[发明专利]一种空间曲面异形螺旋钢管壳结构弯制组装施工方法

说明书

技术领域

本发明属于钢结构制作施工技术领域，特别是提供了一种空间曲面异形螺旋钢管壳结构弯制组装施工方法，适用于各种空间异形钢管结构的制作。 

背景技术

2008北京奥运会主火炬塔艺术造型为不规则异形螺旋曲面结构，结构造型艺术色彩浓厚，其结构形式内涵所表达出飘逸、自然、和谐的天人合一思想，为了使这种结构艺术内涵能够在世人面前充分的诠释出来，也为了主火炬在16天的奥运会期间顺利、安全的燃烧奥林匹克之圣火，其主火炬结构制作工艺难度、精度是可想而知的。由于其制作施工技术没有先例可寻，我公司自行开发出空间曲面异形螺旋钢管壳结构弯制组装技术，开创了空间曲面异形螺旋钢管壳结构弯制组装的先河，在处理异形钢结构构件组装中经济效益明显，提高了钢结构行业的技术水平，促进了钢结构行业的发展。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间曲面异形螺旋钢管壳结构弯制组装施工方法。此弯制组装技术可为各种管壳钢结构艺术造型提供技术指导。 

本发明所采用的技术方案是： 

1、采用绘图软件建立空间异形钢管结构模型并按照设计要求核对无误，根据结构模型提取出每个空间杆件及整体结构的三维空间坐标(X，Y，Z)，分析确定胎具模板位置并确定胎具膜板形状大小和杆件贯通模板位置的三维空间坐标，给出胎具模板下料和杆件组装定位图。 

2、按照杆件空间位置及形状不同进行分类，采用不同的数控切割工艺，对不同的钢管杆件进行切割下料，直管及二维空间钢管杆件采用数控相贯线切割机直接切割出贯口，三维空间钢管杆件两端贯口利用相贯线切割机切出直管的贯口形状制作样板，待杆件弯制合格后再按照贯口空间位置用样板划出割线进行切割。 

螺旋钢管杆件的弯制，按照每个杆件空间三维坐标分别进行平面上不同曲率半径杆件弯制和高度方向上不同曲率半径杆件的弯制。 

3、按照每个杆件的空间三维坐标分别进行平面上不同曲率半径杆件弯制和高度方向上不同曲率半径杆件的弯制。 

4、按照胎具模板图编制下料程序并输入数控切割机，用数控切割机进行胎具膜板的下料。下料完成后利用全站仪等精密测量工具进行测量定位搭设胎具，保证胎具膜板的位置准确无误。 

5、用全站仪等精密测量工具按照三维坐标进行定位，依次插入主钢管柱并标注 各杆件连接位置，并将各杆件逐根进行上胎组装。单片组焊完成后在总组装平台上进行整体组焊。 

本发明的有益效果是，实现了空间曲面异形螺旋钢管壳结构弯制组装，在处理空间异形钢结构构件制作、组装中效果明显，提高了钢结构行业的技术水平，促进了钢结构行业的发展。 

附图说明

图1 2008北京奥运会主火炬塔空间模型及分段位置示意图。其中，中部翻转架1、上主体2、下主体3。 

图2 2008北京奥运会主火炬塔上主体7米标高模板定位图。其中，7米标高处模板4。 

图3 2008北京奥运会主火炬塔下主体8a段胎具位置及定位模板图。其中，下主体8a段左胎具5、下主体8a段右胎具6、主钢管柱7。 

具体实施方式

本发明的具体实施方式采用以下步骤施工： 

1、建模并确定杆件及胎具模板空间位置坐标 

采用XSTEEL绘图软件建立2008北京奥运会主火炬塔特殊艺术造型结构空间模型(图1)，确定每一个空间钢管杆件和整体结构的三维空间坐标(X，Y，Z)。 

对模型进行分析，将2008北京奥运会主火炬塔划分为上下两个部分(图1)：以中部翻转架1为界限，翻转架及以上部分为上主体2，以下部分为下主体部分3。 

根据结构划分情况确定胎具模板位置并确定胎具膜板形状大小和杆件贯通模板位置的三维空间坐标，给出胎具模板下料和构件组装定位图(图2、图3)。 

2、钢管杆件下料 

按照构件空间位置及形状不同进行分类，采用不同的数控切割工艺，对不同的钢管杆件进行切割下料，对不能直接采用数控切割贯口的复杂钢管构件，采用数控切割与手工切割相结合的方式，直管及二维空间管采用数控相贯线切割机直接切割出贯口。三维空间螺旋钢管按照展开尺寸采用数控相贯线切割机切割出单端钢管相贯贯口，另一端采用相贯线切割机切出直管的贯口形状，然后依据此形状制作样板，根据胎具上各管两端相交的角度和位置做出投影面确定好相贯口的位置和角度方向，用样板划出切割线进行切割。 

3、螺旋钢管杆件的弯制