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大型鋼網架施工測量控制

作者：王建橋 楊李忠 黃利順等    
時間：2010-08-13 21:29:26 [收藏]
    一、工程簡介 北京首都國際機場3號航站樓工程為中國對外的重要門戶和窗口，同時也是2008年舉辦奧運會的重要配套項目，其中3號航站樓中的T3B大型屋面鋼網架工程,為雙曲面外形，呈飛行體狀；南北方向
    關鍵詞：型鋼 網架 施工
     
     
    一、工程簡介
    北京首都國際機場3號航站樓工程為中國對外的重要門戶和窗口，同時也是2008年舉辦奧運會的重要配套項目，其中3號航站樓中的T3B大型屋面鋼網架工程,為雙曲面外形，呈飛行體狀；南北方向長約958m，東西方向寬約775m，其投影面積約為13萬平方米，屋頂標高為42m。在航站樓的指廊和主體連接處，設置一道溫度縫，將整個航站樓屋頂鋼結構分為三部分。如下圖：
    \
    另外為配合屋頂邊緣的曲邊形式以及和內部屋頂?shù)倪B接過渡，設置了邊桁架。邊桁架內部部分節(jié)點為直接相貫連接。
    屋頂網殼由124根梭形鋼管柱支承，除指廊內側直鋼柱外，其余外側支撐屋頂?shù)匿摴苤蛲鈨A斜14.5°，共74根。支座采用板銷節(jié)點與柱頂連接，為釋放溫度內力，在每個翼部分別設置了六個可沿屋頂切向滑動的支座。
     
    \
    本工程為大面積、大跨度抽空三角錐鋼網殼結構，建筑造型新穎、獨特，平面布置呈“人”字型。網殼下弦支撐在鋼柱柱頂上與網殼、邊桁架相連，成巨型網殼-支撐結構體系。屋面網殼結構獨特，由雙向多根不同曲率半徑的圓弧線相交而成，整個屋蓋只有沿縱向中軸線基本對稱，因此上下弦球節(jié)點的空間坐標在安裝時必須單獨定位，由于屋蓋曲面的曲率半徑大，相鄰節(jié)點最小高差小，安裝時必須精密定位。內部網架大部分為標準抽空I型三角錐網殼，局部為三角錐網殼，形成圓滑的曲面，整體球桿連接形成微彎的過渡，外觀看似正三角形和六邊形的網格，相鄰的桿件尺寸和螺栓球的規(guī)格、坡面角度都不一樣。
    二、測量難點分析
    本工程作為國門工程及2008年北京奧運會重點工程，為保證其施工質量，控制好施工過程的每一個環(huán)節(jié)都是非常重要的，而測量工作將是項目施工管理的重要環(huán)節(jié)，測量成果準確與否，直接影響工程的施工進度、施工質量，同時也是項目創(chuàng)優(yōu)的必要保證。
    工程測量有利方面:
    1、指廊部分結構南北方向高差一致；
    2、 整體結構以36x42m的棱形柱網分割成若干單元；
    3、邊桁架及連桁架均為正方結構，即桁架與柱子連接的一端上下弦投影位置相同。
    工程測量不利方面：
    1、本工程屬于大型網架結構，國內首例，結構變形比較復雜，且結構本身造型比較復雜；
    2、安裝方案采用桁架整榀吊裝，網架采用散裝方法，測控的范圍和方法不統(tǒng)一；
    3、節(jié)點類型較多，定位和控制點的確定難度大。
    1、 測量儀器、工具準備
    測量儀器、工具必須準備齊全，其中全站儀、經緯儀、水準儀及大盤尺等重量儀器、工具必須送甲方指定的計量所檢定，送檢過的儀器、工具必須保證在符合使用的有效的有效期內，并保留相應的檢驗合格證備查。
    工程測量使用的主要儀器

    名稱

     
    精度
    數(shù)量
    用途
    全站儀
    2″
    1
    主軸線測設、安裝測量
    經緯儀
    2″
    1
    次要軸線的測設
    水準儀
    S3
    2
    高程控制
    5m塔尺
    mm
    1
    高程傳遞
    5m鋼卷尺
    mm
    1
    高程傳遞
    50m鋼卷尺
    mm
    1
    控制點檢核
    計算機
     
    2
    內業(yè)計算
    對講機
    5km
    5
    通訊聯(lián)絡

     

     
    2、 資料準備
    土建測設的施工控制網及水準點，鋼柱基礎沉降量記錄經現(xiàn)場移交后，作好標記，并保留相應資料。
     
    本鋼結構工程的安裝測量工作內容包括：邊桁架軸線定位,投影線幾何尺寸控制、標高控制，變形觀測、網架安裝測量等。由于本鋼結構安裝大部分是建立在土建結構的基礎之上，根據(jù)這個特點：鋼結構安裝測控網就依據(jù)土建施工的測量控制網布設，測控儀器：全站儀、經緯儀和水平儀。具體操作為：
    1、全面復核土建的測量控制網和軸線及標高。
    2、復測基礎預埋件的預埋尺寸、平整度、及標高。
    3、復測預埋螺栓組的縱橫軸線及螺桿的垂直度。
    4、設置好墊板組，控制好構件安裝的標高和軸線。
    五、測量控制措施
    （一）、邊桁架拼裝測量
    邊桁架拼裝場地應選擇水平堅硬處，同時為減小邊桁架拼裝過程中胎模架著力點的沉降，在地面上鋪設一層鋼板。然后按邊桁架尺寸在鋼板上測設出各節(jié)點投影點。預拼裝所用的支撐凳和平臺應測量找平，檢查時應撤除全部臨時固定和拉緊裝備。
    1、測量方法
    地面拼裝主要采用常規(guī)測量，以直角坐標及距離交會法等常規(guī)測量方法。用經緯儀放出主控線，然后根據(jù)各球節(jié)點之間的關系，在地面作出各球節(jié)點的投影點，為了提高劃線精度，各節(jié)點的投影點用鋼針在鋼板上刻劃；邊桁架的平整度、上下弦標高的對應關系采用水準測量方法進行控制，地面拼裝水準基準采用相對基準。
    2、檢查方法：
    （1）節(jié)點平面位置
    主要用鋼尺和小垂線球，檢查桁架節(jié)點與相應投影點是否符合限差。
    （2）節(jié)點高程
    用水準儀和塔尺檢核各節(jié)點的標高，由于節(jié)點是球狀，所對應的標高為球體中心，為了減小誤差，實測球體下端，用塔尺0m處頂住球體的切點，使塔尺下沿中線靠近投影點，為了更好的消除誤差，對每個節(jié)點標高進行多次測量。（本工程標高控制每節(jié)點測量3次，最后取平均值）
    再根據(jù)不同球的半徑，加上實測標高即為節(jié)點理論標高。（以下節(jié)點標高控制方法相同）
    3、地面拼裝測量精度要求：邊桁架總長（總長約32米）允許誤差±5.0mm；節(jié)點部位，要求節(jié)點中心偏移≤±1.0mm。為提高刻劃精度，采用鋼針刻劃，刻劃寬度小于0.1mm。
    4、邊桁架地面拼裝結束后，要按以上精度要求對桁架進行全面復核，并做好記錄，合格后方可進入下道工序的施工。一榀桁架拼裝完成下胎后進行下一榀桁架拼裝前，必須對胎膜架的幾何尺寸進行復核。
    （二）、中軸線的控制
    1、斜柱相對應中軸線的控制點
    (1)、斜柱相對應中軸線的控制點具體概算
    根據(jù)柱底坐標（6874.615,6663.239）、柱頂坐標(6880.78785,6666.80302)與柱底到中軸線的距離d，反算控制點的坐標。具體概算步驟：
    ①、計算出起始方位角αab；
    αab=arctgΔYab/ΔXab=30°0′03″
    所以柱底到中軸線控制點的方位角為210°0′03″
    ②、柱底到中軸線的距離S
    S=D-d=18-((5.25-(-4.5))* tg14.5°=15.478m
    ③、計算坐標增量
    ΔX=COS210°0′03″*15.478=-13.404
    ΔY=SIN210°0′03″*15.478=-7.739
       所以:控制點A1坐標X=柱底X座標+ΔX=6861.2108
    Y=柱底Y座標+ΔY=6655.4998
     
    \
    ④、其它鋼柱控制點的計算方法和以上相同。
    ⑤、在指廊及兩翼部部分鋼柱所對應的控制點的連線及為建筑中軸
    （2）、實地放樣
    ①、在一級控制點的基礎上，采用全站儀坐標放樣法施測控制點，在+5.25m樓面做出標識，定位精度1/4000。在測設出中軸線控制點后，由于相鄰兩控制點距離為41.569m，為了減小彈線誤差，在一控制點上精確整平經緯儀，用相鄰控制點定向，卡緊儀器水平微動螺旋，調節(jié)垂直微動螺旋，在兩控制點間加密若干點，在此基礎上彈出中軸線。
    ②、施測控制點的精度按Ⅰ級平面控制實施，測角中誤差為±9″，邊長相對中誤差1/25000，相鄰兩點的距離誤差≤±2.0mm
    （三）、高程的測量
    1、本工程高程基準面采用一級控制點高程系統(tǒng)，以30.950m為±0.00m；
    （1）高程的傳遞
    a、高程的傳遞采用水準儀引測，原則上從一級控制點上按支水準引測，現(xiàn)場有±0.000標高，對±0.000復核達到精度可采用次基準，施工樓面上按施工需要測設若干個高程控制點，標識出實際標高，高程點間用水準儀檢核，誤差≤±1″。
    b、為了方便施工，在測量出的高程控制點的基礎上，用水準儀將高程引測到柱體上，為方便計算，一般取整數(shù)。
    c、在引測時，每個施測面至少要從三處向上傳遞，校準合格后方可使用。
    （四）、邊桁架控制測量
    1、邊桁架與斜柱中心點定位
    （1）、由于邊桁架及與之聯(lián)系桁架均為正放結構，即桁架與柱子連接的一端上下弦管投影為一條線，但由于翼部兩側柱子均為14.5°的斜柱，按三角關系算出桁架下弦與柱子連接的一端投影到柱底中心的偏移量，見（圖1—1）。即中軸線到柱高16328mm斜柱中心距離為22223mm,用全站儀測距確定斜柱中心點。
     
     
    \
    （2）、測量方法:在中軸線A點處架設全站儀,精確對中、整平儀器，以中軸線上另一點B定向，以水平角90°，平距22223mm測設出點C，點C即為邊桁架與斜柱中心點定位點。見（圖1—2）
     
    （3）、安裝精度保障
         鋼結構安裝精度要求支座中心偏移L/3000，支座最大高差為30.0mm
            2、邊桁架下弦節(jié)點定位
    （1）、 根據(jù)中軸線與斜柱中心點的關系，在中軸線確定點1、2，按桁架球節(jié)點間距離在中軸線上確定A、B、C、D等點，由于邊桁架在地面拼裝時各節(jié)點已有精密控制，所以安裝時不需要考慮節(jié)點的平面控制；（見圖1—3）
     
    \
    （2）、邊桁架標高的控制
    ①、胎架在承重沉降穩(wěn)定后，可進行高程控制。在樓面架設水準儀，后視水準基準點，采用鋼尺配S3水準儀,將標高傳到各控制節(jié)點。
    ②、測量方法：將水準儀架設在+5.25m樓面，后視以+6.00m為基準，將塔尺下端貼在+6.00m線處，測得差值為1m，再將水準儀前視節(jié)點102，用鋼卷尺0m放于球節(jié)點中心位置，讓鋼卷尺下垂，使13m與水準儀中心視線重合，即102點標高就達到理論標高。（見圖1-4）
     
    \
    （3）、下?lián)隙瓤刂疲乐硅旒芟鲁?/span>
    a、為防止桁架在與之相關網架連接前后的變形，在邊桁架撤除支撐前后要對（圖1—5中）節(jié)點A、B節(jié)點的高程的測控。
    b、具體方法：在邊桁架安裝固定后，用水準儀配鋼卷尺測出相應球節(jié)點標高，用支撐調節(jié)到理論高度，并作好記錄，在與之相關的網架安裝完后撤除支撐后，再測量其標高，使其標高變化符合精度。
    c、精度保障    

    項 目

     
    允許偏差
    節(jié)點中心偏移
    ±2.0
    焊接球節(jié)點的偏移
    ±1.0
    桁架跨中高度
    ±3.0

     

     
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    \
    （五）、網架安裝測量
    根據(jù)施工方案與施工要求，網架安裝采用高空散裝法。根據(jù)安裝經驗，網架控制主要以焊接球為主要控制，由于GPS點距施工區(qū)較遠，不方便放樣各球節(jié)點，所以在施工區(qū)域布設平面控制網。
    1、施工控制網的布設是根據(jù)施工進度與施工現(xiàn)場需要，它的布設原則是滿足各細部控制測量的需求，網形視施工現(xiàn)場而定，T3B工程平面控制網形根據(jù)各部形狀而定。
    以E～D軸區(qū)域內為例
    在平面控制網的基礎上，根據(jù)球節(jié)點9784、9925、9931、9790的坐標，用坐標反算在樓面測設出球節(jié)點9784、9925、9931、9790的投影點。
     
    \
    1、平面控制網技術指標
    等級
    邊長（m）
    測角鐘誤差
    邊長相對中誤差
    相鄰兩點距離誤差
    Ⅰ
    100～200
    ±5″
    1/4OOOO
    ±2mm
    Ⅱ
    50
    ±10″
    1/20000
    ±2mm
    2、高空平臺拼裝測量
    由于網架采用散裝，測量平臺在滿膛腳手架上，測量平臺采用鋼板與腳手架焊接，平整度好、固定性強，拼裝精度誤差要求不大于±2mm。
    3、鋼網架結構安裝的允許偏差            

      2. 
    
        
      
            
            
      項目
      
                  		
            
            
      允許偏差
      
                  		
        
      
        
      
            
            
      縱向、橫向長度
      
                  		
            
            
      L/2000，且不應大于±30.0
      
                  		
        
      
        
      
            
            
      				
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