大跨度橢圓形弦支穹頂鋼屋蓋測量施工技術

□文/張永坡 李學順 張俊鐸 尚 智 馮志強

1 工程概況

天津中醫藥大學新建體育館共有5 035個座位，建筑面積17 420 m2，建筑造型為橢圓形建筑，建筑總高度23.8 m。

工程主體結構形成為框架混凝土結構，主體1層，局部4層，主體混凝土柱分為圈，外圈混凝土柱共32根，柱頂標高16.13～21.9 m。內圈不連續混凝土柱共26根（北側場館入口處抽空6根混凝土柱），柱頂標高為20.14～21.9 m，見圖1。

圖1 內外圈混凝土柱和抽空6根柱

鋼屋蓋結構由大跨度弦支穹頂和平面異形桁架兩部分組成。弦支穹頂平面布置外部尺寸：長軸120 m，短軸100 m。內部尺寸：長軸92.2 m，短軸73 m，矢高6.5 m。

弦支穹頂由417個焊接球，1 921根桿件焊接成單層網殼與下部的預應力構件（撐桿、徑向拉桿及預應力環向拉索）構成結構體系，坐落在兩圈58根標高多變的混凝土柱頂上，經徑向張拉，使鋼屋蓋形成空間穩定受力結構體系，見圖2。

圖2 外圍桁架與穹頂連接圖

平面異形桁架就是建筑外圍裝飾鋼結構，由32榀“怪異7字型”平面桁架組成外部造型，下部與混凝土柱上的預埋件焊接，上部與弦支穹頂鋼結構焊接，形成穩定結構體系，見圖3。

圖3 外圍桁架與混凝土柱連接

2 測量方案的確定

鋼屋蓋的測量放線定位，與鋼屋蓋的安裝施工方法和安裝順序有著直接關系。為保證鋼屋蓋軸線點位的精確首先要確定鋼屋蓋的安裝方法和順序。

2.1 鋼屋蓋的施工安裝方法

采用盤扣式滿堂紅支承架體，高空原位散裝對接安裝。

2.2 鋼屋蓋的安裝順序

先安裝外圍平面異形桁架的水平段，再安裝平面異形桁架的垂直段，然后安裝焊接環向桿件，使外圍桁架形成穩定的空間體系，頂部弦支穹頂由外向內分環逐步安裝，見圖4。

圖4 外圍桁架安裝

安裝弦支穹頂單層網殼，由最外圈（第10環）逐圈向內安裝至最內圈（第1環），弦支穹頂單層網殼形成后，再安裝網殼下部的預應力構件，再進行預應力環向張拉和徑向張拉，形成了完整的屋蓋結構。

3 測量的重難點

1）地面控制網向高空控制網傳遞，形成高空控制網。

2）高空球節點的精準測量定位。

3）傾斜或斜交的空間結構，高空作業測量精度要求高，測量作業量大。

4 建筑物控制網的建立

4.1 一級控制網建立

根據施工現場平面圖和天津市一級控制點的標高和坐標，對現存的基準點進行復測，驗證基準點數據資料的準確性，確定為一級控制網。一級控制網共計8個永久控制點，在施工過程中要加強對控制點的保護管理，見圖5。

圖5 土建工程控制平面

4.2 二級控制網建立

根據土建工程控制點，建立由2#～9#控制點組成的地面二級控制網，見圖6。它主要是對預埋件、桁架支座的定位測量。2#～9#控制點在放射線外10 m處，高出自平地坪500 mm，周圍加設防護欄桿，見圖6。

圖6 地面控制網平面

4.3 三級控制網建立

根據二級控制網，在內外混凝土框柱之間的放射線中心點，建立向上傳遞位置的8個地面測量控制點，見圖7。引測4個水準控制點，形成三級控制網（高程控制網）。三級控制網高出網殼最高端1 m，保證能夠通視。高程控制網主要是為焊接球定位測量、張拉監測，網殼完成后進行復測而建立，也是測量工作的重要環節，見圖8。

圖7 8個地面測量控制點

圖8 高程控制點

4個水準控制點，組成水準基點組。構成閉合路線，各點間的高程進行往返觀測，閉合路線的閉合誤差應n為測站數）。

水準測量作業結束后，每條水準路線須以測段往返高差不符值計算每千米水準測量高差的偶然中誤差和全中誤差。

式中：M△為高差的偶然中誤差，mm；△為水準路線測段往返高差不符值，mm；L為水準測段長度km；n為往返測的水準路線測段數。

式中：MW為高差的全中誤差，mm；W為閉合差；L為計算各W時，相應的路線長度，km；N為附合路線或閉合路線環的個數。

5 預埋件的測量定位

5.1 預埋件平面定位方式

外圈混凝土柱上預埋件，根據相應混凝土柱軸心坐標加上預埋件所屬標高確定預埋件三維坐標值。預埋件軸線偏移量允許值為2.0 mm。

5.2 預埋件的標高控制

對基礎面的高程控制，采用水準儀常規高差測量，直接測得預埋件的標高：首先采用水準儀對先前施工的每一個預埋件進行復測并對埋件的四個角進行標高復測。以實測的水平標高為依據來調整埋件高度，使四點達到設計標高。

6 平面異形桁架安裝的定位測量

6.1 桁架經度的控制

桁架經度、垂直度采用經緯儀控制。圓心、柱根軸線、控制線在一條直線上。經緯儀放置在控制線上，照準控制線，翻轉目鏡照準柱根軸線，復核合格后鎖定目鏡。上下調節目鏡，照準桁架，控制桁架經度、垂直度。32條控制線應在基礎完成后，首層施工前完成引測，可以在硬化道路上彈墨線。因現場條件不能滿足彈設控制線，故設置了控制點，保證圓心、柱根軸線、控制點在一條線上。

6.2 桁架的高程控制

高程控制采用水準儀測量，以柱子上1m線為基點，4個基準點經閉合復核后，對焊接球、桁架的標高控制。

7 單層鋼網殼高空散裝的定位測量

采取CAD輔助測量方法進行網殼節點測量。通過深化設計計算確定單層網殼每個球中心點初始位置，如編號 HQ-004-18 坐標（Y=89 082.820，X=281 116.911，Z=23 283）。

在觀測臺上架設全站儀并對中整平，初始化后檢查儀器設置：氣溫、氣壓、棱鏡常數。以編號HQ-004-18焊接球為例，輸入14#站點的坐標，輸入15#后視點坐標，完成建站。將焊接球下方P點坐標輸入全站儀，P點坐標與該球的水平方向相同，標高在該球下方焊接球半徑+100 mm處，即為在球在鋼板上的投影點，見圖9。利用定位胎架，調節標高及鋼板水平位置，進行精確調整，對P點定位放樣。

圖9 焊接球定位

球心投影點（P點）定位后在鋼板上彈線十字線，在十字線上按照鋼管半徑做好標記，焊接鋼短管（10 mm厚φ299 mm、10 mm厚φ219 mm），使鋼短管圓心為十字線中心，放置焊接球后，定位點即為焊接球中心平面投影點，作為平面控制依據；鋼板定位點標高+138 mm+焊接球半徑即為焊接球中心標高。以此類推，完成其他焊接球的定位、放樣。見圖10。

圖10 球定位胎架

8 結語

網殼拼裝后，縱橫向長度偏差為5 mm，最大撓度值為16 mm，滿足規范和設計要求。張拉完成后最大起拱值為59 mm，與設計值僅有8 mm的誤差，滿足設計要求。通過該套測量技術的應用，很好地完成了天津中醫藥大學鋼結構工程的施工測量工作，測量精度完全滿足設計和規范的要求。

[1]GB 50755—2012，鋼結構工程施工規范[S].

[2]GB 20205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[3]GB 50026—2007，工程測量規范[S].