大型體育場館大跨度鋼結構屋蓋的施工測量技術

冉 進 周 旺 錢德波 王巍巍 李文博

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

1 工程概況

東安湖體育公園體育場項目位于成都市龍泉驛區(qū)東安湖片北側，單體建筑面積約120 000 m2，包括40 000座綜合體育場、熱身場及相關附屬工程等，整體造型呈圓形，如同飛碟一般漂浮于東安湖畔。

該工程作為體育文化綜合體，具有體量龐大、結構設計復雜、造型新穎、曲面變化多變、鋼結構屋蓋跨度大、t種類多樣等顯著特點。

體育場屋蓋鋼結構平面為正圓形，結構形式為懸挑平面桁架+立面單層交叉網(wǎng)格。屋蓋結構跨度290 m，內(nèi)空155 m，結構高度48.7 m，懸挑長度45 m，懸挑端部高度2.5 m，桁架支座處高度13.31 m。6.95 m標高單層交叉網(wǎng)格支座及28.255 m看臺柱頂桁架支座為萬向鉸支座。鋼結構效果圖及剖面如圖1、圖2所示。

2 鋼結構安裝測量

圖1 鋼結構效果圖

圖2 鋼結構剖面

作為施工的依據(jù)，測量工作貫穿于整個鋼結構施工過程，是鋼結構施工最關鍵的技術工作之一。通過高精度的測量和校正，使得鋼構件安裝到設計位置上，滿足絕對精度的要求，因此測量工作的通視、成果保護、高精度施測、正確的內(nèi)業(yè)計算和安全操作，是保證本工程鋼結構安裝質量以及工程進度的關鍵[1-2]。

2.1 平面控制網(wǎng)的測設

平面測量采用平面控制法，按照“先整體后局部，先控制后碎部，高級控制低級”的原則，建立平面控制網(wǎng)，利用控制網(wǎng)進行細部放線。

根據(jù)業(yè)主提供的3個坐標控制點PC1、PC2、PC3及2個水準點C33、C34，利用GPS（全球定位系統(tǒng)）靜態(tài)控制測量方法設置首級控制網(wǎng)（PC1、PC2、PC3、BM1、BM2、BM3、BM4、BM5、BM6、BM7、BM8）；再利用全站儀，以BM1、BM2、BM3為起始控制點，采取測閉合導線的方法設置二級控制網(wǎng)，進行加密施測，以方便鋼結構測量施工。在滿足測量精度要求的同時，布設的二級控制點需覆蓋整個圓形體育館區(qū)域且通視，并測定其高程作為水準基點。

在整個工程施工期間，需對控制點做好防護措施，保證控制網(wǎng)點位的穩(wěn)定可靠。首級控制網(wǎng)及二級加密控制網(wǎng)如圖3、圖4所示。

圖3 場區(qū)平面控制網(wǎng)

圖4 鋼結構測量控制點布置

平面控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)均分為兩級。首級控制網(wǎng)為長期保存的高精度整體控制網(wǎng)，采用GPS靜態(tài)觀測，精度按城市一級導線控制；二級控制網(wǎng)為配合各項工程施工的半永久性施工控制網(wǎng)，采用全站儀觀測，精度按城市二級導線控制。

為便于本工程施工，首級及二級導線點采用平面坐標高程點。首級平面控制網(wǎng)導線點上高程采用國家二等水準進行測量，測量結果作為二級高程控制網(wǎng)起算點；二級平面控制網(wǎng)導線點上高程采用國家三等水準進行測量，作為建筑物平面施工的基準。

鋼結構測量控制點根據(jù)現(xiàn)場拼裝區(qū)的具體拼裝位置選擇，并設置加密測量控制點。每個拼裝覆蓋區(qū)至少3個測量控制點，用于構件拼裝定位。

控制點應選在土質堅硬、便于長期保存和使用方便的地方，埋設方式同軸線控制樁。點位應便于尋找、引測、視野范圍廣、不受擾動破壞，最后用鋼管圍護保存，刷好紅白油漆并做標識標牌。

2.2 地面拼裝測量

1）地面放樣。根據(jù)桁架的幾何結構及深化設計詳圖，利用經(jīng)緯儀在拼裝場地上放出桁架上、下弦桿的地面投影控制線，將弦桿分段（拼接）點、腹桿與上、下弦桿軸線交點作為控制特征點，在拼裝平臺內(nèi)放出各特征點的地面投影點，最后將設計三維坐標轉換成相對坐標系，采用極坐標法用經(jīng)緯儀檢查復核（圖5）。

2）胎架定位放樣。利用經(jīng)緯儀精確測定胎架位置，作出十字線。胎架搭設完畢后，用水準儀校正胎架上部調節(jié)構件頂面高度，確保同一水平構件下部所有胎架頂齊平。用水準儀確定胎架特征點的標高，根據(jù)理論數(shù)據(jù)對胎架進行調整，使誤差在微調范圍內(nèi)（圖6）。

圖5 地面投影點放樣

圖6 胎架定位放樣

3）桁架單元件就位。使用鋼尺檢測單個待拼單元件的長度、端面的幾何尺寸，根據(jù)深化設計圖，將單元件吊上胎架并按編號排放好，保證待拼構件的位置準確后再進行臨時固定，吊線錘檢測桁架分段拼接點平面位置并調整（圖7）。

4）散件就位。補充桁架分段之間的散件，根據(jù)左、右桁架分段弦桿的點位標記，進行整體位置關系的測量并調整（圖8）。

圖7 桁架單元件就位

圖8 散件就位

5）焊接固定。構件調整固定后，根據(jù)待拼件上的點位標記及地面投影點，使用鋼尺、吊線錘等進行檢測，用點焊固定并將檢測數(shù)據(jù)保存，與設計圖紙比較分析。如構件不符合要求，則進行調整；若符合要求，則進行焊接。

6）焊后檢測。焊接完成后，對桁架進行全面檢測。將檢測數(shù)據(jù)記錄存檔，并與焊接前的檢測數(shù)據(jù)對照分析，確定其變形程度。分析變形原因，以便在下一個桁架拼裝中能夠盡可能減小拼裝誤差。

2.3 整體吊裝測量

桁架拼裝完成后，利用全站儀將桁架定位點引至支撐平臺，并在支撐鋼板上畫十字中心線來控制桁架就位。

整拼吊裝前，對整拼桁架尺寸及就位標高進行復測，同時對桁架就位點支撐柱間的間距和標高進行測量，確保桁架順利就位。桁架吊裝時，在地面架設全站儀，進行全程觀測。在桁架測量控制點弦桿上張貼反光片，對桁架就位點三維坐標進行監(jiān)測，確保桁架順利就位。

桁架吊裝過程中，對每榀桁架空間位置實時監(jiān)控，建立測量臺賬。記錄每榀桁架誤差實際值并與計算模型進行對比分析，根據(jù)分析結果對拼裝間隙進行適當調整，減小整體累積誤差對屋蓋結構的影響。

桁架安裝后，對桁架直線度、標高進行調校，再利用纜風繩將桁架固定，固定后吊車脫鉤，然后利用全站儀進行復測，發(fā)現(xiàn)問題應及時解決。

3 質量控制點選擇

3.1 拼裝測量控制點選擇

拼裝單元尺寸檢查控制點采用坐標及平面尺寸結合的形式，通過復核控制點坐標以及關鍵部位平面尺寸，來控制其拼裝的精確性。

1）單層交叉網(wǎng)格柱。單層交叉網(wǎng)格柱設置4個坐標控制點來保證其拼裝完成后的關鍵節(jié)點坐標無誤，并通過復核頂部鑄鋼件與底部支座以及底部錐管間的平面尺寸，確保拼裝單元準確無誤（圖9）。

2）主桁架。主桁架設置3個坐標控制點用以保證其拼裝完成后的關鍵節(jié)點坐標無誤，并通過復核鐘形節(jié)點與兩邊桿件端部間的平面尺寸，以此確保拼裝單元準確無誤（圖10）。

圖9 單層交叉網(wǎng)格柱拼裝單元

圖10 主桁架拼裝單元

3）懸挑桁架。懸挑桁架設置3個坐標控制點來保證其拼裝完成后的關鍵節(jié)點坐標無誤，并通過復核上弦桿長度以及上、下弦桿間的平面尺寸，確保拼裝單元準確無誤（圖11）。

圖11 懸挑桁架拼裝單元

3.2 吊裝單元測量控制點選擇

測量控制點分為關鍵控制點、輔助控制點以及次要控制點。各拼裝單元的具體測量控制點位布置如圖12～圖14所示。

圖12 大人字拼裝單元點位布置

圖13 主桁架拼裝單元點位布置

圖14 懸挑桁架拼裝單元點位布置

4 結語

通過采取本文所述的測量控制技術，成都東安湖體育公園體育場項目的大跨度鋼結構屋蓋取得了良好的實施效果，既保證了施工質量，又提高了施工效率。通過前期平面控制網(wǎng)測量、鋼結構單元地面拼裝測量、鋼結構吊裝測量及測量控制點選取等方面的闡述，可為同行提供有關大型體育場館大跨度鋼結構屋蓋測量施工的成功經(jīng)驗。

[1] 張騰龍,桂宇飛,李偉男.復雜超高層鋼結構施工測量技術[J].建筑 技術,2014,45(7):92-93.

[2] 劉玉會.大跨度鋼結構屋蓋工程施工測量技術[J].科技資訊,2014 (19):57.