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國家體育場鋼結(jié)構(gòu)卸載變形測量技術(shù)實(shí)踐

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    劉增希 秦長利 龍正武 李久林 邱德隆 萬里程

    摘 要：本文結(jié)合國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程卸載變形測量實(shí)踐，介紹了該工程變形測量的基本特點(diǎn)和方法，供從事施工測量和相關(guān)技術(shù)人員參考。
    關(guān)鍵詞：卸載；變形點(diǎn)；監(jiān)測
    1工程概況
    國家體育場主體鋼結(jié)構(gòu)，采用78個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)（塔架）分段（共分成182段）高空散裝焊接而成。在主體鋼結(jié)構(gòu)合攏后，需對臨時(shí)支撐塔架進(jìn)行分階段整體卸載，使鳥巢鋼結(jié)構(gòu)屋面由臨時(shí)塔架的支撐逐步轉(zhuǎn)換為自身承重狀態(tài)。（見圖1）

    國家體育場鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載工程總卸載量大，屋蓋總面積約6萬平方米、卸載噸位約1.4萬噸，卸載點(diǎn)數(shù)較多，根據(jù)設(shè)計(jì)要求鋼結(jié)構(gòu)整體分級同步卸載，嚴(yán)格進(jìn)行比例控制，鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載步驟共分為七大步，每一大步分為五小步，支撐力最大點(diǎn)卸載噸位約300噸，卸載工作有一定的難度。為了能夠確保卸載工作的安全，及時(shí)了解卸載過程中每一個(gè)步驟鋼構(gòu)件的變形情況是否與設(shè)計(jì)的油缸升降數(shù)據(jù)量同步升降，需要對鋼結(jié)構(gòu)卸載前、后進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測，卸載過程中隨卸載過程作跟蹤變形監(jiān)測，并即時(shí)向卸載指揮中心提交監(jiān)測成果，為決定下一步卸載動(dòng)作提供依據(jù)。
    2變形觀測點(diǎn)的位置
    卸載過程中鋼結(jié)構(gòu)變形最大的部位是內(nèi)環(huán)桁架梁，根據(jù)《國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程支撐塔架卸載監(jiān)測方案》的要求，在主結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)桁架梁0度、90度、180度和270度四個(gè)軸線方向及四個(gè)像限的45度方向附近上、下弦各置一個(gè)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測點(diǎn)，并盡可能讓同一方向線上的上、下弦監(jiān)測點(diǎn)處在同一垂直線上，主結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)桁架梁共布設(shè)16個(gè)監(jiān)測點(diǎn)（見圖2）。另外在東、西、南、北方向四個(gè)支撐塔架上，各布設(shè)了一個(gè)支撐塔架變形監(jiān)測點(diǎn)，總共布設(shè)了20個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

    3變形測量方法的選擇
    由于卸載步驟為每小時(shí)進(jìn)行一步，其中包括油缸升降、對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測、監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算及對三個(gè)監(jiān)測單位的數(shù)據(jù)匯總分析整理，并報(bào)告信息中心，信息中心專家綜合研究確定下一步卸載動(dòng)作并報(bào)告指揮部，由指揮部下達(dá)卸載指令。卸載過程中出于安全原因結(jié)構(gòu)上面不能有人，觀測數(shù)據(jù)又必須在20分鐘內(nèi)提交信息中心，時(shí)間很緊，要求監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)，立棱鏡不僅不安全而且速度慢，時(shí)間來不及，還有棱鏡的對點(diǎn)誤差也會(huì)影響到位移精度，因此我們決定用貼反射片的方式來設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，用三臺(tái)儀器同時(shí)觀測。反射片雖然測距精度低一些，但同一點(diǎn)兩次觀測的觀測值是同精度的，因此這一點(diǎn)位移量的精度是高的。由于現(xiàn)場條件無法滿足儀器視線垂直于監(jiān)測點(diǎn)反射片的要求，為了了解觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，卸載前七天左右在模擬條件進(jìn)行了測試。首先在地面上，采取旋轉(zhuǎn)反射片使儀器視線與反射片形成不同角度，檢查返回信號的強(qiáng)弱和測距精度；然后在現(xiàn)場將返射片設(shè)置在偏角和傾角最大的監(jiān)測點(diǎn)上，用兩臺(tái)儀器進(jìn)行多次觀測和數(shù)據(jù)對比。隨后又選用三臺(tái)精度基本相同的全站儀，分別由三個(gè)人在三個(gè)控制點(diǎn)上架設(shè)儀器，選擇不同的時(shí)間段同時(shí)對所有監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測，將所觀測的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同點(diǎn)的兩組觀測數(shù)據(jù)之間最大差值為2mm。可以滿足卸載監(jiān)測需要。
    4變形測量實(shí)施
    4.1變形測量程序和方法
    在卸載前三天開始，連續(xù)三天對所有監(jiān)測點(diǎn)分早、中、晚三次觀測，同時(shí)記錄時(shí)間和溫度，掌握鋼結(jié)構(gòu)日變形情況。從卸載開始～卸載結(jié)束，對變形監(jiān)測點(diǎn)的觀測頻率嚴(yán)格按照總指揮部下達(dá)的指令進(jìn)行觀測，卸載過程中共觀測了24次。為了確保觀測數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，每一監(jiān)測點(diǎn)均由兩臺(tái)儀器同時(shí)監(jiān)測，每一步卸載監(jiān)測工作的時(shí)間必須在20分鐘內(nèi)完成。數(shù)據(jù)采集時(shí)，儀器自動(dòng)采集和人工記錄同時(shí)進(jìn)行。對兩種方法采集的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理并對結(jié)果進(jìn)行核對無誤后，再與其他兩臺(tái)儀器觀測所得的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，確認(rèn)三臺(tái)儀器觀測所得到的變形趨勢一致，變形量很接近，且變形趨勢和變形數(shù)據(jù)與千斤頂油缸升降成正相關(guān)時(shí)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)提交給信息處理中心。
    4.2監(jiān)測點(diǎn)變形狀況
    4.2.1 內(nèi)環(huán)上、下弦水平位移變形
    根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制的內(nèi)環(huán)監(jiān)測點(diǎn)上、下弦水平位移變形情況（見內(nèi)環(huán)上、下弦水平位移變形矢量示意圖）。從圖中可以看出南北方向內(nèi)環(huán)上弦兩監(jiān)測點(diǎn)向環(huán)內(nèi)變形移動(dòng)，分別為24?和32?；下弦兩監(jiān)測點(diǎn)向環(huán)外方向變形移動(dòng)，位移量相對較小，分別為12mm和2mm。表明南北方向內(nèi)環(huán)桁架在卸載過程中受應(yīng)力影響，向場內(nèi)方向傾斜變形。
    東西方向內(nèi)環(huán)上弦兩監(jiān)測點(diǎn)分別向東、西方向（場外方向）變形移動(dòng)，分別為5mm和9mm；下弦兩監(jiān)測點(diǎn)也同時(shí)分別向東、西方向（場外方向）移動(dòng)，分別為54mm和58mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上弦兩監(jiān)測點(diǎn)的位移量，說明東、西方向內(nèi)環(huán)桁架上、下弦監(jiān)測點(diǎn)向外位移變形的同時(shí)，向場外方向傾斜變形。
    4.2.2支撐塔架水平位移變形
    在卸載過程中，觀測數(shù)據(jù)反映的臨時(shí)支撐塔架的水平位移變形情況見內(nèi)環(huán)支撐塔架水平位移變形矢量示意圖。從圖中可以看出南北方向上與監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)的支撐塔架，卸載后均向外環(huán)方向位移，其位移量為8?～16?；東西方向上監(jiān)測點(diǎn)兩側(cè)的支撐塔架同時(shí)向外環(huán)方向位移9?～15?；

    4.2.3垂直位移曲線圖
    根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制的國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程卸載內(nèi)環(huán)下弦監(jiān)測點(diǎn)沉降曲線圖可以看出
    監(jiān)測點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載的過程中與油缸同步下降，最終下降量與理論計(jì)算值基本一致（理論計(jì)算值為286mm，實(shí)際觀測值為271mm）。

    4.2.4卸載結(jié)束后的監(jiān)測
    卸載結(jié)束后每天在相同時(shí)間段對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，用同樣的方法對監(jiān)測點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行觀測，根據(jù)三天的觀測數(shù)據(jù)比較（氣溫在19℃～22℃），鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)環(huán)桁架各變形監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)高互差值最大為2?，依據(jù)觀測數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為卸載后的鋼結(jié)構(gòu)屋面基本穩(wěn)定，微小的變化量也是由溫度差和觀測誤差所引起的，至此停止對監(jiān)測點(diǎn)的觀測。
    5觀測結(jié)論
    此次國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程卸載變形測量實(shí)踐中由于采用強(qiáng)制對中點(diǎn)設(shè)站，監(jiān)測點(diǎn)（反射片）固定在內(nèi)環(huán)上、下弦結(jié)構(gòu)和支撐塔架上，消除了儀器和棱鏡的對中誤差；卸載過程中儀器、人員固定，方法一致，使得觀測數(shù)據(jù)的相對精度較高；使用三臺(tái)全站儀在不同的控制點(diǎn)上設(shè)站同時(shí)進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)對比，保證了觀測成果的可靠性。為信息處理中心的正確決策提供了依據(jù)。
    國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程卸載變形測量除采用全站儀進(jìn)行變形監(jiān)測外，還利用當(dāng)前測繪先進(jìn)的激光掃描儀進(jìn)行變形測量，對整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的變形狀況都有詳細(xì)的記錄，取得了可靠成果，為今后類似工程的設(shè)計(jì)、施工和變形測量積累了經(jīng)驗(yàn)。

    參考文獻(xiàn)
    [1] 北京市標(biāo)準(zhǔn)，建筑工程施工測量規(guī)程（DBJ01-21-95）
    [2] 國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建筑變形測量規(guī)程（JGJ/T8-97）
    [3] 北京城建集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（QB/GJJT-GTCG-2005）
    [4] 國家體育場工程鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載操作程序手冊[C]，北京城建集團(tuán)國家體育場工程總承包部，2006年9月.
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