[摘 要]:结合具体工程实践,介绍了大型复杂网架的施工测量技术,给出了一种高精度、方便快捷的网架节点球空间定位测量方法,该方法能够提高测量的数字化和自动化程度,满足了复杂钢网架结构的安装精度要求,保证了工程的顺利实施.
[关键词]:复杂造型;大跨度;网架结构;测量;空间定位
[Abstract]: In light with the engineering practice, the paper presents the measurement technol-ogy of the large and complex grid structure, proposes a method of the high precision and con-venient grid nodes position measurement so as to improve the digitalization and automation ofthe measurement, meet the installment precision required by the complex steel grid structureand ensure the smooth implementation of the project.
[Key words]: complicated surfaces modeling; large span; grid structure; measurement; spatialOrientation
1 工程概况
青岛体育中心游泳跳水馆工程总建筑面积46 787 m2,可容纳观众3015人,下部为混凝土结构,上部为焊接空心球节点四角锥网架,网格尺寸为4m×4 m左右不等.南北向代写建筑工程职称论文跨度为101•2 m,东西向跨度130m,最高处标高为30•70 m,最低处标高为-10.8 m.网架投影面积为15 041 m2,展开面积为18 000 m2,网架形式如图1所示.网架结构总质量约1600 t,其中室内部分网架质量约为1100 t.网架结构中杆件质量约为1000 t,其中最大规格杆件为Φ377×28 mm,最小规格杆件为Φ60×3 mm;焊接球质量约为500 t,其中最大球径为800 mm,最小球径为300 mm.
网架在混凝土结构上拼装,再采用拔杆进行分块提升,各分块到达设计位置后进行空中对接,连成网架整体.地面拼装时根据设计图纸确定节点球之间的相对位置,在拔杆提升过程中提升单元可能会倾斜或偏移,且提升过程需要不断的扩展拼装,为了保证按设计位置在空中对接,需要控制各节点球在空中的位置,传统的测量人员和棱镜配合的定位方法在现场不易开展.
测量难点:
1)网架在地上拼装时如何确保节点及杆件正确的相对空间位置;
2)提升过程中需快速获知控制节点的实际空间坐标,与设计坐标进行对比,调整位置;
3)卸载过程对网架的挠度进行测量控制.
目前主要的网架节点球空间定位测量方法有以下几种:
1) 碗扣法.碗扣法测量是指通过如图2所示的碗扣装置放置棱镜,全站仪读数测量坐标.这种方法的缺点是:对碗扣的加工精度要求高,若碗扣与节点球顶面不平行会造成较大的测量误差;水平尺的精度问题及棱镜的放置容易产生误差;高空作业.
图1 网架结构的俯视及侧视
图2 碗扣法测量原理
2)垂线测量法.垂线测量法的原理是从测点处吊线坠至地面,可测得地面点的平面坐标(x,y),然后通过量线坠长度确定竖向坐标z.这种测量方法主要适用于简单的空间定位测量,精度不能保证;必须高空作业.
3)免棱镜法.采用免棱镜全站仪,在网架球节点球面上任意选取4个以上点,测量其三维坐标,再通过公式拟算球心坐标,可精确地测定节点球的空间位置,能最大限度发挥免棱镜全站仪的优势,避免高空作业,减少工作量,提高测量自动化程度,这也是本文主要介绍的测量方法.
4)近景摄影测量法.近景摄影测量是一种根据摄影测量原理,对测量目标的立体图像进行分析处理、三维坐标量测的摄影测量技术.这种方法的缺点是需要专业的成像测量设备,测量过程复杂,测量目标数字化模型的建立复杂,测量过程的周期较长,不适合即时快速测量.
2 网架测量控制技术
2.1 钢结构测量控制点网的建立
根据勘测部门提供的GPS1(x=107 084•067,y=240 125•028)和GPS2(x=107 211•043,y=239 973•448)2个基准点建立钢结构施工控制坐标系,19组拔杆位置为平面位置控制点,3个水池内除拔杆位置外,各增加1个平面位置控制点,作为复测提升过程中的控制点,如图3所示.
图3 拔杆及平面位置控制点
2.2 地面拼装过程中的测量控制
组装前依据设计图纸和土建轴线精确放线,确定焊接球网架球节点投影位置(同安装完毕后屋面网架球节点垂直投影位置),并确定提升井架的安装位置.在已确定的节点球位置砌筑网架组装砖垛平台,每个砖垛平台为380 cm×380 cm×280 cm,砖垛用水泥砂浆找平,要求水泥砂浆表面在同一标高(见图4).砖垛平台砌筑完成后,要根据设计图纸的几何尺寸和土建提供的轴线用经纬仪精确放线,确定网架节点投影位置,同时用水平仪进行找平,划出十字中心线,以确保位置的正确.
图4 地面拼装节点球相对位置控制
为了便于施工,提高工程进度,下弦组装前其腹杆和上弦杆应根据图纸对号入座,搬运到位.腹杆和上弦杆的组装应在下弦全部组装结束后,经测量无超差的基础上进行组装,由图纸中对应的杆件在拼装时来确定焊接球的位置,其方法是从中心开始组装,随时检查纵横轴线的几何尺寸,并进行校正然后向四周组装.为了减小网架在拼装过程中的代写建筑工程职称论文积累误差,随时校正尺寸,检查无误后方能从中心向四周展开,其要求对角线(小单元)允许误差为±3 mm,下弦节点偏移为2 mm,整体纵横的偏差值不得大于±2mm.整体下弦组装结束后对几何尺寸进行检查,必要时应用经纬仪校正同时用水平仪抄出各点高低差进行调整,并作好记录,按记录的内容设置临时支撑点.
由于本工程跨度大,为了保证就位后的钢结构各球节点与设计位置吻合,在拼装过程中对网架进行预起拱,确定网架各球节点在预起拱时的空间位置.拼装测量以3个水池内除拔杆位置外,各增加的1个平面位置控制点为中心,开始拼装钢结构网架,逐圈向外扩散,并确定拔杆的位置,主要采用常规测量仪器,以极坐标、直角坐标及距离交会等常规测量方法进行.待拼装网架的平整度、高度采用全站仪进行测量控制.
2.3 提升和卸载过程中的测量控制
由于网架形状复杂,且提升过程需要不断的扩展拼装,卸载时要控制结构的挠度变化,而采用传统的测量方法又难以保证网架拼装的精度.因此,该工程采用了徕卡LEICA TCR402型全站仪进行了免棱镜测量空间坐标的方法.
测量原理:若网架节点球球心坐标为(x0,y0,z0),通过免棱镜方法用全站仪测得节点球表面任意4点的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4),如图5所示,再通过球心坐标拟算方程[1-2]即可计算出球心坐标(x0,y0,z0),拟算方程见式(1)~(4).
(x1-x0)2+(y1-y0)2+(z1-z0)2=R2 (1)
(x2-x0)2+(y2-y0)2+(z2-z0)2=R2 (2)
(x3-x0)2+(y3-y0)2+(z3-z0)2=R2 (3)
(x4-x0)2+(y4-y0)2+(z4-z0)2=R2 (4)
图5 免棱镜法测量球心坐标
当完成一个提升阶段后,即使用上述方法测出每个提升单元控制点的实际坐标,再与设计坐标相对照,确定其施工误差,以便提升单元或室内外网架对接时,能够及时消除偏差.表1中列出了部分测点的实际坐标与设计坐标,根据表中的偏差数值(x0′,y0′,z0′)确定提升高度和调整各节点的位置,使实际坐标更接近设计坐标.在网架就位、卸载过程中,也采用该方法测量了网架的位形和坐标的变化情况.
3 测量数据分析
提升过程对接偏差网架提升和对接过程的测量可以很好地控制施工偏差,提高安装精度.现把施工过程中的84个测点的测量数据与设计坐标进行对比,如图6所示.
由图6可以看出,通过免棱镜方法进行测量可以很好地控制网架各节点的偏差,其中94%的测点坐标与设计坐标之间的偏差不超过25 mm,完全满足规范的要求.
3.2 挠度控制
在卸载前后对同一测点分别进行免棱镜法测量,并算出节点球心的坐标,通过前后数据的对比可以得出网架结构的挠度水平向的位移,部分测点数据列于表2.
根据测量结果,网架的整体平均挠度为6•4 cm,部分位于高拱处的节点挠度可达8 cm,由于在拼装过程中考虑到结构自重变形对网架的影响,已对部分网架进行了预起拱,已抵消了这部分非施工性偏差.
4 结论
大型复杂钢网架结构在安装过程中的测量和空间定位对结构的成型及精度控制非常重要,通过本文介绍的测量控制方法,可以方便快捷地对整体结构和单个节点进行精确定位,加快了施工进度,保证了工程质量.免棱镜法可以使用在钢结构安装特别是在网架工程等空间球体的施工安装定位和后期的阶段性验收及变形监测中,提高测量的数字化和自动化程度,满足了复杂钢网架结构的安装精度要求.
参考文献(References):/
[1] 张同波,肖杰.青岛地区大型钢结构工程施工方案选择[J].施工技术,2008,37 (5):82-85.ZHANG Tong-bo, XIAO Jie. Construction Scheme Selection of Large Steelstructure Engineering in Qingdao[J]. Construction Tech-nology, 2008,37 (5):82-85.
[2] 张同波,付长春,王辉.青岛体育中心游泳跳水馆钢结构施工技术[J].施工技术,2009,38(3):48-51.ZHANG Tong-bo, FU Chang-chun, WANG Hui. Steel Structure Construction Technology of Qingdao Sports Center Swimming Div-ing Hall[J]. Construction Technology, 2009,38(3):48-51.