国家体育场大型空间箱形截面扭曲构件的加工技术

国家体育场位于北京成府路南侧，奥林匹克公园的中心区域。建成后，它将是2008年北京奥运会的主场，并将成为北京新的标志性建筑之一。
国家体育场钢结构为空。建筑顶面呈马鞍形，长轴332.3m，短轴296.4m，最高点高度68.5m，最低点高度42.8m屋顶中间开洞的长度和宽度不是186.7m和127.5m，48根主桁架环绕房屋。
工程钢结构总重量约为45000t，所用钢材基本涵盖了国内大部分钢材型号和规格，如国内首次轧制并应用于实际建筑工程的Q460E钢。其他型号有Q235、Q345、Q345GJ和铸钢件20Mn5V，厚度从8mm到110mm不等。
一、对构件形成原理和规律的认识
国家体育场看起来像一个鸟巢。它由许多弯扭构件组成，构件的纵横交叉非常复杂。面对如此复杂的结构，我公司全体技术人员按照以往处理许多大型复杂钢结构的原则:“化整为零，化繁为简，提高每一块的精度，保证整体精度”，对设计提供的图纸和每一个坐标进行了深入的研究和分析， 结合公司二十多年来多种大型钢结构制造过程中积累的经验，反复建模对比，希望找到构件的成型原理和规律，努力深化构件的设计和设计。
经过深入细致的研究，根据国家体育场各种弯扭构件的特点，总结出以下几点。
1.1构件特点:
所有箱形构件的加劲肋均为矩形或正方形，位置与构件轴线垂直。
1.2构件的形成原理:
1)首先是一个矩形(正方形)截面，其形心穿过设计中给定的箱形构件轴线；
2)然后，按照以下规则移动截面:①矩形(正方形)外侧的两点紧贴建筑师确定要移动的建筑造型的膜面；②在运动过程中，箱形构件的横截面与轴线始终垂直。
因此，①在空之间运动的矩形(正方形)的四个角的轨迹的连线就是盒体构件的四个角；②矩形(正方形)的四条边在空之间移动形成的四个曲面，就是曲扭箱形构件的四个面。
1.3潜在规律
通过以上分析和对图纸中给出的轴线坐标值的分析，得出国家体育场的弯扭构件不是不规则的任意弯扭构件，而是有规律可循的弯扭构件。
具体如下:①任意弯扭构件垂直于构件轴线的截面为矩形(或正方形)；(2)平面主桁架的上弦杆、下弦杆和腹板的轴线在同一轴线上，轴线桁架柱的内柱和对应的两个外柱的轴线都在同一平面内，该平面垂直于地球；(3)每个顶层次桁架轴线分别位于相应的垂直面内；④立面次桁架的轴线基本位于相应的平面内，该平面垂直于国家体育场膜面相应部分的弧面。
上述箱形构件的轴线所在的平面统称为构件的基准面。
二。“三维异形构件软件”的开发与应用【br/】根据本项目中弯扭构件的成形原理、规则和基准设置，我们与某造船系统软件开发公司联合开发了“三维异形构件制造软件”。
2.1软件功能
该软件结合钢结构制造行业的生产方式和习惯，设置了一些独特的智能功能，如:①自动2D-3D转换；(2)自动计算操作者要求的任意方向和任意角度的切割平面；③自动生成转弯辅助线；④自动创建法向平面连接；⑤自动生成扭曲板；⑥自动均匀加捻；⑦自动正常拉伸；末端根据路径自动拉伸；⑨自动局部扩展；⑩自动绘制下料加工图，自动绘制车架装配图和材料清单；11自动给出所选零件的所有属性；12自动计算单个零件甚至整个截面的重量和重心；13根据零件代码自动实现数据库分类管理；14.可以对当前片段进行条件匹配查询；5能生成DXF文件并与其他软件(如AutoCAD)接口；16能生成BMP文件并与其他软件接口(如画笔)；使用该软件将在以下几个方面明显提高生产效率。
2.2软件的应用
通过使用该系统软件，成功解决了弯扭构件的二次深化、零件图的生成、原深化设计图纸的重新验证等诸多问题。
1)利用施工详图提供的坐标，建立三维线性模型，与原设计图中的数据进行对比，检查深化设计图中坐标值的正确性。
2)将正确的线性模具导入到“三维特殊零件软件”中，根据图纸输入零件号、零件号和板厚。软件会自动生成零件展开图和加工成型控制图，软件生成的展开图会与施工详图提供的零件图再次叠加对比，大大降低零件出错率。
3)在施工实践过程中，软件会方便地将自动存活下来的零件以dxf格式保存到零件库中。软件会根据零件的材质和厚度对零件进行分类，然后将分类后的零件导入FastCAM数字切割排版软件，切割程序会自动存活下来，从而提高零件在冲裁切割过程中的再次精准度。