一种用于幕墙连接节点的安装调节方法及系统

本发明涉及多曲面幕墙施工，具体为一种用于幕墙连接节点的安装调节方法及系统。

背景技术：

1、幕墙结构作为建筑外围护体系的重要组成部分，广泛应用于机场航站楼、体育场馆、超高层建筑等大型公共建筑中。随着建筑设计日益追求曲面造型与视觉通透性，双曲扭转、空间倾斜等异形幕墙板块的应用愈发普遍；此类板块在加工及安装过程中，其四个角点往往不处于同一空间平面内，存在固有的几何翘曲特征；在将此类翘曲板块通过连接节点固定至主体结构时，连接节点的三维空间位姿的确定直接决定了板块的安装精度、连接节点的长期安全性能以及密封防水体系的服役寿命。

2、现有技术中，针对幕墙连接节点的安装调节，现有技术普遍采用以设计蓝图提供的理论空间坐标为唯一基准的、对所有板块统一适用的装配方法，在此基础上，部分现有技术引入了有限元分析手段，在安装前对幕墙整体结构进行荷载模拟，校核在风荷载及自重作用下各连接节点的应力分布，据此对连接件的截面尺寸或螺栓强度等级进行统一调整或分区域加强；

3、但现有技术中，并未针对同一幕墙内不同姿态的板块进行划分，对所有板块的调节逻辑完全一致，导致实际加工过程中，翘曲板块的四角实际空间坐标与理论坐标之间存在非均匀的空间偏离，现有技术将板块上所有连接节点均强行对准至理论坐标进行锁固，实质上是对板块施加了强制弹性压平，该压平过程中产生的翘曲回弹应变能无法通过现有调节方法释放，而是全部转化为连接节点内部的初始装配应力，同时，其调节过程未根据受力反馈对调节姿态进行修正，因此无法识别或量化螺栓根部因翘曲回弹而产生的应力影响；导致板块连接部位的螺栓在服役期内承受的交变应力幅值显著增大，加速了螺纹副微动磨损进程，导致连接节点疲劳松脱，以增加建筑施工风险。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于幕墙连接节点的安装调节方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、获取待安装幕墙模型中各板块四个角点的空间坐标，并据其计算各板块的翘曲几何特征参数；

4、针对任一板块，根据其翘曲几何特征参数，构建该板块的翘曲刚度张量并进行特征值分解，得到三个特征值及对应的特征向量；

5、针对任一板块，计算其在模拟温差下最大特征值所对应特征向量与未施加温差前最大特征值所对应特征向量之间的方向夹角，以作为该板块的热漂移角；

6、针对任一板块，根据其特征值计算其翘曲各向异性指数，并基于翘曲各向异性指数与热漂移角，将所有板块逐一划分至准平面协调型或强扭转翘曲型，对于归属于准平面协调型的板块，采用三点调平法对其进行安装；

7、对于归属于强扭转翘曲型的任一板块，设定其初始预紧力，并以其各连接节点的水平转角、竖直转角及螺杆伸缩量作为优化对象以构建姿态向量，基于初始预紧力，对该板块内处于各姿态向量下的连接节点进行预紧模拟，以得到该板块内各连接节点在不同姿态向量下的应变值，并据此计算该板块内各连接节点在不同姿态向量下的偏心力矩矢量，以偏心力矩矢量最小化为优化目标，通过优化算法确定该板块内各连接节点的最优姿态向量，并基于其进行安装。

8、进一步地，建立待安装幕墙模型的空间坐标系，将待安装幕墙模型内各板块映射在所述空间坐标系中，以确定待安装幕墙模型内各板块四个角点的空间坐标；

9、所述翘曲几何特征参数具体包括最短异面距离以及平均高斯曲率。

10、进一步地，针对任一板块，其翘曲刚度张量的构建逻辑如下：

11、1）：以该板块材料的面内弹性模量、截面惯性矩以及泊松比作为基础材料常数；

12、2）将该板块的最短异面距离除以其正方向投影面积后，再开平方以得到该板块的翘曲率；

13、3）以单位矩阵为基底，以该板块的平均高斯曲率与其正方向投影面积间乘积作为曲率增强因子，以常数1与该板块泊松比之和的0.5倍作为材料增强因子，将曲率增强因子与材料增强因子叠加至基底的对角项上，形成该板块的刚度基底矩阵；

14、4）将该板块的翘曲率、面内弹性模量和截面惯性矩三者乘积作为共同缩放因子，以对该板块的刚度基底矩阵进行整体缩放，构建其翘曲刚度张量。

15、进一步地，针对任一板块，其翘曲各向异性指数的计算逻辑如下：

16、对该板块的板块翘曲刚度张量进行特征值分解，以确定三个特征值，将三个特征值中的最大值与最小值之差作为分子，并将三个特征值的算术平均值作为分母，将分子除以分母所得比值作为该板块的翘曲各向异性指数。

17、进一步地，针对任一板块，其热漂移角的计算逻辑为：在该板块材料的面内弹性模量上附加一个与模拟温差数值呈负相关的温度修正系数后，重新执行翘曲刚度张量的构建及特征值分解过程，获取模拟温差条件下的最大特征值对应的特征向量，并计算其与未施加温差前最大特征值对应的特征向量间的方向夹角，以作为该板块的热漂移角。

18、进一步地，针对任一板块，若该板块同时满足如下条件，则将该板块归属于准平面协调型，否则将该板块归属于强扭转翘曲型；

19、条件1：该板块的翘曲各向异性指数不大于预设的应力集中阈值；

20、条件2：该板块的热漂移角不大于预设的摆动幅度阈值。

21、进一步地，针对任一连接节点，其所受的偏心力矩矢量计算逻辑如下：

22、将该连接节点在两个正交方向的应变值分别减去同方向下的初始零漂应变，得到该连接节点在两个正交方向的实际应变增量并先求平方和再开平方，以得到该连接节点的合应变幅值，初始零漂应变为连接节点在完全不受力状态下标定的应变值，以该连接节点处螺栓材料的弹性模量与螺栓杆部截面惯性矩的乘积作为力矩换算系数，以该力矩换算系数除以该连接节点处应变片粘贴半径后乘以所述合应变幅值，得到该连接节点处螺栓根部所受的偏心力矩矢量，即作为该连接节点所受的偏心力矩矢量。

23、进一步地，针对任一归属于强扭转翘曲型的板块，其姿态向量包括其内各连接节点的水平转角、竖直转角及螺杆伸缩量，以偏心力矩矢量最小化为优化目标，计算板块在任一姿态向量下的适应度函数值，具体所依据的逻辑如下：

24、以设计规范预设的螺栓允许最大偏心力矩作为第一归一化基准，计算板块内所有连接节点在这一姿态向量下的偏心力矩矢量均值与第一归一化基准的比值平方，以作为该板块在这一姿态向量下的力学偏载评价项；

25、确定板块四条胶缝在这一姿态向量下的理论压缩量，以四条理论压缩量中的最大值与最小值之差作为密封胶不均匀度，以设计标准胶缝宽度作为第二归一化基准，计算所述密封胶不均匀度与该第二归一化基准的比值平方，将该比值平方与预设权重系数的乘积作为板块在这一姿态向量下的密封胶均匀性评价项；

26、计算板块在这一姿态向量下的力学偏载评价项与密封胶均匀性评价项之和并取倒数，以作为板块在这一姿态向量下的适应度函数。

27、进一步地，通过遗传算法，确定任一板块对应的最优姿态向量，具体所依据的逻辑为：以该板块的姿态向量作为个体，姿态向量内所有连接节点的水平转角、竖直转角以及螺杆伸缩量作为基因，选择该板块的若干姿态向量形成初始种群，对初始种群中的个体进行选择、交叉和变异的迭代操作，计算每次迭代操作过程中各个体所对应的适应度函数值，当到达预设的最大迭代次数后，停止迭代操作，选取迭代操作中最大适应度函数值的姿态向量，以作为该板块内各连接节点的最优姿态向量。

28、本发明还提供一种用于幕墙连接节点的安装调节系统，用于执行上述的一种用于幕墙连接节点的安装调节方法，包括：

29、特征获取模块，用于获取待安装幕墙模型中各板块四个角点的空间坐标，并据其计算各板块的翘曲几何特征参数；

30、特征分解模块，用于针对任一板块，根据其翘曲几何特征参数，构建该板块的翘曲刚度张量并进行特征值分解，得到三个特征值及对应的特征向量；

31、热漂移检测模块，用于针对任一板块，计算其在模拟温差下最大特征值所对应特征向量与未施加温差前最大特征值所对应特征向量之间的方向夹角，以作为该板块的热漂移角；

32、板块分类模块，用于针对任一板块，根据其特征值计算其翘曲各向异性指数，并基于翘曲各向异性指数与热漂移角，将所有板块逐一划分至准平面协调型或强扭转翘曲型，对于归属于准平面协调型的板块，采用三点调平法对其进行安装；

33、最优姿态安装模块，用于对于归属于强扭转翘曲型的任一板块，设定其初始预紧力，并以其各连接节点的水平转角、竖直转角及螺杆伸缩量作为优化对象以构建姿态向量，基于初始预紧力，对该板块内处于各姿态向量下的连接节点进行预紧模拟，以得到该板块内各连接节点在不同姿态向量下的应变值，并据此计算该板块内各连接节点在不同姿态向量下的偏心力矩矢量，以偏心力矩矢量最小化为优化目标，通过优化算法确定该板块内各连接节点的最优姿态向量，并基于其进行安装。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过获取待安装幕墙模型中各板块四个角点的空间坐标，系统能够准确计算出各板块的翘曲几何特征参数；本发明通过引入翘曲刚度张量及其特征值分解，实现了对幕墙板块翘曲力学本质的精确量化与方向性表征；

35、此外，本方案通过对各板块施加预设的模拟温差，通过定义热漂移角，对板块在温差作用下的变形特性的量化，基于热漂移角结合翘曲各向异性指数对幕墙板块进行划分，实现了更加精细化的管理和调节，针对不同类型的板块采用不同的安装方法，提高了安装的精准度和效率，且增强了整个幕墙结构的安全性和耐久性；

36、本方案通过将连接节点的水平转角、竖直转角及螺杆伸缩量作为优化对象，构造以偏心力矩矢量最小化为优化目标的适应度函数，构建了以连接节点空间姿态为优化对象的闭环优化框架，从根本上改变了螺栓的受力状态，有效降低了螺栓偏载松脱与密封胶渗漏的风险，显著提升了幕墙结构在复杂曲面建筑中的长期服役安全性与可靠性。