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摘要：现代钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高，对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外，使建筑带有强烈的科技感，本文结合民航博物馆工程实际情况来探索如何在加工图和安装图设计中控制精度以达到设计的要求诠释建筑的理念。
关键词：钢结构；单层网壳；设计
一、工程概况
中国民航博物馆位于北京市朝阳区首都机场辅路民航200号，总建筑面积21381平方米，是一座包括博物馆、挡案馆及影院的大型展览馆。
本工程建筑设计由德国欧韵建筑设计公司（OWP）设计，建筑造型创意源于飞机发动机的外形，由6个大小不同的发动机外壳面连接组成，是中国民航的第一个博物馆。
主体采用下沉式设计，由位于地下的两侧裙房、中部展览大厅及地上的波形钢结构屋面围合而成。下部主体结构为地下一层，层高5.5M，仅北侧入口门头面及1-MAX影院为局部地上二层，平面尺寸：下部主体结构约为187.5*55M（轴网7.5*7.5M）；上部屋面钢结构约为235*72.5M，屋面最高点为30M，其中地下一层由中部展览大厅及南北两侧裙房中影院、展品库房、设备机房等构成；首层为位于南北两侧裙房顶的条形展览区、办公区并由中部的观览钢桥纵横贯通。
波形钢结构屋面，采用圆管相贯焊接的单层空间网壳结构体系。由A、B、C、D、E、F区六连跨空间网壳结构组成；其建筑效果如图1所示：
其结构轴线模型如图2所示：
二 工程特点
2.1 造型新颖、网壳结构跨度大，高度高、钢结构总体量大、设计及施工周期短。
2.2 多跨网壳结构高低错落、煨弯杆件繁多、节点混凝土灌注量大、单层圆管相贯连接，焊接量大，制作安装难度较大。
三 钢结构加工重点、特点、难点分析
3.1 屋盖钢结构构件数量、类型多
本工程钢屋盖为单层钢网壳结构，杆件为直缝或焊接钢管，屋面连接形式采用管管相贯的连接方式，由于整个屋盖纵向呈波浪造型，横向每一个波峰的两个端头标高个不相同，因此每根杆件的长度都不一样，整个工程杆件数量多、杆件形状各异，加工烦琐。
3.2 煨弯杆件繁多
工程的特殊造型，横向和纵向几乎所有的杆件都要煨弯，造成本工程煨弯杆件繁多。
3.3 杆件弯曲困难
本工程杆件由Φ800X40，Φ600X30、Φ600X20、Φ400X16、Φ400X14等组成，最大杆件弯曲规格为Φ800X40，另外大量的Φ600X30、Φ600X20杆件需弯曲，采用合理的弯管工艺，保证制作精度成为本工程最大的难点。
3.4 杆件下料难
由于本工程杆件大部分的连接形式为相贯连接，因此杆件下料时必须采用数控相贯面切割机才能保证杆件的精度。下料、坡口、相贯面切割同时完成。
3.5 杆件编号繁多
由于安装采用“高空拼装”的方法进行，因此每根杆件均需标识杆件编号、定位控制点等标记，进行编号成为本工程的另一个难点。
3.6 重点相贯口切割
相贯口切割是整个加工过程中的关键工序。在五维、六维相贯线切割机出现之前，相贯口的切割是一个复杂且精度低的工序。
3.7节点混凝土灌注量大
本工程中，所有节点的主管件均需灌C60混凝土，节点混凝土灌注量大，拟在现场设置混凝土搅拌站，在现场地面将节点混凝土灌注。
四 如何在制图过程中满足精度解决工程困难
4.1 建模
先用AUTOCAD软件建立三维线框模型，这是整个计算机放样的基础。在建模时必须考虑以下情况：
a 弧线连贯，弧线与弧线间过渡平滑，满足建筑外观要求，不改变结构受力体系。
b 充分考虑弧线加工长度应满足运输安装要求，每段弧线的长度原则上不大于13米。
c 大管与小管的变截面对接必须在模型中建立出连接构件（如锥头，球节点等）。
4.2制图分为加工图设计和安装图设计两个部分：
4.2.1 绘制加工设计图
加工图设计图的基准是实体模型，图中所有杆件的都有独立的編号。编号图如图3所示（ZZHJ4-S*表示为纵向主桁架弦杆*，CHZHJ-S*表示为C区横向主桁架，LG*表示拉杆*，WZHJS-S*表示上部外主桁架弦杆*，WZHJX-S*表示下部外主桁架弦杆*）：
A、模型建立后，将此模型转换成DXF（标准图形转换）文件并将此文件输入WIN3D设计软件中进行计算。
B、将经过WIN3D计算所得的杆件角度、长度等参数输入PIPE-COAST软件的切割数据单，注意此时应同时将各种杆件事先确定好的焊接收缩余量及机械切割余量也输入切割数据单；再制作要领书选择正确的加工设备、切割速度、坡口角度等工艺元素，并由专人负责对切割数据进行认真细致的复查，保证在进入加工指令编制前所有数据正确无误。
C、PIPE-COAST接受切割数据后，先生成单根切割数据后，先生成单根杆件的加工指令，然后再根据材料规格进行合理的套料，即可将放样程序下发车间，分批实施切割。
D、按数控数据进行相贯线的切割和坡口的加工，为保险起见，如果每批切割杆件数量较多时，可先切割一根，进行外形尺寸的检查，确认无误后再进行大批量的切割。
E、相贯线的检验方法为：可用塑料薄膜按1：1比例展开做成检验样板，把样板贴在钢管的相贯线接口上，检查接口的外形线形是否相互吻合，否则应进行查明原因并调正。
F、大量的杆件在加工完成后需要弯弧，需绘制弯管图是关键，弯管杆件也是从模型中提取单根杆件，将杆件沿矢高与拱高的垂线方向放平，具体图形如图4所示：（针对每跟杆件的特性，需在弯管图中要标志出插板及灌浆孔位置、杆件截面弧长、矢高、拱高、构件数量等）
所有的加工图均以实体模型为基准设计，制图简单易懂，能够完全符合设计模型，能有效的控制设计中的误差。
4.2.2 绘制安装设计图
此结构中所有杆件的控制点均不一样，所以在安装图设计中必须要考虑几个方面的问题：
①、无法用常规的轴线及水平尺寸来准确表达节点的位置？
②、每个节点间的三维坐标无规律可寻？
③、杆件有弯弧，弧线的方向如何准确的在安装图中反应，安装单位在安装时如何定位杆件？
绘制安装设计图的基准仍然是实体模型，使加工图设计与安装图都以有统一的标准。
A、以整个实体模型的最左下角的Z2埋件顶部中心为相对坐标原点
B、将所有杆件相贯的节点均标上各自的坐标编号，如图5所示：
②冷弯顺序：
确定材料的回弹值→绘制地样→安装卡具→放置杆件→千斤顶加力→局部加热→静置→拆除千斤顶→弧度校验→ 修整→成型。
五 总结
民航博物馆空间单层网壳工程在加工图和安装图设计中充分利用了电脑三维模拟技术，利用三维建模将整个结构在电脑中建立完成，以后所有的加工图安装图设计均以此为基准，此方法在民航博物馆工程中加工和安装设计图的运用：
①整个结构在模型中已建立完成，给每个参与此工程的人员有更直观更形象的了解。
②根据模型出图更简单，出图时间更短。
③安装图中有每个节的控制位置，包括对接口及弯弧管的拱高坐标，能更好的控制整个结构的安装精度，也能方便快捷的对每跟弯弧管进行现场定位。
④安装图中有每个节点间的弧线长度更方便工人直接用卷尺测量定位，结合全站仪安装更快捷准确。
⑤整个工程编号清晰，杆件所在的区号位置一目了然，更方便于运输和在卸货时可直接卸货到位。
⑥在出图时严格控制成品构件的验收标准，从每一个构件中控制加工质量，以点到面就能很好的控制整个工程的加工及安装质量了。
关键词：钢结构；单层网壳；设计
一、工程概况
中国民航博物馆位于北京市朝阳区首都机场辅路民航200号，总建筑面积21381平方米，是一座包括博物馆、挡案馆及影院的大型展览馆。
本工程建筑设计由德国欧韵建筑设计公司（OWP）设计，建筑造型创意源于飞机发动机的外形，由6个大小不同的发动机外壳面连接组成，是中国民航的第一个博物馆。
主体采用下沉式设计，由位于地下的两侧裙房、中部展览大厅及地上的波形钢结构屋面围合而成。下部主体结构为地下一层，层高5.5M，仅北侧入口门头面及1-MAX影院为局部地上二层，平面尺寸：下部主体结构约为187.5*55M（轴网7.5*7.5M）；上部屋面钢结构约为235*72.5M，屋面最高点为30M，其中地下一层由中部展览大厅及南北两侧裙房中影院、展品库房、设备机房等构成；首层为位于南北两侧裙房顶的条形展览区、办公区并由中部的观览钢桥纵横贯通。
波形钢结构屋面，采用圆管相贯焊接的单层空间网壳结构体系。由A、B、C、D、E、F区六连跨空间网壳结构组成；其建筑效果如图1所示：
其结构轴线模型如图2所示：
二 工程特点
2.1 造型新颖、网壳结构跨度大，高度高、钢结构总体量大、设计及施工周期短。
2.2 多跨网壳结构高低错落、煨弯杆件繁多、节点混凝土灌注量大、单层圆管相贯连接，焊接量大，制作安装难度较大。
三 钢结构加工重点、特点、难点分析
3.1 屋盖钢结构构件数量、类型多
本工程钢屋盖为单层钢网壳结构，杆件为直缝或焊接钢管，屋面连接形式采用管管相贯的连接方式，由于整个屋盖纵向呈波浪造型，横向每一个波峰的两个端头标高个不相同，因此每根杆件的长度都不一样，整个工程杆件数量多、杆件形状各异，加工烦琐。
3.2 煨弯杆件繁多
工程的特殊造型，横向和纵向几乎所有的杆件都要煨弯，造成本工程煨弯杆件繁多。
3.3 杆件弯曲困难
本工程杆件由Φ800X40，Φ600X30、Φ600X20、Φ400X16、Φ400X14等组成，最大杆件弯曲规格为Φ800X40，另外大量的Φ600X30、Φ600X20杆件需弯曲，采用合理的弯管工艺，保证制作精度成为本工程最大的难点。
3.4 杆件下料难
由于本工程杆件大部分的连接形式为相贯连接，因此杆件下料时必须采用数控相贯面切割机才能保证杆件的精度。下料、坡口、相贯面切割同时完成。
3.5 杆件编号繁多
由于安装采用“高空拼装”的方法进行，因此每根杆件均需标识杆件编号、定位控制点等标记，进行编号成为本工程的另一个难点。
3.6 重点相贯口切割
相贯口切割是整个加工过程中的关键工序。在五维、六维相贯线切割机出现之前，相贯口的切割是一个复杂且精度低的工序。
3.7节点混凝土灌注量大
本工程中，所有节点的主管件均需灌C60混凝土，节点混凝土灌注量大，拟在现场设置混凝土搅拌站，在现场地面将节点混凝土灌注。
四 如何在制图过程中满足精度解决工程困难
4.1 建模
先用AUTOCAD软件建立三维线框模型，这是整个计算机放样的基础。在建模时必须考虑以下情况：
a 弧线连贯，弧线与弧线间过渡平滑，满足建筑外观要求，不改变结构受力体系。
b 充分考虑弧线加工长度应满足运输安装要求，每段弧线的长度原则上不大于13米。
c 大管与小管的变截面对接必须在模型中建立出连接构件（如锥头，球节点等）。
4.2制图分为加工图设计和安装图设计两个部分：
4.2.1 绘制加工设计图
加工图设计图的基准是实体模型，图中所有杆件的都有独立的編号。编号图如图3所示（ZZHJ4-S*表示为纵向主桁架弦杆*，CHZHJ-S*表示为C区横向主桁架，LG*表示拉杆*，WZHJS-S*表示上部外主桁架弦杆*，WZHJX-S*表示下部外主桁架弦杆*）：
A、模型建立后，将此模型转换成DXF（标准图形转换）文件并将此文件输入WIN3D设计软件中进行计算。
B、将经过WIN3D计算所得的杆件角度、长度等参数输入PIPE-COAST软件的切割数据单，注意此时应同时将各种杆件事先确定好的焊接收缩余量及机械切割余量也输入切割数据单；再制作要领书选择正确的加工设备、切割速度、坡口角度等工艺元素，并由专人负责对切割数据进行认真细致的复查，保证在进入加工指令编制前所有数据正确无误。
C、PIPE-COAST接受切割数据后，先生成单根切割数据后，先生成单根杆件的加工指令，然后再根据材料规格进行合理的套料，即可将放样程序下发车间，分批实施切割。
D、按数控数据进行相贯线的切割和坡口的加工，为保险起见，如果每批切割杆件数量较多时，可先切割一根，进行外形尺寸的检查，确认无误后再进行大批量的切割。
E、相贯线的检验方法为：可用塑料薄膜按1：1比例展开做成检验样板，把样板贴在钢管的相贯线接口上，检查接口的外形线形是否相互吻合，否则应进行查明原因并调正。
F、大量的杆件在加工完成后需要弯弧，需绘制弯管图是关键，弯管杆件也是从模型中提取单根杆件，将杆件沿矢高与拱高的垂线方向放平，具体图形如图4所示：（针对每跟杆件的特性，需在弯管图中要标志出插板及灌浆孔位置、杆件截面弧长、矢高、拱高、构件数量等）
所有的加工图均以实体模型为基准设计，制图简单易懂，能够完全符合设计模型，能有效的控制设计中的误差。
4.2.2 绘制安装设计图
此结构中所有杆件的控制点均不一样，所以在安装图设计中必须要考虑几个方面的问题：
①、无法用常规的轴线及水平尺寸来准确表达节点的位置？
②、每个节点间的三维坐标无规律可寻？
③、杆件有弯弧，弧线的方向如何准确的在安装图中反应，安装单位在安装时如何定位杆件？
绘制安装设计图的基准仍然是实体模型，使加工图设计与安装图都以有统一的标准。
A、以整个实体模型的最左下角的Z2埋件顶部中心为相对坐标原点
B、将所有杆件相贯的节点均标上各自的坐标编号，如图5所示：
②冷弯顺序：
确定材料的回弹值→绘制地样→安装卡具→放置杆件→千斤顶加力→局部加热→静置→拆除千斤顶→弧度校验→ 修整→成型。
五 总结
民航博物馆空间单层网壳工程在加工图和安装图设计中充分利用了电脑三维模拟技术，利用三维建模将整个结构在电脑中建立完成，以后所有的加工图安装图设计均以此为基准，此方法在民航博物馆工程中加工和安装设计图的运用：
①整个结构在模型中已建立完成，给每个参与此工程的人员有更直观更形象的了解。
②根据模型出图更简单，出图时间更短。
③安装图中有每个节的控制位置，包括对接口及弯弧管的拱高坐标，能更好的控制整个结构的安装精度，也能方便快捷的对每跟弯弧管进行现场定位。
④安装图中有每个节点间的弧线长度更方便工人直接用卷尺测量定位，结合全站仪安装更快捷准确。
⑤整个工程编号清晰，杆件所在的区号位置一目了然，更方便于运输和在卸货时可直接卸货到位。
⑥在出图时严格控制成品构件的验收标准，从每一个构件中控制加工质量，以点到面就能很好的控制整个工程的加工及安装质量了。