一种钢管柱与转换节点一体化施工方法及调垂控制系统与流程

本发明属于建筑工程逆作法施工与数字化建造，特别涉及一种钢管柱与转换节点一体化施工方法及调垂控制系统。

背景技术：

1、在逆作法一柱一桩施工中，钢管柱是地下室施工阶段的关键竖向支承构件。钢管柱施工在时间顺序上包含两个先后衔接的关键环节：其一为钢管柱吊装就位阶段的垂直度控制，直接影响柱体是否满足设计姿态要求；其二为上部转换节点施工阶段的钢筋排布与连接构造处理，直接决定上部结构荷载能否有效传递至钢管柱。

2、当前，上述两个环节在工程实践中被割裂处理：钢管柱吊装就位阶段的垂直度控制涉及测量与调垂控制技术，而上部转换节点施工阶段的钢筋排布与连接构造处理则涉及钢筋排布与钢结构开孔设计，二者分属不同技术领域，缺乏统一的数据贯通方法。具体而言，钢管柱吊装就位后，其最终实际轴线姿态往往未反馈至转换节点设计阶段，节点施工仍按理论轴线进行；同时，节点处钢筋排布亦未充分考虑钢管柱的实际姿态。这种数据断层导致了两方面问题：一方面，当下部钢管柱实际轴线与理论轴线存在偏差而节点施工仍按理论轴线进行时，钢筋与钢管柱的连接精度难以保证；另一方面，即使钢管柱垂直度满足规范要求，上部转换节点的钢筋排布仍存在碰撞冲突、开孔定位不准等独立于垂直度之外的施工难题。

3、因此，亟需一种能够贯通钢管柱吊装调垂数据与转换节点设计施工数据的一体化施工方法，以实现钢管柱垂直度控制与转换节点钢筋排布的协同优化，确保施工精度与结构安全。

技术实现思路

1、本发明提供一种钢管柱与转换节点一体化施工方法及调垂控制系统，实现了钢管柱垂直度控制与转换节点钢筋排布的协同优化，保障施工精度与结构安全。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种钢管柱与转换节点一体化施工方法，包括以下步骤：

4、s1，在建筑信息模型平台中建立理论模型，所述理论模型包括钢管柱设计轴线向量和设计桩顶中心坐标；

5、s2，在钢管柱调垂阶段，实时采集钢管柱的实际姿态数据，并将其与所述理论模型动态关联，以实时确定所述钢管柱的实际轴线向量和设计轴线向量的偏差；

6、s3，基于所述偏差，生成用于指导调垂作业的纠偏信息，并将调垂完成后钢管柱处于竣工状态的实际轴线向量，作为空间约束基准存储于所述建筑信息模型平台中；

7、s4，以所述空间约束基准为定位依据，在所述建筑信息模型平台中建立转换节点区域的深化设计模型，所述深化设计模型包括钢结构部分和钢筋部分；

8、s5，通过所述建筑信息模型平台对所述深化设计模型进行碰撞检测，根据发生碰撞的构件类型对检测到的冲突进行分类，所述分类至少用于区分钢筋和钢结构之间的冲突；

9、s6，根据基于结构受力安全和施工可行性建立的优先级规则，对所述深化设计模型中发生冲突的钢筋进行空间路径优化，对优化后仍需穿越钢管柱柱壁的钢筋，在所述深化设计模型的钢结构部分生成穿孔定位信息；

10、s7，通过所述建筑信息模型平台对更新后的所述深化设计模型进行碰撞复验，若存在冲突，则返回s6迭代，直至复验通过，输出最终成果数据。

11、进一步的，所述步骤s2中的实际姿态数据包括：

12、在所述钢管柱顶端设置双轴激光测垂仪，所述双轴激光测垂仪沿钢管柱截面的x方向和y方向分别发射准直激光束，通过测量反射光斑的偏移量解算所述钢管柱在x方向和y方向的倾斜角。

13、进一步的，所述步骤s3中，生成用于指导调垂作业的纠偏信息，包括：

14、所述建筑信息模型平台根据所述倾斜角计算综合偏差角，并将所述综合偏差角与预设规范限值进行比较，若所述综合偏差角超过所述预设规范限值，则触发纠偏报警；

15、所述建筑信息模型平台根据所述倾斜角计算纠偏量，并将所述纠偏量转换为调垂架上调整器的控制指令，驱动所述调整器对所述钢管柱施加纠偏力；

16、在纠偏过程中，所述双轴激光测垂仪实时采集所述倾斜角，所述建筑信息模型平台根据实时倾斜角更新所述纠偏量，直至所述综合偏差角在预设规范限值以内。

17、进一步的，所述纠偏量的计算方式如下：

18、以所述钢管柱的底端为铰支点、调垂架对所述钢管柱的作用点为施力点，建立悬臂梁模型，计算所述作用点处x方向和y方向的水平纠偏位移和，计算公式为：

19、，，

20、其中，和分别为所述钢管柱在x方向和y方向的倾斜角，d为所述作用点至所述钢管柱底端的距离；

21、将和分解为所述调垂架上各所述调整器的伸缩量，并转换为各所述调整器的驱动指令。

22、进一步的，所述步骤s4中的深化设计模型至少包括：

23、以实际轴线向量作为空间约束基准的下部钢管柱；

24、上部转换节点钢结构，包括转换梁和加劲肋；

25、上部剪力墙，包括竖向分布筋、水平分布筋、箍筋、构造钢筋和拉筋；

26、周边框架梁及楼板钢筋；

27、所述步骤s5中，对检测到的冲突进行分类，包括：

28、第一类冲突，钢筋与钢管柱的穿壁冲突；

29、第二类冲突，钢筋与钢筋的空间碰撞；

30、第三类冲突，钢筋与加劲肋的碰撞；

31、并记录各类冲突的位置信息和所涉及的构件信息；

32、所述步骤s6中的优先级规则为：

33、结构受力安全为第一优先级，施工可行性为第二优先级，最小调整量为第三优先级。

34、进一步的，所述步骤s6中，对发生冲突的钢筋进行排布优化，包括：

35、根据第一优先级，所述竖向分布筋的位置优先保持不变，所述水平分布筋和所述转换梁的纵筋为次级调整对象，所述构造钢筋和所述拉筋为最低优先级；

36、根据第一优先级选定当前调整对象后，根据第二优先级，依次尝试平移避让、弯折避让及绕行避让；

37、根据第三优先级，在上述避让方案中选择调整幅度最小的方案作为优化结果。

38、进一步的，所述步骤s6中，在所述深化设计模型的钢结构部分生成穿孔定位信息，包括：

39、对于经优化调整后仍属于所述第一类冲突的钢筋，将其轴线延伸至所述钢管柱柱壁，确定穿入点和穿出点的三维坐标；

40、以所述穿入点和穿出点为中心，在所述钢管柱柱壁上开设钢筋穿孔；

41、对所述钢筋穿孔进行强度复核，计算开孔后所述钢管柱柱壁的净截面面积，并判断是否满足承载力要求，若不满足，调整所述钢筋穿孔的孔型或配置补强构件。

42、进一步的，所述步骤s6还包括：在所述深化设计模型中识别混凝土浇筑死角区域，并在所述死角区域周围的构件上生成透气孔和/或辅助浇筑孔的定位信息。

43、进一步的，所述步骤s7中，所述碰撞复验至少包括以下检查项：

44、穿孔区域是否与其他构件产生新的冲突；

45、混凝土浇筑空间是否满足最小流通截面要求；

46、当已对所述钢结构部分进行开孔设计时，则检查优化后的钢筋是否与开孔位置精确对位；

47、所述最终成果至少包括以下之一：优化后的所述深化设计模型、钢管柱预开孔加工详图、钢筋排布定位图、钢筋下料单、混凝土浇筑施工指导图。

48、一种逆作法钢管柱调垂控制系统，包括：

49、姿态感知单元，包括安装于钢管柱顶端的双轴激光测垂仪和设置于钢管柱底端的反射靶面，用于实时采集钢管柱在x方向和y方向的倾斜角数据；

50、数据处理与控制单元，为运行有建筑信息模型平台的处理终端，与所述姿态感知单元通信连接，用于接收所述倾斜角数据、解算实际轴线向量、生成纠偏信息，并驱动建筑信息模型平台进行动态可视化更新；

51、调垂执行单元，包括夹持钢管柱的调垂架、安装于所述调垂架上的多个调整器，以及与所述数据处理与控制单元连接的液压控制系统；

52、所述液压控制系统根据接收到的纠偏信息，驱动对应调整器进行伸缩，以调整钢管柱的姿态；

53、所述数据处理与控制单元持续接收纠偏后的实时姿态数据，形成全自动闭环控制，直至钢管柱达到竣工状态。

54、本发明的有益效果如下：

55、本发明的一种钢管柱与转换节点一体化施工方法，通过理论模型建立与基准数据提取、实际姿态数据与理论模型的动态关联与偏差确定、基于偏差的纠偏信息生成与实际轴线向量的空间约束基准存储、以空间约束基准为定位依据的深化设计模型建立、基于冲突类型的碰撞检测与分类、基于优先级规则的空间路径优化与穿孔定位信息生成、以及深化设计模型的碰撞复验与迭代更新，消除了钢管柱吊装就位阶段和上部转换节点施工阶段两个施工环节之间的数据断层，实现了“下部实测姿态→上部节点精准对位”的闭环，避免了传统施工中两个环节各自为政、信息割裂的问题。

56、该方法通过双轴激光测垂仪连续采集→建筑信息模型平台实时计算→自动输出纠偏量→施工执行→复测验证，形成以秒为周期的实时闭环，将单根钢管柱调垂时间从传统2~4小时缩短至20~40分钟。

57、该方法中的所有钢管柱柱壁开孔均基于建筑信息模型平台精确设计、在工厂内完成，定位精度从厘米级提升至毫米级，避免了现场火焰切割对钢管柱力学性能和防腐层的损伤。

58、该方法通过在建筑信息模型平台中预判混凝土死角区域并设置透气孔和辅助浇筑孔，从根本上消除了密集钢筋区混凝土不密实的隐患。

59、该方法通过将所有冲突均在建筑信息模型平台中事前发现并解决，避免了传统施工中“遇到问题再处理”的被动模式。