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:
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。
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。
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
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精度
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數(shù)量
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用途
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全站儀
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2″
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1
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主軸線測設(shè)、安裝測量
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經(jīng)緯儀
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2″
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1
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次要軸線的測設(shè)
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水準儀
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S3
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2
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高程控制
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5m塔尺
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mm
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1
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高程傳遞
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5m鋼卷尺
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mm
|
1
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高程傳遞
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50m鋼卷尺
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mm
|
1
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控制點檢核
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計算機
|
|
2
|
內(nèi)業(yè)計算
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對講機
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5km
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5
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通訊聯(lián)絡(luò)
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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)
(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
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邊長(m)
|
測角鐘誤差
|
邊長相對中誤差
|
相鄰兩點距離誤差
|
Ⅰ
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100~200
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±5″
|
1/4OOOO
|
±2mm
|
Ⅱ
|
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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