大型鋼網(wǎng)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(wǎng)架工程,為雙曲面外形,呈飛行體狀;南北方向
            關(guān)鍵詞:型鋼 網(wǎng)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(wǎng)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?qū)捈s775m,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(shè)置一道溫度縫,將整個航站樓屋頂鋼結(jié)構(gòu)分為三部分。如下圖:
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          另外為配合屋頂邊緣的曲邊形式以及和內(nèi)部屋頂?shù)倪B接過渡,設(shè)置了邊桁架。邊桁架內(nèi)部部分節(jié)點為直接相貫連接。
          屋頂網(wǎng)殼由124根梭形鋼管柱支承,除指廊內(nèi)側(cè)直鋼柱外,其余外側(cè)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(nèi)力,在每個翼部分別設(shè)置了六個可沿屋頂切向滑動的支座。
           
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          本工程為大面積、大跨度抽空三角錐鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),建筑造型新穎、獨特,平面布置呈“人”字型。網(wǎng)殼下弦支撐在鋼柱柱頂上與網(wǎng)殼、邊桁架相連,成巨型網(wǎng)殼-支撐結(jié)構(gòu)體系。屋面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(nèi)部網(wǎng)架大部分為標準抽空I型三角錐網(wǎng)殼,局部為三角錐網(wǎng)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(wǎng)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(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)南北方向高差一致;
          2、 整體結(jié)構(gòu)以36x42m的棱形柱網(wǎng)分割成若干單元;
          3、邊桁架及連桁架均為正方結(jié)構(gòu),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(wǎng)架結(jié)構(gòu),國內(nèi)首例,結(jié)構(gòu)變形比較復雜,且結(jié)構(gòu)本身造型比較復雜;
          2、安裝方案采用桁架整榀吊裝,網(wǎng)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(jīng)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(nèi),并保留相應(yīng)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(shè)、安裝測量
          經(jīng)緯儀
          2
          1
          次要軸線的測設(shè)
          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(nèi)業(yè)計算
          對講機
          5km
          5
          通訊聯(lián)絡(luò)

           

           
          2、 資料準備
          土建測設(shè)的施工控制網(wǎng)及水準點,鋼柱基礎(chǔ)沉降量記錄經(jīng)現(xiàn)場移交后,作好標記,并保留相應(yīng)資料。
           
          本鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝測量工作內(nèi)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(wǎng)架安裝測量等。由于本鋼結(jié)構(gòu)安裝大部分是建立在土建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上,根據(jù)這個特點:鋼結(jié)構(gòu)安裝測控網(wǎng)就依據(jù)土建施工的測量控制網(wǎng)布設(shè),測控儀器:全站儀、經(jīng)緯儀和水平儀。具體操作為:
          1、全面復核土建的測量控制網(wǎng)和軸線及標高。
          2、復測基礎(chǔ)預(yù)埋件的預(yù)埋尺寸、平整度、及標高。
          3、復測預(yù)埋螺栓組的縱橫軸線及螺桿的垂直度。
          4、設(shè)置好墊板組,控制好構(gòu)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(yīng)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(shè)一層鋼板。然后按邊桁架尺寸在鋼板上測設(shè)出各節(jié)點投影點。預(yù)拼裝所用的支撐凳和平臺應(yīng)測量找平,檢查時應(yīng)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(jīng)緯儀放出主控線,然后根據(jù)各球節(jié)點之間的關(guān)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(yīng)關(guān)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(yīng)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(yīng)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(jié)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(yīng)中軸線的控制點
          (1)、斜柱相對應(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(shè)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(jīng)緯儀,用相鄰控制點定向,卡緊儀器水平微動螺旋,調(diào)節(jié)垂直微動螺旋,在兩控制點間加密若干點,在此基礎(chǔ)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(shè)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(chǔ)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(jié)構(gòu),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(cè)柱子均為14.5°的斜柱,按三角關(guān)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(guān)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)
           
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          (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(shè)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(shè)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?,防止桁架下?/span>
          a、為防止桁架在與之相關(guān)網(wǎng)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(yīng)球節(jié)點標高,用支撐調(diào)節(jié)到理論高度,并作好記錄,在與之相關(guān)的網(wǎng)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(wǎng)架安裝測量
          根據(jù)施工方案與施工要求,網(wǎng)架安裝采用高空散裝法。根據(jù)安裝經(jīng)驗,網(wǎng)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(shè)平面控制網(wǎng)。
          1、施工控制網(wǎng)的布設(shè)是根據(jù)施工進度與施工現(xiàn)場需要,它的布設(shè)原則是滿足各細部控制測量的需求,網(wǎng)形視施工現(xiàn)場而定,T3B工程平面控制網(wǎng)形根據(jù)各部形狀而定。
          以E~D軸區(qū)域內(nèi)為例
          在平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)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(shè)出球節(jié)點9784、9925、9931、9790的投影點。
           
          \
          1、平面控制網(wǎng)技術(shù)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
          100200
          ±5″
          1/4OOOO
          ±2mm
          50
          ±10″
          1/20000
          ±2mm
          2、高空平臺拼裝測量
          由于網(wǎng)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的允許偏差           

                項目
                允許偏差
                縱向、橫向長度
                L/2000,且不應(yīng)大于±30.0
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