大跨度钢结构安装三维坐标拟合转换

郑年坤，方星星，张兆平，孔 磊，王一峰（中建钢构有限公司，上海 518040 )

钢结构以轻质、高强度、耐久性等特点，广泛应用于各种超高层和大跨度结构中。一些外形尺寸超大、造型奇特的钢构件，需要进行地面安装，以减少高空施工作业，降低安全风险。地面安装时，为了降低难度，往往不会按高空就位姿态进行安装，而是需要转换钢结构的空间姿态，使其以更加合理的地面姿态进行安装，便于地面放样和减少施工步骤。在两种不同的安装姿态之间，需要进行空间坐标转换，计算出用于指导地面安装的实际安装坐标。本文以某机场雨棚结构安装项目为例，阐述消除安装误差和空间坐标转换施工工艺在实际施工过程中的应用。

1 测量安装完成后雨棚实际坐标

雨棚与主拱对接部位在现场实际安装过程中存在安装偏差。因为主拱跨度大，长度达 36 m，主拱安装受现场复杂环境条件影响容易变形，所以在雨棚安装之前先测量高空与雨棚对接的主拱牛腿位置的实际偏差。雨棚结构现场安装效果，如图1 所示。

图1 雨棚结构现场安装效果

2 查询雨棚设计安装坐标

从深化设计 TEKLA 软件中导出结构模型，如图2 所示。

图2 从 TEKLA 软件中导出的结构模型示意图

以北面 1 区雨棚主拱牛腿安装为例，将图2 所示的结构模型导入施工坐标系中，查询 8 处不同位置牛腿的设计安装坐标值。具体数据见表1。

表1 北面 1 区雨棚主拱牛腿设计安装坐标值 m

3 计算雨棚主拱牛腿实际安装偏差

根据实际测量结果，计算上述北面 1 区雨棚主拱牛腿的设计安装坐标值与实测坐标值之间的偏差值（偏差值＝实测坐标值－设计安装坐标值）。实测坐标值与偏差值如表2 所示。

表2 实测坐标值与偏差值 m

4 查询雨棚焊缝位置圆心坐标

由于雨棚与牛腿之间存在焊缝间隙，所以主拱牛腿坐标与雨棚焊缝位置的管口坐标是不同的，需要在导出模型中查询雨棚设计坐标。为更加方便准确，可以用多段线连接后查询连接点的空间坐标。北面 1 区雨棚设计坐标值见表3，雨棚安装模型见图2。

表3 北面 1 区雨棚设计坐标值 m

图2 雨棚安装模型

5 计算雨棚与牛腿对接口安装坐标

为了使雨棚安装与主拱牛腿对接口保持同样的偏差，根据现场主拱实际偏差计算雨棚与牛腿对接口安装坐标，雨棚安装坐标值=设计坐标值+主拱偏差值，如表4 所示。

表4 雨棚对接口安装坐标值 m

6 雨棚坐标转换

雨棚设计端头向上翘 2 m，即雨棚最北端和最南端高差2 m。为了方便地面安装，采用卧拼，即雨棚最北端和最南端标高调整相同标高安装，根据现场安装场地，在雨棚合适的位置设置坐标系原点，建立安装坐标系。雨棚的设计结构姿态和地面安装姿态，如图3 所示。

图3 雨棚的设计结构姿态和地面安装姿态

（1）为方便安装，建立新的雨棚相对坐标系，将雨棚南侧中心点设为原点。

（2）根据计算出的雨棚对接口圆心安装坐标，在 CAD中输入雨棚对接口圆心安装坐标，以多段线方式连接起来。

（3）多段线拟合到雨棚地面安装姿态将多段线全部选中在 CAD 中输入三维拟合快捷键 AL 命令，捕捉管口圆心点拟合到雨棚安装姿态中对应的管口圆心。

（4）根据新建坐标系按顺序查询拟合到雨棚地面安装中的多段线端头坐标，即为安装实际坐标。北面 1 区雨棚安装实际坐标值，如表5 所示。

表5 北面 1 区雨棚安装实际坐标值 m

7 结 语

本文研究表明，运用空间三维坐标转换技术，可以将大跨度钢结构复杂的空中姿态转换为任意姿态。因此，在大跨度钢结构施工安装过程中，可以根据场地条件和构件形式灵活选择安装方案，从而降低施工安装难度，节约成本，提高施工效率。