摘要：某工程综合体育馆钢结构工程，构件双曲，建筑造型复杂，加工制作难度大。本文通过对构件形成的原理与规律的研究，为工程富有经济性的加工制作奠定基础。对异型构件的制作开拓思路，并对空间双曲构件的加工、制作全过程进行了总结。
关键词：钢结构；双曲构件；弯扭构件；加工原理；工厂加工
Abstract: A project, a comprehensive gymnasium steel structure engineering, component hyperbolic, building complex modelling, processing production is difficult. This article through to the component of the formation of the principles and rules of research, to the economical efficiency of processing production engineering rich lay the foundation. The development of different components production, and the new ideas in hyperbolic space of the component processing, manufacture process was summarized.
Keywords: steel structure; Hyperbolic structures; and Bending and twisting structures; and Processing principle; Factory processing
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
综合体育馆共两层，建筑面积约15477m2。底层为钢筋混凝土框架结构，二层为钢结构，结构形式为钢管混凝土柱、空间组合钢管桁架、弧形钢梁及斜撑。二层钢柱底标高为4.900m，屋面结构最高处标高约为21.400m。主构件材质均为Q345B。整体建筑为“游鱼”造型
综合体育馆三维立体模型
一：构件形成原理及加工对策
某工程综合馆外形为“游鱼”造型，建筑物多为不规则平面或者空间结构。结构加工需要建立大量的或者平面，或者空间的拼装、制作胎架。尤其是综合馆的空间双曲箱形梁的加工，空间曲线箱型梁由于四块壁板均呈双曲走向，对于材料的利用，曲线形成均构成加工困难，广东杭萧钢构有限公司技术部根据以往经验，针对本工程的特点，对设计提供的图纸进行深入研究，通过三维建模分析、比较，力争找出双曲构件的形成原理，并结合工厂设备、人员、经验等特点，找出一个富有经济型的工厂制作方案。
经过不懈努力，针对某工程综合体育馆空间双曲箱型梁的特征，总结出如下的特点：
1、 构件特征：四块壁板均呈双曲走向，在垂直于构建轴线的剖面上，构件均为规则的形状。
2、 构件成型原理：
1） 将剖面的行心贯穿于设计给定的箱型构件的轴心线。
2） 按下列规则移动截面；a剖面行心始终随着箱型构件轴心线移动。b剖面中心线始终垂直于地面
3、 加工对策：
1） 根据对双曲构件的理解，其加工方法最好是开发和利用三维构件的制作软件来加工双曲构件。这样可减少构件加工中零件的错误率，提高装配精度，同时软件可将零件按照材质及厚度进行分类，将分类后的零件数据导入到FastCAM数切排版软件中，将自动生成零件的切割程序，从而再次提高零件下料切割中的精确度。
2） 这样的程序对于有大量的三维异型构件需要制作的工厂来说，是有其经济性、快捷性及方便性的。对于本工程来说，双曲梁只是一小部分，其经济性不高，但在本工程中占有重要的地位，所以我们需要一种既能保证工程质量、保证加工精度又具有较大的经济效果的方法。
3） 对双曲构件的加工，关键的是对箱体壁板即箱体翼板、腹板的计算机放样、展开及加工。考虑到经济性及时效性，本工程工期紧张，不可能再有时间开发“三维特型构件制作软件”，故我们采取了利用AUTOCAD进行计算机放样、展开等方式，有效的解决了这个问题
二、空间双曲箱型梁的加工与检验
现在以本工程某段双曲梁的翼板、腹板放样与展开下料为例：
1、 放样原理：
1）、主视图：翼板的弦长不变、腹板的相对弯径不变；
2）、俯视图：翼板的相对弯径不变、腹板的弦长不变；
3）、根据节点剖面图确定翼板/腹板的节点位置上的弯径高及相应节点间的弦长；
4）、以端点为原点，各节点间弦长为X轴，节点弯径高为Y轴，按节点顺序描多段线。即为翼板/腹板放样后的中心线，如图 1 所示：
图1双曲梁主视图、俯视图、节点图
2、放样实例：翼板放样
1）根据节点图确定主视图翼板的中心线位置，量取各节点间弦长
具体步骤：将描出来的多段线在节点处打断，选定此 节点处中心线，用CAD命令：li，即可得到弦长。
2）根据节点图确定俯视图翼板中心线位置，以一平行X轴线的直线为基准，量取各节点至直线长度即弯径高 。
3）、以端点为原点，各节点间弦长为X轴，节点弯径高为Y轴，按节点顺序描多段线。即为翼板放样后的中心线。
4）、向两边偏移展开后的翼板中心线各半个翼板宽度即为放样后展开的翼板
若翼板太长，可分段，分段原则是：远离节点，有利于排版即可。如图2
图2 展开后翼板
5）、翼板实际下料时，应放平翼板，平均标出各点尺寸，因翼板外圆和内圆不是完整的圆弧，不能标出半径，所以外圆和内圆都应标注，以免下错料。
腹板放样
1）、腹板放样基本步骤和翼板一样，只是在主视图上量弯径高，在俯视图上量弦长，可得腹板中心线，偏移腹板高度，即可得到展开后的腹板展开图。分段下料图（略）。
2）、腹板的弯曲需要经过机械冷弯，首先在俯视图上量出各段腹板半径，然后在展开图上标注冷弯半径，标注半径时不可将腹板放平，应与放样展开后的形状一致，因内外腹板开剖口方向不一样，需特别标明开剖口方向。
注意事项：
1、量取各弦长及弯径的顺序不可出错，要一一对应；
2、腹板开剖口方向及弯曲方向要注意。
3 、下料加工成型：
1）、空间曲线箱型梁翼板、腹板的下料采用数控双刀切割，避免圆弧半径超差，使半径偏差小于2mm。检查方法采用每米弦长时的拱高测量，辅助计算的办法。
2）、在翼板、腹板上划线标注卷曲受力线
3）、依据受力线方向滚压翼腹板。并根据节点间标高差值分别按内、外圆制作的曲率样板测试翼缘板卷曲是否满足要求。而腹板采用投影曲率样板校核卷曲曲率。如图3、图4；
图3 翼板、腹板卷曲图
翼缘板卷曲方式
1：1000
图4 翼缘板曲率测试模板
三、空间双曲箱型梁的组装
1、依据放样图样建立胎架靠山，胎架及靠山均需质管部检查合格后才能使用；如图5
图5胎架
2、将卷曲成型的箱梁下翼板依据标记放置在组装胎架上；
3、校对板材与胎架间隙，使与胎架靠山、平台密贴（最大间隙小于2mm）
1、 依据地样标记隔板、腹板组装位置线；
5、将组焊成型的隔板（含工艺隔板）组装于下翼板上，并给予点固；
6、 组装一侧腹板，使与隔板密贴，并与翼缘板拟合；
7、 组装另一侧腹板，顶紧，点焊固定箱体；
8、 为避免未成型主体落胎加工形状失控，隔板与翼缘的焊缝应当在胎架中进行焊接；
9、 组装上侧翼缘板并使与隔板及腹板以及靠山密贴
10、为控制构件的变形问题，焊接必须在胎架上进行。且焊接时应垫实构件与胎架之间间隙。
双曲构件在组装中必须严格按放样进行定位及复查，组装结束后必须进行整体测量、检查，经验收合格后按焊接工艺进行焊接。如图6
图6 双曲箱型梁的组立
参考文献：
[1] 周永明 蒋良君国家体育场大型空间箱形截面扭曲构件的加工技术 [J]中国建筑金属结构，2008，（07）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。