大型體育場(chǎng)管桁架施工測(cè)量技術(shù)探討

上海寶冶集團(tuán)有限公司 上海 200941

引言

安陽(yáng)市文體中心建設(shè)工程項(xiàng)目體育場(chǎng)地處安陽(yáng)市文昌大道以南、中華路以東。該單體設(shè)置40000座席，建筑高度46.9m，總面積約39792m2。該體育場(chǎng)外形經(jīng)典，形體大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體水平投影面形狀為一個(gè)橢圓形。地上4層，無(wú)地下室，看臺(tái)為混凝土框架結(jié)構(gòu)，罩棚為鋼結(jié)構(gòu)懸挑結(jié)構(gòu)，分為主承重結(jié)構(gòu)體系、屋面立面支撐體系、屋面立面環(huán)梁結(jié)構(gòu)體系三大部分。主承重結(jié)構(gòu)由76榀正三角形管桁架組成，最大跨度45m。

根據(jù)安陽(yáng)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝和施工順序，施工測(cè)量的主要內(nèi)容有：施工控制網(wǎng)布設(shè)、胎架，管桁架拼裝測(cè)量、支撐胎架測(cè)量、主桁架和尾桁架定位測(cè)量、支撐胎架卸載變形監(jiān)測(cè)等。

1 施工控制網(wǎng)的布設(shè)

1.1 平面和高程控制點(diǎn)測(cè)量

控制網(wǎng)布設(shè)是最基本，也是最重要的施工測(cè)量工作[1]。施工場(chǎng)地有限，在施工控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)，測(cè)量控制點(diǎn)精度、數(shù)量、位置和是否方便使用，需要精心科學(xué)合理設(shè)計(jì)。若測(cè)量控制點(diǎn)數(shù)量過(guò)少，無(wú)法全面、精確對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行控制，還可能造成控制點(diǎn)離構(gòu)件定位點(diǎn)過(guò)遠(yuǎn)或無(wú)法通視，需要進(jìn)行加密控制點(diǎn)使定位誤差較大；若測(cè)量控制點(diǎn)過(guò)多，不僅浪費(fèi)測(cè)量資源還會(huì)造成控制網(wǎng)邊長(zhǎng)較短，形成以短控長(zhǎng)的不利觀測(cè)條件[2]。

控制點(diǎn)的位置選擇應(yīng)避開地下管線，拼裝作業(yè)區(qū)，遠(yuǎn)離大型施工機(jī)械運(yùn)行路線。經(jīng)實(shí)地踏勘并結(jié)合施工場(chǎng)地布置圖和體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)形狀，在體育場(chǎng)的外圍布置6個(gè)，內(nèi)場(chǎng)布置3個(gè)控制點(diǎn)，組成的平面和高程鋼結(jié)構(gòu)施工控制網(wǎng)如圖1所示。為了提高控制網(wǎng)精度，消除儀器和棧板對(duì)中的誤差，6個(gè)控制點(diǎn)都采用強(qiáng)制對(duì)中方式設(shè)置如圖2。

圖1 體育場(chǎng)施工控制網(wǎng)

圖2 強(qiáng)制對(duì)中控制點(diǎn)

1.2 控制網(wǎng)的保護(hù)

為了保證在施工全過(guò)程中測(cè)量控制網(wǎng)的保存和穩(wěn)定。控制點(diǎn)埋設(shè)在凍土層一下，現(xiàn)澆1.2m×1.2m混凝土標(biāo)石基礎(chǔ)，同時(shí)鐵欄桿加以圍護(hù)，并標(biāo)示明顯標(biāo)記。

1.3 控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)

為監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)穩(wěn)定狀況，保證觀測(cè)精度一致，平面和高程控制網(wǎng)每三個(gè)月進(jìn)行1次復(fù)測(cè)，每次復(fù)測(cè)使用同一臺(tái)儀器，用同樣方法和技術(shù)要求觀測(cè)，內(nèi)業(yè)用同樣方法進(jìn)行平差。對(duì)控制網(wǎng)的穩(wěn)定情況準(zhǔn)確掌握，為施工測(cè)量工作提供保障。

2 胎架和管桁架拼裝測(cè)量

2.1 胎架拼裝

對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，原素土層壓實(shí)，鋪300mm厚級(jí)配碎石，碾壓整平。用全站儀按原始控制點(diǎn)布設(shè)各拼裝區(qū)域加密控制點(diǎn)及高程，放樣出拼裝胎架各支撐點(diǎn)位置與高程，根據(jù)構(gòu)件重量級(jí)選用H200×200×8×12搭設(shè)胎架，如圖3所示。

圖3 體育場(chǎng)拼裝胎架

2.2 管桁架拼裝

構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行管桁架拼裝，汽車吊順序?qū)⑸稀⑾孪覘U吊至拼裝胎架支撐點(diǎn)位上，用全站儀復(fù)測(cè)無(wú)誤后將桿件臨時(shí)固定于胎架之上，吊裝弦桿及腹桿，可采用手拉葫蘆進(jìn)行局部位移調(diào)整，拼裝完成復(fù)測(cè)無(wú)誤后進(jìn)行整體焊接。預(yù)拼裝完成后，第三方認(rèn)證檢測(cè)合格后用皮尺、水平尺等測(cè)量工具，對(duì)完成桁架進(jìn)行對(duì)角線、垂直度、彎弧度等進(jìn)行終檢，檢測(cè)合格后完成脫胎工作。

3 管桁架屋面的安裝測(cè)量

3.1 臨時(shí)支撐胎架測(cè)量

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙坐標(biāo)預(yù)埋每榀內(nèi)場(chǎng)和外場(chǎng)臨時(shí)支撐底座埋件，臨時(shí)支撐構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)行拼裝帶拼裝完成后，在底座埋件上焊接底座，底座完成后再吊裝拼裝好的臨時(shí)支撐，進(jìn)行位置，垂直度校正，并焊接好支撐主桁架支撐模板，模板標(biāo)高為下弦端點(diǎn)底標(biāo)高，并放出下弦支撐位置，以便主桁架吊裝定位。

3.2 屋面主桁架和墻面桁架定位測(cè)量

將拼裝好的主桁架吊到支撐模板下弦支撐點(diǎn)位，全站儀提前架好，后視完測(cè)量上弦端點(diǎn)坐標(biāo)，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)行校正調(diào)節(jié)，直至誤差到允許誤差范圍內(nèi)，進(jìn)行焊接加固，加焊加固好后，吊車摘鉤后再實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若誤差在允許范圍以內(nèi)，再進(jìn)行尾桁架吊裝，拉桿，次桁架，環(huán)桁架焊接拼裝。

如圖4所示，A、B、C點(diǎn)為桁架上弦中心線端頭點(diǎn)；D1、D2為桁架下弦中心線端頭點(diǎn)。利用全站儀測(cè)量桁架的A、B、C、D1、D2五個(gè)細(xì)部控制點(diǎn)空間坐標(biāo)，具體操作如下：

（1）利用Tekla或CAD三維軟件獲得上述控制點(diǎn)坐標(biāo)；

（2）在適當(dāng)?shù)奈恢眉茉O(shè)全站儀，并精確調(diào)平，建立測(cè)站；

（3）小棱鏡的司尺人員在一個(gè)已知控制點(diǎn)上架設(shè)Min小棱鏡，然后工作站（操作全站儀的地點(diǎn)）的人員將本項(xiàng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置到符合測(cè)量的狀態(tài)（如棱鏡的常數(shù)等等）；照準(zhǔn)Mini小棱鏡進(jìn)行測(cè)量定向；

（4）照準(zhǔn)各測(cè)量細(xì)部點(diǎn)上的反光貼中心進(jìn)行觀測(cè)調(diào)整，直至滿足要求。

圖4 管桁架定位測(cè)量示意圖

4 支撐胎架卸載變形監(jiān)測(cè)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)及懸挑鋼結(jié)構(gòu)安裝的普遍做法是對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分段吊裝，結(jié)構(gòu)安裝、校正、焊接完成后，再進(jìn)行臨時(shí)支撐架體系卸載。支撐架體系卸載的過(guò)程實(shí)際是結(jié)構(gòu)由支承體系向自承重體系轉(zhuǎn)化的過(guò)程[3]。因此，支撐卸載工作關(guān)系到結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量和施工安全，十分關(guān)鍵。

本項(xiàng)目采用MIDAS GEN結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)卸載過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)卸載方案進(jìn)行優(yōu)化分析，結(jié)合施工場(chǎng)地的實(shí)際條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定最終卸載方案。在卸載工程中要遵循分階段卸載、變形協(xié)調(diào)、逐級(jí)循環(huán)進(jìn)行。在卸載時(shí)，支撐胎架分級(jí)同步卸載，按變形大的先進(jìn)行卸載，變形小的后進(jìn)行卸載，以免引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力突然變化同時(shí)需要確保結(jié)構(gòu)體系內(nèi)的桿件應(yīng)力在允許應(yīng)力范圍內(nèi)，避免支撐的內(nèi)力出現(xiàn)屈服、破壞現(xiàn)象同時(shí)避免下部看臺(tái)梁因內(nèi)力過(guò)大出現(xiàn)過(guò)寬裂紋，甚至破壞。

根據(jù)本項(xiàng)目自承重體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，懸挑段為變形最大位置，因此整體卸載要從內(nèi)圈臨時(shí)支撐位置開始，向外側(cè)四叉支撐柱方向進(jìn)行。按結(jié)構(gòu)分析確定的卸載量大小，先對(duì)結(jié)構(gòu)變形較大處的臨時(shí)支撐上部的標(biāo)高調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行卸載調(diào)整，再對(duì)結(jié)構(gòu)變形最小處的臨時(shí)支撐上部的標(biāo)高調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行卸載調(diào)整，按此順序依次進(jìn)行，直至結(jié)構(gòu)體系完全受力。卸載主要通過(guò)切割支撐短柱來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)計(jì)算，桁架卸載最大下?lián)?07mm，卸載共分5次進(jìn)行。每次使用割刀割除頂部支撐約20mm，待主結(jié)構(gòu)完全穩(wěn)定后間隔30分鐘，觀察結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性。卸載時(shí)需嚴(yán)格按照規(guī)定卸載量分級(jí)卸載，保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，過(guò)程中需測(cè)量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常位移，需停止卸載，分析結(jié)構(gòu)位形變化特點(diǎn)，調(diào)整卸載順序及卸載量，直至桁架脫離支撐系統(tǒng)[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

空間懸挑管桁架罩棚廣泛地應(yīng)用于大型體育場(chǎng)中，管桁架的拼裝難度大、精度要求高，且在安裝前后需要分別同土建和裝飾專業(yè)進(jìn)行工序交接，對(duì)結(jié)構(gòu)安裝精度有著極高的要求。通過(guò)測(cè)量技術(shù)對(duì)管桁架的拼裝與安裝進(jìn)行控制，重點(diǎn)把控施工控制網(wǎng)的布設(shè)、管桁架拼裝測(cè)量、支撐胎架測(cè)量、主桁架和尾桁架定位測(cè)量、支撐胎架卸載變形監(jiān)測(cè)等。