钢结构技术新技术介绍

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1、钢结构技术新技术介绍1 高性能钢材应用技术1.1 技术内容选用高强度钢材（屈服强度ReL90Mpa）,可减少钢材用量及加工量，节约资源，降 低成本。为了提高结构的抗震性，要求钢材具有高的塑性变形能力，选用低屈服点钢材（屈 服强度 ReL=100225Mpa）。国家标准低合金高强度结构钢GB/T 1591中规定八个牌号，其中Q390、Q420、Q460、 Q500、Q550、Q620、Q690 属高强钢范围；桥梁用结构钢 GB/T 714 有九个牌号，其中 Q420q、Q460q、Q500q、Q550q、Q620q、Q690q 属高强钢范围；建筑结构用钢GB/T 19879 有Q390GJ、Q4

2、20GJ、Q460GJ三个牌号属于高强钢范围;耐候结构钢GB/T 4171,有Q415NH、 Q460NH、Q500NH、Q550NH属于高强钢范围；建筑用低屈服强度钢板GB/T 28905，有 LY100、LY160、LY225属于低屈服强度钢范围。1.2 技术指标钢厂供货品种及规格：轧制钢板的厚度为6400mm,宽度为15004800 mm,长度 为600025000mm。有多种交货方式，包括：普通轧制态AR、控制轧制态CR、正火轧制 态NR、控轧控冷态TMCP、正火态N、正火加回火态N+T、调质态QT等。建筑结构用高强钢一般具有低碳、微合金、纯净化、细晶粒四个特点。使用高强度钢材 时必须

3、注意新钢种焊接性试验、焊接工艺评定、确定匹配的焊接材料和焊接工艺，编制焊接 工艺规程。建筑用低屈服强度钢中残余元素铜、铬、镍的含量应各不大于0.30%。成品钢板的化学 成分允许偏差应符合 GB/T222 的规定。1.3 适用范围高层建筑、大型公共建筑、大型桥梁等结构用钢，其它承受较大荷载的钢结构工程，以 及屈曲约束支撑产品。1.4 工程案例国家体育场、国家游泳中心、昆明新机场、北京机场T3航站楼、深圳湾体育中心等大 跨度钢结构工程；中央电视台新址、新保利大厦、广州新电视塔、法门寺合十舍利塔、深圳 平安金融中心等超高层建筑工程；重庆朝天门大桥、港珠澳大桥等桥梁钢结构工程。2 钢结构深化设计与物联

4、网应用技术2.1 技术内容钢结构深化设计是以设计院的施工图、计算书及其它相关资料为依据，依托专业深化设 计软件平台，建立三维实体模型，计算节点坐标定位调整值，并生成结构安装布置图、零构 件图、报表清单等的过程。钢结构深化设计与BIM结合，实现了模型信息化共享，由传统 的“放样出图”延伸到施工全过程。物联网技术是通过射频识别RFID）、红外感应器等信 息传感设备，按约定的协议，将物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化 识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。在钢结构施工过程中应用物联网技术，改 善了施工数据的采集、传递、存储、分析、使用等各个环节，将人员、材料、机器、产品等 与

5、施工管理、决策建立更为密切的关系，并可进一步将信息与BIM模型进行关联，提高施 工效率、产品质量和企业创新能力，提升产品制造和企业管理的信息化管理水平。主要包括 以下内容：（1）深化设计阶段，需建立统一的产品（零件、构件等）编码体系，规范图纸深度， 保证产品信息的唯一性和可追溯性。深化设计阶段主要使用专业的深化设计软件，在建模时， 对软件应用和模型数据有以下几点要求：1）统一软件平台：同一工程的钢结构深化设计应采用统一的软件及版本号，设计过程 中不得更改。同一工程宜在同一设计模型中完成，若模型过大需要进行模型分割，分割数量 不宜过多。2）人员协同管理：钢结构深化设计多人协同作业时，明确职责分工

6、，注意避免模型碰 撞冲突，并需设置好稳定的软件联机网络环境，保证每个深化人员的深化设计软件运行顺畅。3）软件基础数据配置：软件应用前需配置好基础数据，如：设定软件自动保存时间； 使用统一的软件系统字体；设定统一的系统符号文件；设定统一的报表、图纸模板等。4）模型构件唯一性：钢结构深化设计模型，要求一个零构件号只能对应一种零构件， 当零构件的尺寸、重量、材质、切割类型等发生变化时，需赋予零构件新的编号，以避免零 构件的模型信息冲突报错。5）零件的截面类型匹配：深化设计模型中每种截面的材料指定唯一的截面类型，保证 材料在软件内名称的唯一性。6）模型材质匹配：深化设计模型中每个零件都有对应的材质，根

7、据相关国家钢材标准 指定统一的材质命名规则，深化设计人员在建模过程中需保证使用的钢材牌号与国家标准中 的钢材牌号相同。（2）施工过程阶段，需建立统一的施工要素（人、机、料、法、环等）编码体系，规 范作业过程，保证施工要素信息的唯一性和可追溯性。（3）搭建必要的网络、硬件环境，实现数控设备的联网管理，对设备运转情况进行监 控，提高设备管理的工作效率和质量。（4）将物联网技术收集的信息与BIM模型进行关联，不同岗位的工程人员可以从BIM 模型中获取、更新与本岗位相关的信息，既能指导实际工作，又能将相应工作的成果更新到 BIM模型中，使工程人员对钢结构施工信息做出正确理解和高效共享。（5）打造扎实、

8、可靠、全面、可行的物联网协同管理软件平台，对施工数据的采集、 传递、存储、分析、使用等环节进行规范化管理，进一步挖掘数据价值，服务企业运营。2.2 技术指标（ 1）按照深化设计标准、要求等统一产品编码，采用专业软件开展深化设计工作。（ 2）按照企业自身管理规章等要求统一施工要素编码。（3）采用三维计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助 制造（CAM）、工艺路线仿真等工具和手段，提高数字化施工水平。（4）充分利用工业以太网，建立企业资源计划管理系统（ERP）、制造执行系统（MES）、 供应链管理系统（SCM）、客户管理系统（CRM）、仓储管理系统（WMS）等信息化管

9、理系 统或相应功能模块，进行产品全生命期管理。（5）钢结构制造过程中可搭建自动化、柔性化、智能化的生产线，通过工业通信网络 实现系统、设备、零部件以及人员之间的信息互联互通和有效集成。（6）基于物联网技术的应用，进一步建立信息与BIM模型有效整合的施工管理模式和 协同工作机制，明确施工阶段各参与方的协同工作流程和成果提交内容，明确人员职责，制 定管理制度。2.3 适用范围钢结构深化设计、钢结构工程制作、运输与安装。2.4 工程案例苏州体育中心、武汉中心、重庆来福士、深圳汉京、北京中国尊大厦等。3 钢结构智能测量技术3.1 技术内容钢结构智能测量技术是指在钢结构施工的不同阶段，采用基于全站仪、电

10、子水准仪、GPS 全球定位系统、北斗卫星定位系统、三维激光扫描仪、数字摄影测量、物联网、无线 数据传输、多源信息融合等多种智能测量技术，解决特大型、异形、大跨径和超高层等钢结 构工程中传统测量方法难以解决的测量速度、精度、变形等技术难题，实现对钢结构安装精 度、质量与安全、工程进度的有效控制。主要包括以下内容：（1）高精度三维测量控制网布设技术采用 GPS 空间定位技术或北斗空间定位技术，利用同时智能型全站仪（具有双轴自动 补偿、伺服马达、自动目标识别（ATR）功能和机载多测回测角程序）和高精度电子水准仪 以及条码因瓦水准尺，按照现行工程测量规范，建立多层级、高精度的三维测量控制网。（2）钢结

11、构地面拼装智能测量技术 使用智能型全站仪及配套测量设备，利用具有无线传输功能的自动测量系统，结合工业三坐标测量软件，实现空间复杂钢构件的实时、同步、快速地面拼装定位。（3）钢结构精准空中智能化快速定位技术采用带无线传输功能的自动测量机器人对空中钢结构安装进行实时跟踪定位，利用工业 三坐标测量软件计算出相应控制点的空间坐标，并同对应的设计坐标相比较，及时纠偏、校 正，实现钢结构快速精准安装。（4）基于三维激光扫描的高精度钢结构质量检测及变形监测技术 采用三维激光扫描仪，获取安装后的钢结构空间点云，通过比较特征点、线、面的实测三维坐标与设计三维坐标的偏差值，从而实现钢结构安装质量的检测。该技术的优

12、点是通过 扫描数据点云可实现对构件的特征线、特征面进行分析比较，比传统检测技术更能全面反映 构件的空间状态和拼装质量。（5）基于数字近景摄影测量的高精度钢结构性能检测及变形监测技术 利用数字近景摄影测量技术对钢结构桥梁、大型钢结构进行精确测量，建立钢结构的真实三维模型，并同设计模型进行比较、验证，确保钢结构安装的空间位置准确。（6）基于物联网和无线传输的变形监测技术。 通过基于智能全站仪的自动化监测系统及无线传输技术，融合现场钢结构拼装施工过程中不同部位的温度、湿度、应力应变、 GPS 数据等传感器信息，采用多源信息融合技术， 及时汇总、分析、计算，全方位反映钢结构的施工状态和空间位置等信息，

13、确保钢结构施工 的精准性和安全性。3.2 技术指标（1）高精度三维控制网技术指标相邻点平面相对点位中误差不超过3mm,高程上相对高差中误差不超过2mm；单点平 面点位中误差不超过5mm,高程中误差不超过2mm。（2）钢结构拼装空间定位技术指标拼装完成的单体构件即吊装单元，主控轴线长度偏差不超过3mm，各特征点监测值与 设计值（X、Y、Z坐标值）偏差不超过10mm。具有球结点的钢构件，检测球心坐标值（X、 Y、Z坐标值）偏差不超过3mm。构件就位后各端口坐标（X、Y、Z坐标值）偏差均不超 过10m m,且接口（共面、共线）错台不超过2mm。（3）钢结构变形监测技术指标所测量的三维坐标（X、Y、Z

14、坐标值）观测精度应达到允许变形值的1/201/10。3.3 适用范围大型复杂或特殊复杂、超高层、大跨度等钢结构施工过程中的构件验收、施工测量及变 形观测等。3.4 工程案例大型体育建筑：国家体育场（“鸟巢”）、国家体育馆、水立方等。大型交通建筑：首都机场 T3 航站楼、天津西站、北京南站、港珠澳大桥等。 大型文化建筑：国家大剧院、上海世博会世博轴、北京凤凰国际中心等。4 钢结构虚拟预拼装技术4.1 技术内容（1）虚拟预拼装技术采用三维设计软件，将钢结构分段构件控制点的实测三维坐标，在计算机中模拟拼装形 成分段构件的轮廓模型，与深化设计的理论模型拟合比对，检查分析加工拼装精度，得到所 需修改的调

15、整信息。经过必要校正、修改与模拟拼装，直至满足精度要求。（2）虚拟预拼装技术主要内容1）根据设计图文资料和加工安装方案等技术文件，在构件分段与胎架设置等安装措施 可保证自重受力变形不致影响安装精度的前提下，建立设计、制造、安装全部信息的拼装工 艺三维几何模型，完全整合形成一致的输入文件，通过模型导出分段构件和相关零件的加工 制作详图。2）构件制作验收后，利用全站仪实测外轮廓控制点三维坐标。 设置相对于坐标原点的全站仪测站点坐标，仪器自动转换和显示位置点（棱镜点）在 坐标系中的坐标。 设置仪器高和棱镜高，获得目标点的坐标值。 设置已知点的方向角，照准棱镜测量，记录确认坐标数据。3）计算机模拟拼装，形成实体构件的轮廓模型。 将全站仪与计算机连接，导出测得的控制点坐标数据，导入到EXCEL表格，换成（x, y，z）格式。收集构件的各控制点三维坐标数据、整理汇总。 选择复制全部数据，输入三维图形软件。以整体模型为基准，根据分段构件的特点, 建立各自的坐标系，绘出分段构件的实测三维模型。 根据制作安装工艺图的需要，模拟设置胎架及其标高和各控制点坐标。 将分段构件的自身坐标转换为总体坐标后，模拟吊上胎架定位，检测各控制点的坐标 值。4）将理论模型导入三维图形软件，合理地插入实测整体预拼装坐标系。5）采用拟合方法，将构件实测模拟拼装模型与拼装工艺图的理论模型比对，得到分段