深圳湾体育中心制作技术

作者:李文杰 虞明达 贺明玄    
时间:2012-09-17 11:01:37 [收藏]
合理设定空间弯扭构件的深化设计方案,在设计方案的指导下进行应用软件开发并生成各类详图及坐标数据,为材料准备、排版、异型下料、曲面成形、构件定位、构件组装、构件检测、现场预装等各项工作的开展提供依据
    关键词:深圳湾体育中心制作技术 深圳体育中心
    1 前言
          深圳湾体育中心位于南山后海中心区东北角、整个项目占地约30.74公顷,总建筑面积达25.6万平方米,建成后将成为深圳市的又一座标志性建筑,是2011年第26届世界大学生夏季运动会的主要分会场, 也是深圳未来的重点城市景观和公共活动空间,见图1。
          深圳湾体育中心在设计上也是体育建筑的一大创新,名为“春茧”的独特设计通过用白色巨型网壳结构做成的大屋面将“一场两馆”和商业设施进行建筑空间一体化的整合,另外该项目一体化、复合化、活性化的设计对赛前赛后的综合利用十分有利。

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    2 工厂深化设计方案的确定
          构成巨型网壳结构的基本单元是箱型截面的弯扭构件,弯扭构件在空间相互交叉构成单层壳体结构,构件制作、预装的主要问题是构件在空间定位。因无特定的基准可参照,如何使弯扭构件在制作时准确定位成为制作顺利进行的关键。通过对原设计意图的理解,结合工厂制作特点,我们确立了详图的深化设计的两大要求:
          其一,确定有利于生产的基准坐标系;
          其二,在确定的坐标系中按生产、检验要求生成功能各异的施工详图。
    2.1 基准坐标系的确定
          弯扭构件的制作、预装、现场安装是在不同的工况下进行,各自需有独立的三维坐标系来支持。因制作过程中要求提供的数据和制约条件多,所以制作用的坐标系的位置选定更为首要。制作用的坐标系的位置选定要考虑到构件的施工和测量方便,为此提出以下的要求:
          弯扭构件在图面上表达时,要使构件的两端截面中心点处于同一高度,两中心点的连线即为X轴的方向(图2),而后以连线为轴转动构件使构件处于下垂状态,最终使外凸的翼板两端口对角线处于水平线的两侧且角度相等(图2~3)。
     
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    2.2 详图种类及用途
          2.2.1  构件吊装单元布置图
          依据运输条件和现场预装区块的吊装能力,将屋顶壳体分成近百片吊装单元。现场安装时在地面将吊装区块预装成一体,而区块间的部分连杆待区块安装后嵌入。每一区块的大小应适合现场起吊的能力,区块中的每一构件的尺寸要符合运输的条件,见图4。
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          2.2.2 单根弯扭构件的轴测图和三维坐标值
          单根弯扭构件的三维坐标是依据上面描述的要求进行定位的,单根弯扭构件采用三维轴测图表达,其优点如下:
          (1) 构件的轴测图中各端口、劲板的位置采用三维坐标定位,且有各端口间的测量尺寸,此图可用于构件的制作和检测。
          (2) 当构件制作完成后,可用全站仪测量实体各点的三维坐标,然后将数据输入此图进行外形比较,判断制作构件的误差,用于构件的修正。
          (3) 由于采用了此种坐标表达方式,使构件的两端几乎一般高,便于构件胎架的设置、构件的制造和测量,同时构件施工高度最小,占地面积合理,施工辅材利用率高。
    下图5是详图的实样,图中将构件所有端口、劲板的位置均以三维坐标来表达,见表1。对制作者略作技术交代,就能使其了然于心,融会贯通。
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    2.2.3  构件的翼、腹板展开图
          在设计方案的指导下进行应用软件开发并生成构件的翼、腹板实长展开图见图6。使下料工作有数据支持,同时也规定当展开图的拱度大于≥300mm时,为了提高钢材的利用率,可选择分段下料后焊接成整块,分段位置可选择在设计分段位置(节点处),翼腹板对接缝错位200mm以上。考虑对接焊缝及火焰矫正的收缩,在牛腿凸缘的长度上加放100mm余量,对接完成后,要测量、矫正板的拱度(平面)。
     
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    2.2.4  构件的翼、腹板成形图
          由于有的构件弯扭度大或板厚,必须将箱体的翼、腹板先成形。成形面的坐标设定在翼、腹板的外凸面(凹面往上)。这样既可利用钢板的自重产生下垂,烘烤时利于板件成形;又降低了人工火焰矫正的劳动强度(烘烤上平面图7)。
     
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    3. 弯扭构件的制作过程
          3.1 弯扭构件的基本结构形式见图8~14。
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    3.2  按详图中的各点坐标放地样,设置的弯扭箱体胎架图
     
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    3.3 构件翼、腹板成形图
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    3.4 箱体U型组装图
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    3.5 箱体成形图
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    3.6 附件安装,
          从图中看到牛腿对应的翼板位置两侧各放了50mm的余量,牛腿按基准坐标装配、焊接后切割成圆弧过渡。
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    3.7 构件测量,确定实体的三维坐标用于比较。
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    4. 结论
          在构件的制作过程中,灵活应用了各类坐标数据,使构件的生产顺利进行,最终达到设计及规范的要求。同时我们深深感到,任何制作工作的开展要立足于生产一线,充分的技术准备是成功的关键,本项目的成功得益于应用软件输出的翼腹板展开平面坐标、翼腹板单块矫正三维坐标、组装及测量的构件三维坐标,充分体现了数字钢构技术在特殊构件加工、检测中的重要性。
    参考文献
          [1]《钢结构工程施工质量验收规范》  GB50205——2001
          [2]《薄壁结构力学》  陈伯真 编著    上海交通大学出版社
          作者简介:
          李文杰,男,1964年12月,宝钢钢构有限公司主任工艺师,从事钢结构设计和制造工艺方案的制定。
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