国家体育场大型空间箱形截面弯扭构件的加工技术

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1、j荣金，等：目牢肆育*女型空目箱《械自弯扭构件的mI技术国家体育场大型空间箱形截面弯扭构件的加工技术5荣金周水明廖功华江苏沪宁钢机股份有限公司宜并214231)摘要：田术体育自钢％构I《，抽件弯扭，建#连《复枭原Ⅱ与规律的研克-为I程*i“作的*利进行英￡T基≈目弯扭自*目∞I、“作空t程进行7总％．关键Ⅷ：体育*弯扭**成■月g加I国家体育场鸟巢是北京2008年奥运会的主会场，是北京新的标志性建筑之一。国家体育场钢结构为空间钢结构．建筑顶面呈鞍形。长轴为3323m，短轴为2964m，晕高点为685m，晟低点为428m，屋盖中间开洞长度为i

2、867m，宽度为1275m。48榀主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置，配以屋面攻桁架形成大跨度屋盖，支撑在周边24根组合钢柱上，组合钢柱之问通过立面次桁架相连形成一整体，整体建筑呈独特的“鸟巢”造型。该工程钢结构总重约45000t．所用钢材基本覆盖国内大部分钢材型号及规格，如国内首次轧制井应用于实际建筑工程中的Q460E钢，其它型号有t)235、Q345、Q345GJ以及铸钢件20MnSV，扳厚从8衄到1lOmm。1构件彩成的原理与规律的研究国家体育场外形酷似鸟巢，由许多弯扭构件组装而成，构件纵横交义十分复杂。弯扭#件加IM作难度非常^．Ⅲ

3、i埘构*$成∞开斑T=堆特种口状构件软件，提高7±产效率．面对这样一个复杂的结构，我公司全体技术人员根据以往处理诸多人型复杂钢结构的原则：“化整为零、化难为易、提高单件精度、保证整体精度”，并结合公司二十条年来在请多大型钢结构制作过程中积累的经验，针对本工程特点对设计提供的图纸及每一个坐标进行深入的研究、分析，反复建模比较、希望能找到构件的成型原理与规则，力争为构件的深化设计、加工制作寻觅到一个简易可行、确保质量、且又便于监控，可操作性强的施工方案。经过深入细致的研究，针对国家体育场的各种弯扭构件的特征．我公司总结出以下几点。11构件的特征

4、所有箱形构件的加劲板均为矩形或正方形，其位置垂直于该构件的轴心线。12构件成彤原理(1)先将一矩形(正方形)截面，其形心贯穿于设计给定的箱形构件的轴心线．(2)然后按下列规则移动截面①矩形(正方形)外侧边备二点紧贴建筑设计师所确定的建筑外形膜皮表面进行移动：②移动过程中截面与箱形构件轴心线始终保持垂直。；磊：者：石荣金’勇+”们年99。生’高级’2008全国镕结掏学术年会*文集[2008·10自#**IM蚱篇因此，①矩形(正方形)四十角点在空间移动的轨迹的连线即为该箱形构件的4角棱线：②矩形(正方形)四条边在空问移动所形成的弧面即为弯扭箱形

5、构件的四个表面。13潜在规则通过咀上分析及对图纸中给定的轴心线坐标值的分析得出．国家体育场弯扭构件．并不是一个不规则的任意弯扭构件，而是一个有规律可循的弯扭构件。具体如下：①弯扭构件中任意一个垂直十构件轴心线的截面均为矩形(或正方形)；@同一轴线上的平面主桁架的上、下弦杆和腹杆各自的轴心线，与该轴桁架柱的内柱及相对应两外柱的轴心线，均在同一平面内，且该平面垂直于人地：@各顶面次桁架轴心线，备自位于对应的垂直平面内；④立面次桁架轴心线基本上各自位于相对应的平面内．该平面与国家体育场建筑外形膜皮表面相应部位的弧面垂直。以上各箱形构件的轴心线所位

6、于的平面我们统称为该构件的基准面。2“三维特种形状构件软件”的研究开发与应用根据本工程弯扭构件的成形原理．规则与基准面的设定．我们与软件开发公司共同研制开发了“三维特种形状构件制作软件”。2l软件功能本软件结合钢结构制造行业的生产方式和生产习惯设定了一些独特的智能化功能．如：①自动进行二三维转换：②自动计算操作者所需的任意方向、任意角度的剖切面；③自动创建车削辅助线；④自动创建法平面连线：⑤自动创建扭曲板件：@自动进行均匀扭接；⑦自动进行法向拉伸：⑧自动进行按路径拉伸；⑨自动进行局部扩展；@自动绘制下料加工图表，自动绘制构架装配图和材料表；

7、rID自动给出所选零件的夸部属性：d0自动计算单个零件乃至整个分段的重量、重心；∞自动按零件编码实行数据库分类管理；a0可对当前分段进行有条件的匹配查询：响能生成DXF文件，与其它软件(如AutoCAD)形成接口．∞能生成B肝文件，与其它软件(如画笔)形成接口；使用本软件将在以下吾方面明显提高生产效率。22软件的应用利用该系统软件，成功的解决了对弯扭构件的_次深化，零件图的生成及对原深化设计图的再次校验等诸多问题。(1)利用施工详圈提供的坐标建i维线型模与原设计图中的数据所建三维线型模作比较，来检验深化设计圈中坐标值的正确性。(2)将正确的

8、线型模导入到“三维特型构件软件”．接图输入构件号及零件号、板厚，软件将自动生成零件展开图及加工成型控制图，利用软件生成的展开圈与施工详图提供的霉件图再次叠舍比较，大大碱少零件的错