的節點處定位直撐；(14)將複雜環形網格筒柱正面的通長主管吊裝上組裝胎架定位；(15)將複雜環形網格筒柱正面的相貫主管吊裝上組裝胎架定位於相鄰通長主管之間；使複雜環形網格筒柱正面通長主管和相貫主管與複雜環形網格筒柱背面的通長主管和相貫主管關於中心線對稱，即使複雜環形網格筒柱正面通長主管和相貫主管與複雜環形網格筒柱背面的通長主管和相貫主管投影重疊；正面通長主管和相貫主管形成的節點與背面通長主管和相貫主管形成的節點關於中心線對稱並一一對應；同時調整直撐，使直撐固定於複雜環形網格筒柱正面和背面對稱節點之間；(16)將斜撐吊裝上胎架，斜撐連接正面節點以及與正面節點對稱的背面節點相鄰的節點；(17)按照步驟(4)中劃分的吊裝分段按分段進行焊接，將每一分段的通長主管、相貫主管、直撐和斜撐焊接固定在一起；(19)將焊接好的吊裝分段吊下；運往現場；然後在現場重新將各吊裝分段吊裝上組裝胎架定位合攏焊接成複雜環形網格筒柱；完成整個複雜環形網格筒柱的製作。
權利要求1. 一種複雜環形網格筒柱，其特徵在於該複雜環形網格筒柱包括通長主管(1)、相貫主管(2)、直撐(3)、斜撐(4);所述複雜環形網格筒柱正面的通長主管和背面的通長主管關於中心線對稱；正面和背面相對稱的兩條通長主管在筒柱側面相交；相貫主管(2)固定於同一面相鄰兩根通長主管之間；筒柱正面和背面由通長主管和相貫主管相交構成的節點相對應；所述直撐(3)固定於筒柱正面和背面相對節點之間；所述斜撐(4)固定於筒柱正面和背面非對應節點之間。
專利摘要本實用新型公開了一種複雜環形網格筒柱，包括通長主管、相貫主管、直撐、斜撐；所述複雜環形網格筒柱正面的通長主管和背面的通長主管關於中心線對稱；正面和背面相對稱的兩條通長主管在筒柱側面相交；相貫主管固定於同一面相鄰兩根通長主管之間；筒柱正面和背面由通長主管和相貫主管相交構成的節點相對應；所述直撐固定於筒柱正面和背面相對節點之間；所述斜撐固定於筒柱正面和背面非對應節點之間。本實用新型中採用直撐和斜撐的設計，在保證了筒柱承重力的同時，最大限度的簡化了筒柱的結構，節約了原材料；本實用新型所述的製作方法方法，解決了工廠化生產的問題，大大加快了製作的進度，縮短了工期，同時合理的分段設計減少了焊接的難度及工作量。
文檔編號E04B1/19GK202298896SQ20112038894
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者丁建強, 史國峰, 徐其君, 李建華, 蘇中海, 錢志忠, 馬志偉 申請人:江蘇滬寧鋼機股份有限公司