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多面體空間剛架結構制作關鍵技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
一、所屬科學技術領域
    一、所屬科學技術領域
    　　鋼構件加工制作新工藝。
    二、主要內容
    　　多面體空間剛架結構制作技術，能夠很好地解決多面體空間剛架結構的加工問題，這種技術與傳統的加工方法有著本質的不同。該技術的工藝原理是：（1）形函數深化詳圖設計技術。其原理是把幾何形體用函數的方式來表達。傳統方法描述一個幾何形體的表達方式是一個或一組幾何圖形和一系列標注尺寸；而形函數深化設計的表達方式是一個帶有變量的圖形和一系列參數的圖表。應用該技術能夠用計算機進行編程計算設計，能夠快速、高效地完成桿或梁單元結構體系的深化設計工作，其效率是傳統方法的數十倍且正確率極高；（2）焊接矩形鋼管相貫線成型技術。該技術的基本原理是根據形函數深化設計的幾何形體參數，制作切割機器人行走軌道，然后讓切割機器人在軌道上邊行走邊切割，應用該技術能夠高質量、快速地完成焊接矩形鋼管與球體相貫焊接時管端相貫線的成型；　　　（3）不規則復雜多面體空間剛架空間定位技術。該技術的基本原理是先將空間三維坐標轉換為二維平面坐標及一個面外坐標，應用時，在節點位置設一個定位點，使用全站儀先定二維平面坐標再定面外坐標，應用該技術簡單、高效；（4）材質為Q420C的厚壁（δ≥40mm）焊接削冠空心球成型技術。該技術的基本原理是先將兩塊圓形鋼板在爐內加熱到9000C ～10000C，然后在控溫狀態下用鍛壓設備壓制成兩個半球，將其中一個半球切下設計要求的球冠，將切下的球冠再一次在爐內加熱到9000C ～10000C，然后在控溫狀態下用鍛壓設備壓平，將半球、球臺、圓平板在精加工設備上加工成設計要求尺寸后，按照焊接工藝評定確定的參數組焊成削冠空心球，應用該技術能夠高質量地進行削冠空心球成型；（5）Q420C鋼材低溫焊接技術。該技術的關鍵點在于預熱、后熱及層間溫度控制，使用該技術可以確保Q420C鋼材在低溫（-5℃～-15℃）條件下的焊接質量；（6）薄墊板一級焊縫成型技術。該技術的關鍵點在于最初的1～3遍焊接熱輸入量及焊接厚度控制，應用該技術可確保焊縫墊板厚度在突破現行規范的情況下也能達到一級焊縫的要求。

    該技術具備以下特點：
    1、概念新穎。該技術首次將形函數技術引入詳圖深化設計中，這種技術能夠與施工圖結構設計數據進行無縫對接，可以克服詳圖深化設計錯誤，提高工作效率，這種詳圖深化設計方法與傳統方法具有本質上的區別，概念十分新穎。
    　　2、技術先進。該技術中的“焊接矩形鋼管相貫線成型技術”成功地解決了焊接矩形鋼管相貫線成型問題。而“薄墊板一級焊縫成型技術”突破國內外現行規范規定。技術水平處于國際領先地位，屬國內首創。
    　　3、質量容易控制。應用該技術所述“形函數深化詳圖設計技術”進行詳圖設計，圖紙錯誤率為零。而應用“焊接矩形鋼管相貫線成型技術”所得到的相貫線吻合度比現有多維數控切割機所切割的質量還要好。
    　　4、節約成本、縮短工期。該技術應用計算機和自動化的成分較多，可大大節省人工、耗材、設備等，因而成本相對較低，工期較短。

    三、保密要點
    　　本技術的關鍵技術有：
    　　（1）形函數深化詳圖設計技術。
    　　先將圖形的幾何參數用函數的方式來表達，然后應用計算機技術編程計算。設計結果正確率為100%，且工效極高。
    　　（2）焊接矩形鋼管相貫線成型技術。
    先制作、安放切割機器人導軌，然后使切割機器人邊行走邊切割，切割質量十分精確。
    　　（3）不規則復雜多面體空間剛架空間定位技術。
    　　通過空間坐標維數的轉換，使復雜的問題簡單化，能夠快速、高精度的定位。
    　　（4）材質為Q420C的厚壁（δ≥40mm）焊接削冠空心球成型技術。
    　　確定恰當的加工工藝流程和參數，可確保Q420C厚壁（δ≥40mm）焊
    　　接削冠空心球的成型質量。
    　　（5）Q420C鋼材低溫焊接技術。
    通過工藝流程及參數的調整，可確保Q420C厚板鋼材在低溫（-5℃～-15℃）環境下的焊接質量。
    　　（6）薄墊板一級焊縫成型技術。
    　　調整焊接參數和焊接方法，可確保墊板厚度及寬度在突破國內外現有規范的情況下，仍能保證一級焊縫的焊接質量，可節約大量焊接輔材的消耗。
    　　已申請的專利名稱：
    　　1.削冠空心球的加工工藝（申請號為200710306841.5）
    　　2.空間結構球節點的定位方法及定位器（申請號為200710306840.0）

    四、與國內外同比情況
    　　該制作工藝提出的多面體空間剛架結構制作技術具有很高的工程應用價值，能夠很好地推動多面體空間剛架結構加工制作技術的進步。經國內著名專家評審，認為該工法中的關鍵技術屬國內首創，總體水平達到國際領先。

    五、經濟效益
    　　多面體空間剛架結構加工制作技術具有明顯的經濟效益，主要體現在高效和節約輔材而帶來的經濟效益。經同類工程比較表明，采用多面體空間剛架結構加工制作技術比采用傳統方法節省人工費用25％，節約輔材費20％，縮短工期約15％。
    該技術的社會效益主要在如下幾個方面：
    　　1．快速高效，可明顯縮短加工制作工期。
    　　2．正確率高，質量容易控制。
    　　3．提出了一種嶄新的思路，開拓了科技人員的視野。

    六、應用推廣情況
    　　本工法中的關鍵技術已在國家游泳中心“水立方”工程中得到有效應用，實踐證明該技術是正確的、實用的。由于目前大跨度空間剛架結構在干煤棚、會展中心、機場大廳、機庫、體育場館、影劇院等建筑中得到了廣泛應用，多面體空間剛架結構加工制作技術以其先進的技術水平和優越的性能指標，必將為大跨度空間結構的技術進步發揮重大作用。
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