大型體育場管桁架施工測量技術探討

上海寶冶集團有限公司 上海 200941

引言

安陽市文體中心建設工程項目體育場地處安陽市文昌大道以南、中華路以東。該單體設置40000座席，建筑高度46.9m，總面積約39792m2。該體育場外形經典，形體大、結構復雜，整體水平投影面形狀為一個橢圓形。地上4層，無地下室，看臺為混凝土框架結構，罩棚為鋼結構懸挑結構，分為主承重結構體系、屋面立面支撐體系、屋面立面環梁結構體系三大部分。主承重結構由76榀正三角形管桁架組成，最大跨度45m。

根據安陽體育場鋼結構的施工工藝和施工順序，施工測量的主要內容有：施工控制網布設、胎架，管桁架拼裝測量、支撐胎架測量、主桁架和尾桁架定位測量、支撐胎架卸載變形監測等。

1 施工控制網的布設

1.1 平面和高程控制點測量

控制網布設是最基本，也是最重要的施工測量工作[1]。施工場地有限，在施工控制網布設時，測量控制點精度、數量、位置和是否方便使用，需要精心科學合理設計。若測量控制點數量過少，無法全面、精確對整個工程進行控制，還可能造成控制點離構件定位點過遠或無法通視，需要進行加密控制點使定位誤差較大；若測量控制點過多，不僅浪費測量資源還會造成控制網邊長較短，形成以短控長的不利觀測條件[2]。

控制點的位置選擇應避開地下管線，拼裝作業區，遠離大型施工機械運行路線。經實地踏勘并結合施工場地布置圖和體育場結構形狀，在體育場的外圍布置6個，內場布置3個控制點，組成的平面和高程鋼結構施工控制網如圖1所示。為了提高控制網精度，消除儀器和棧板對中的誤差，6個控制點都采用強制對中方式設置如圖2。

圖1 體育場施工控制網

圖2 強制對中控制點

1.2 控制網的保護

為了保證在施工全過程中測量控制網的保存和穩定。控制點埋設在凍土層一下，現澆1.2m×1.2m混凝土標石基礎，同時鐵欄桿加以圍護，并標示明顯標記。

1.3 控制網的復測

為監測控制網穩定狀況，保證觀測精度一致，平面和高程控制網每三個月進行1次復測，每次復測使用同一臺儀器，用同樣方法和技術要求觀測，內業用同樣方法進行平差。對控制網的穩定情況準確掌握，為施工測量工作提供保障。

2 胎架和管桁架拼裝測量

2.1 胎架拼裝

對場地進行平整，原素土層壓實，鋪300mm厚級配碎石，碾壓整平。用全站儀按原始控制點布設各拼裝區域加密控制點及高程，放樣出拼裝胎架各支撐點位置與高程，根據構件重量級選用H200×200×8×12搭設胎架，如圖3所示。

圖3 體育場拼裝胎架

2.2 管桁架拼裝

構件進場后進行管桁架拼裝，汽車吊順序將上、下弦桿吊至拼裝胎架支撐點位上，用全站儀復測無誤后將桿件臨時固定于胎架之上，吊裝弦桿及腹桿，可采用手拉葫蘆進行局部位移調整，拼裝完成復測無誤后進行整體焊接。預拼裝完成后，第三方認證檢測合格后用皮尺、水平尺等測量工具，對完成桁架進行對角線、垂直度、彎弧度等進行終檢，檢測合格后完成脫胎工作。

3 管桁架屋面的安裝測量

3.1 臨時支撐胎架測量

根據設計圖紙坐標預埋每榀內場和外場臨時支撐底座埋件，臨時支撐構件進場，進行拼裝帶拼裝完成后，在底座埋件上焊接底座，底座完成后再吊裝拼裝好的臨時支撐，進行位置，垂直度校正，并焊接好支撐主桁架支撐模板，模板標高為下弦端點底標高，并放出下弦支撐位置，以便主桁架吊裝定位。

3.2 屋面主桁架和墻面桁架定位測量

將拼裝好的主桁架吊到支撐模板下弦支撐點位，全站儀提前架好，后視完測量上弦端點坐標，將實測數據與設計數據進行比較，進行校正調節，直至誤差到允許誤差范圍內，進行焊接加固，加焊加固好后，吊車摘鉤后再實測數據與設計數據進行比較，若誤差在允許范圍以內，再進行尾桁架吊裝，拉桿，次桁架，環桁架焊接拼裝。

如圖4所示，A、B、C點為桁架上弦中心線端頭點；D1、D2為桁架下弦中心線端頭點。利用全站儀測量桁架的A、B、C、D1、D2五個細部控制點空間坐標，具體操作如下：

（1）利用Tekla或CAD三維軟件獲得上述控制點坐標；

（2）在適當的位置架設全站儀，并精確調平，建立測站；

（3）小棱鏡的司尺人員在一個已知控制點上架設Min小棱鏡，然后工作站（操作全站儀的地點）的人員將本項相關參數設置到符合測量的狀態（如棱鏡的常數等等）；照準Mini小棱鏡進行測量定向；

（4）照準各測量細部點上的反光貼中心進行觀測調整，直至滿足要求。

圖4 管桁架定位測量示意圖

4 支撐胎架卸載變形監測

大跨度鋼結構及懸挑鋼結構安裝的普遍做法是對構件進行分段吊裝，結構安裝、校正、焊接完成后，再進行臨時支撐架體系卸載。支撐架體系卸載的過程實際是結構由支承體系向自承重體系轉化的過程[3]。因此，支撐卸載工作關系到結構的整體質量和施工安全，十分關鍵。

本項目采用MIDAS GEN結構計算軟件對卸載過程進行模擬，對卸載方案進行優化分析，結合施工場地的實際條件和結構特點，確定最終卸載方案。在卸載工程中要遵循分階段卸載、變形協調、逐級循環進行。在卸載時，支撐胎架分級同步卸載，按變形大的先進行卸載，變形小的后進行卸載，以免引起結構內力突然變化同時需要確保結構體系內的桿件應力在允許應力范圍內，避免支撐的內力出現屈服、破壞現象同時避免下部看臺梁因內力過大出現過寬裂紋，甚至破壞。

根據本項目自承重體系結構特點，懸挑段為變形最大位置，因此整體卸載要從內圈臨時支撐位置開始，向外側四叉支撐柱方向進行。按結構分析確定的卸載量大小，先對結構變形較大處的臨時支撐上部的標高調節裝置進行卸載調整，再對結構變形最小處的臨時支撐上部的標高調節裝置進行卸載調整，按此順序依次進行，直至結構體系完全受力。卸載主要通過切割支撐短柱來實現，經計算，桁架卸載最大下撓107mm，卸載共分5次進行。每次使用割刀割除頂部支撐約20mm，待主結構完全穩定后間隔30分鐘，觀察結構受力及穩定性。卸載時需嚴格按照規定卸載量分級卸載，保證整個結構體系平穩轉換，過程中需測量監控，發現異常位移，需停止卸載，分析結構位形變化特點，調整卸載順序及卸載量，直至桁架脫離支撐系統[4]。

5 結束語

空間懸挑管桁架罩棚廣泛地應用于大型體育場中，管桁架的拼裝難度大、精度要求高，且在安裝前后需要分別同土建和裝飾專業進行工序交接，對結構安裝精度有著極高的要求。通過測量技術對管桁架的拼裝與安裝進行控制，重點把控施工控制網的布設、管桁架拼裝測量、支撐胎架測量、主桁架和尾桁架定位測量、支撐胎架卸載變形監測等。