大型體育場館大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的施工測量技術(shù)

冉 進(jìn) 周 旺 錢德波 王巍巍 李文博

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

1 工程概況

東安湖體育公園體育場項(xiàng)目位于成都市龍泉驛區(qū)東安湖片北側(cè)，單體建筑面積約120 000 m2，包括40 000座綜合體育場、熱身場及相關(guān)附屬工程等，整體造型呈圓形，如同飛碟一般漂浮于東安湖畔。

該工程作為體育文化綜合體，具有體量龐大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、造型新穎、曲面變化多變、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋跨度大、t種類多樣等顯著特點(diǎn)。

體育場屋蓋鋼結(jié)構(gòu)平面為正圓形，結(jié)構(gòu)形式為懸挑平面桁架+立面單層交叉網(wǎng)格。屋蓋結(jié)構(gòu)跨度290 m，內(nèi)空155 m，結(jié)構(gòu)高度48.7 m，懸挑長度45 m，懸挑端部高度2.5 m，桁架支座處高度13.31 m。6.95 m標(biāo)高單層交叉網(wǎng)格支座及28.255 m看臺柱頂桁架支座為萬向鉸支座。鋼結(jié)構(gòu)效果圖及剖面如圖1、圖2所示。

2 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量

圖1 鋼結(jié)構(gòu)效果圖

圖2 鋼結(jié)構(gòu)剖面

作為施工的依據(jù)，測量工作貫穿于整個鋼結(jié)構(gòu)施工過程，是鋼結(jié)構(gòu)施工最關(guān)鍵的技術(shù)工作之一。通過高精度的測量和校正，使得鋼構(gòu)件安裝到設(shè)計(jì)位置上，滿足絕對精度的要求，因此測量工作的通視、成果保護(hù)、高精度施測、正確的內(nèi)業(yè)計(jì)算和安全操作，是保證本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量以及工程進(jìn)度的關(guān)鍵[1-2]。

2.1 平面控制網(wǎng)的測設(shè)

平面測量采用平面控制法，按照“先整體后局部，先控制后碎部，高級控制低級”的原則，建立平面控制網(wǎng)，利用控制網(wǎng)進(jìn)行細(xì)部放線。

根據(jù)業(yè)主提供的3個坐標(biāo)控制點(diǎn)PC1、PC2、PC3及2個水準(zhǔn)點(diǎn)C33、C34，利用GPS（全球定位系統(tǒng)）靜態(tài)控制測量方法設(shè)置首級控制網(wǎng)（PC1、PC2、PC3、BM1、BM2、BM3、BM4、BM5、BM6、BM7、BM8）；再利用全站儀，以BM1、BM2、BM3為起始控制點(diǎn)，采取測閉合導(dǎo)線的方法設(shè)置二級控制網(wǎng)，進(jìn)行加密施測，以方便鋼結(jié)構(gòu)測量施工。在滿足測量精度要求的同時，布設(shè)的二級控制點(diǎn)需覆蓋整個圓形體育館區(qū)域且通視，并測定其高程作為水準(zhǔn)基點(diǎn)。

在整個工程施工期間，需對控制點(diǎn)做好防護(hù)措施，保證控制網(wǎng)點(diǎn)位的穩(wěn)定可靠。首級控制網(wǎng)及二級加密控制網(wǎng)如圖3、圖4所示。

圖3 場區(qū)平面控制網(wǎng)

圖4 鋼結(jié)構(gòu)測量控制點(diǎn)布置

平面控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)均分為兩級。首級控制網(wǎng)為長期保存的高精度整體控制網(wǎng)，采用GPS靜態(tài)觀測，精度按城市一級導(dǎo)線控制；二級控制網(wǎng)為配合各項(xiàng)工程施工的半永久性施工控制網(wǎng)，采用全站儀觀測，精度按城市二級導(dǎo)線控制。

為便于本工程施工，首級及二級導(dǎo)線點(diǎn)采用平面坐標(biāo)高程點(diǎn)。首級平面控制網(wǎng)導(dǎo)線點(diǎn)上高程采用國家二等水準(zhǔn)進(jìn)行測量，測量結(jié)果作為二級高程控制網(wǎng)起算點(diǎn)；二級平面控制網(wǎng)導(dǎo)線點(diǎn)上高程采用國家三等水準(zhǔn)進(jìn)行測量，作為建筑物平面施工的基準(zhǔn)。

鋼結(jié)構(gòu)測量控制點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場拼裝區(qū)的具體拼裝位置選擇，并設(shè)置加密測量控制點(diǎn)。每個拼裝覆蓋區(qū)至少3個測量控制點(diǎn)，用于構(gòu)件拼裝定位。

控制點(diǎn)應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)硬、便于長期保存和使用方便的地方，埋設(shè)方式同軸線控制樁。點(diǎn)位應(yīng)便于尋找、引測、視野范圍廣、不受擾動破壞，最后用鋼管圍護(hù)保存，刷好紅白油漆并做標(biāo)識標(biāo)牌。

2.2 地面拼裝測量

1）地面放樣。根據(jù)桁架的幾何結(jié)構(gòu)及深化設(shè)計(jì)詳圖，利用經(jīng)緯儀在拼裝場地上放出桁架上、下弦桿的地面投影控制線，將弦桿分段（拼接）點(diǎn)、腹桿與上、下弦桿軸線交點(diǎn)作為控制特征點(diǎn)，在拼裝平臺內(nèi)放出各特征點(diǎn)的地面投影點(diǎn)，最后將設(shè)計(jì)三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相對坐標(biāo)系，采用極坐標(biāo)法用經(jīng)緯儀檢查復(fù)核（圖5）。

2）胎架定位放樣。利用經(jīng)緯儀精確測定胎架位置，作出十字線。胎架搭設(shè)完畢后，用水準(zhǔn)儀校正胎架上部調(diào)節(jié)構(gòu)件頂面高度，確保同一水平構(gòu)件下部所有胎架頂齊平。用水準(zhǔn)儀確定胎架特征點(diǎn)的標(biāo)高，根據(jù)理論數(shù)據(jù)對胎架進(jìn)行調(diào)整，使誤差在微調(diào)范圍內(nèi)（圖6）。

圖5 地面投影點(diǎn)放樣

圖6 胎架定位放樣

3）桁架單元件就位。使用鋼尺檢測單個待拼單元件的長度、端面的幾何尺寸，根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖，將單元件吊上胎架并按編號排放好，保證待拼構(gòu)件的位置準(zhǔn)確后再進(jìn)行臨時固定，吊線錘檢測桁架分段拼接點(diǎn)平面位置并調(diào)整（圖7）。

4）散件就位。補(bǔ)充桁架分段之間的散件，根據(jù)左、右桁架分段弦桿的點(diǎn)位標(biāo)記，進(jìn)行整體位置關(guān)系的測量并調(diào)整（圖8）。

圖7 桁架單元件就位

圖8 散件就位

5）焊接固定。構(gòu)件調(diào)整固定后，根據(jù)待拼件上的點(diǎn)位標(biāo)記及地面投影點(diǎn)，使用鋼尺、吊線錘等進(jìn)行檢測，用點(diǎn)焊固定并將檢測數(shù)據(jù)保存，與設(shè)計(jì)圖紙比較分析。如構(gòu)件不符合要求，則進(jìn)行調(diào)整；若符合要求，則進(jìn)行焊接。

6）焊后檢測。焊接完成后，對桁架進(jìn)行全面檢測。將檢測數(shù)據(jù)記錄存檔，并與焊接前的檢測數(shù)據(jù)對照分析，確定其變形程度。分析變形原因，以便在下一個桁架拼裝中能夠盡可能減小拼裝誤差。

2.3 整體吊裝測量

桁架拼裝完成后，利用全站儀將桁架定位點(diǎn)引至支撐平臺，并在支撐鋼板上畫十字中心線來控制桁架就位。

整拼吊裝前，對整拼桁架尺寸及就位標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，同時對桁架就位點(diǎn)支撐柱間的間距和標(biāo)高進(jìn)行測量，確保桁架順利就位。桁架吊裝時，在地面架設(shè)全站儀，進(jìn)行全程觀測。在桁架測量控制點(diǎn)弦桿上張貼反光片，對桁架就位點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，確保桁架順利就位。

桁架吊裝過程中，對每榀桁架空間位置實(shí)時監(jiān)控，建立測量臺賬。記錄每榀桁架誤差實(shí)際值并與計(jì)算模型進(jìn)行對比分析，根據(jù)分析結(jié)果對拼裝間隙進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減小整體累積誤差對屋蓋結(jié)構(gòu)的影響。

桁架安裝后，對桁架直線度、標(biāo)高進(jìn)行調(diào)校，再利用纜風(fēng)繩將桁架固定，固定后吊車脫鉤，然后利用全站儀進(jìn)行復(fù)測，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時解決。

3 質(zhì)量控制點(diǎn)選擇

3.1 拼裝測量控制點(diǎn)選擇

拼裝單元尺寸檢查控制點(diǎn)采用坐標(biāo)及平面尺寸結(jié)合的形式，通過復(fù)核控制點(diǎn)坐標(biāo)以及關(guān)鍵部位平面尺寸，來控制其拼裝的精確性。

1）單層交叉網(wǎng)格柱。單層交叉網(wǎng)格柱設(shè)置4個坐標(biāo)控制點(diǎn)來保證其拼裝完成后的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)無誤，并通過復(fù)核頂部鑄鋼件與底部支座以及底部錐管間的平面尺寸，確保拼裝單元準(zhǔn)確無誤（圖9）。

2）主桁架。主桁架設(shè)置3個坐標(biāo)控制點(diǎn)用以保證其拼裝完成后的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)無誤，并通過復(fù)核鐘形節(jié)點(diǎn)與兩邊桿件端部間的平面尺寸，以此確保拼裝單元準(zhǔn)確無誤（圖10）。

圖9 單層交叉網(wǎng)格柱拼裝單元

圖10 主桁架拼裝單元

3）懸挑桁架。懸挑桁架設(shè)置3個坐標(biāo)控制點(diǎn)來保證其拼裝完成后的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)無誤，并通過復(fù)核上弦桿長度以及上、下弦桿間的平面尺寸，確保拼裝單元準(zhǔn)確無誤（圖11）。

圖11 懸挑桁架拼裝單元

3.2 吊裝單元測量控制點(diǎn)選擇

測量控制點(diǎn)分為關(guān)鍵控制點(diǎn)、輔助控制點(diǎn)以及次要控制點(diǎn)。各拼裝單元的具體測量控制點(diǎn)位布置如圖12～圖14所示。

圖12 大人字拼裝單元點(diǎn)位布置

圖13 主桁架拼裝單元點(diǎn)位布置

圖14 懸挑桁架拼裝單元點(diǎn)位布置

4 結(jié)語

通過采取本文所述的測量控制技術(shù)，成都東安湖體育公園體育場項(xiàng)目的大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋取得了良好的實(shí)施效果，既保證了施工質(zhì)量，又提高了施工效率。通過前期平面控制網(wǎng)測量、鋼結(jié)構(gòu)單元地面拼裝測量、鋼結(jié)構(gòu)吊裝測量及測量控制點(diǎn)選取等方面的闡述，可為同行提供有關(guān)大型體育場館大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋測量施工的成功經(jīng)驗(yàn)。

[1] 張騰龍,桂宇飛,李偉男.復(fù)雜超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測量技術(shù)[J].建筑 技術(shù),2014,45(7):92-93.

[2] 劉玉會.大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋工程施工測量技術(shù)[J].科技資訊,2014 (19):57.