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大型钢网架施工测量控制

作者：王建桥 杨李忠 黄利顺等    
时间：2010-08-13 21:29:26 [收藏]
    一、工程简介 北京首都国际机场3号航站楼工程为中国对外的重要门户和窗口，同时也是2008年举办奥运会的重要配套项目，其中3号航站楼中的T3B大型屋面钢网架工程,为双曲面外形，呈飞行体状；南北方向
    关键词：型钢 网架 施工
     
     
    一、工程简介
    北京首都国际机场3号航站楼工程为中国对外的重要门户和窗口，同时也是2008年举办奥运会的重要配套项目，其中3号航站楼中的T3B大型屋面钢网架工程,为双曲面外形，呈飞行体状；南北方向长约958m，东西方向宽约775m，其投影面积约为13万平方米，屋顶标高为42m。在航站楼的指廊和主体连接处，设置一道温度缝，将整个航站楼屋顶中国建筑金属结构信息网分为三部分。如下图：
    \
    另外为配合屋顶边缘的曲边形式以及和内部屋顶的连接过渡，设置了边桁架。边桁架内部部分节点为直接相贯连接。
    屋顶网壳由124根梭形钢管柱支承，除指廊内侧直钢柱外，其余外侧支撑屋顶的钢管柱向外倾斜14.5°，共74根。支座采用板销节点与柱顶连接，为释放温度内力，在每个翼部分别设置了六个可沿屋顶切向滑动的支座。
     
    \
    本工程为大面积、大跨度抽空三角锥钢网壳结构，建筑造型新颖、独特，平面布置呈“人”字型。网壳下弦支撑在钢柱柱顶上与网壳、边桁架相连，成巨型网壳-支撑结构体系。屋面网壳结构独特，由双向多根不同曲率半径的圆弧线相交而成，整个屋盖只有沿纵向中轴线基本对称，因此上下弦球节点的空间坐标在安装时必须单独定位，由于屋盖曲面的曲率半径大，相邻节点最小高差小，安装时必须精密定位。内部网架大部分为标准抽空I型三角锥网壳，局部为三角锥网壳，形成圆滑的曲面，整体球杆连接形成微弯的过渡，外观看似正三角形和六边形的网格，相邻的杆件尺寸和螺栓球的规格、坡面角度都不一样。
    二、测量难点分析
    本工程作为国门工程及2008年北京奥运会重点工程，为保证其施工质量，控制好施工过程的每一个环节都是非常重要的，而测量工作将是项目施工管理的重要环节，测量成果准确与否，直接影响工程的施工进度、施工质量，同时也是项目创优的必要保证。
    工程测量有利方面:
    1、指廊部分结构南北方向高差一致；
    2、 整体结构以36x42m的棱形柱网分割成若干单元；
    3、边桁架及连桁架均为正方结构，即桁架与柱子连接的一端上下弦投影位置相同。
    工程测量不利方面：
    1、本工程属于大型网架结构，国内首例，结构变形比较复杂，且结构本身造型比较复杂；
    2、安装方案采用桁架整榀吊装，网架采用散装方法，测控的范围和方法不统一；
    3、节点类型较多，定位和控制点的确定难度大。
    1、 测量仪器、工具准备
    测量仪器、工具必须准备齐全，其中全站仪、经纬仪、水准仪及大盘尺等重量仪器、工具必须送甲方指定的计量所检定，送检过的仪器、工具必须保证在符合使用的有效的有效期内，并保留相应的检验合格证备查。
    工程测量使用的主要仪器

    名称

     
    精度
    数量
    用途
    全站仪
    2″
    1
    主轴线测设、安装测量
    经纬仪
    2″
    1
    次要轴线的测设
    水准仪
    S3
    2
    高程控制
    5m塔尺
    mm
    1
    高程传递
    5m钢卷尺
    mm
    1
    高程传递
    50m钢卷尺
    mm
    1
    控制点检核
    计算机
     
    2
    内业计算
    对讲机
    5km
    5
    通讯联络

     

     
    2、 资料准备
    土建测设的施工控制网及水准点，钢柱基础沉降量记录经现场移交后，作好标记，并保留相应资料。
     
    本中国建筑金属结构信息网工程的安装测量工作内容包括：边桁架轴线定位,投影线几何尺寸控制、标高控制，变形观测、网架安装测量等。由于本中国建筑金属结构信息网安装大部分是建立在土建结构的基础之上，根据这个特点：中国建筑金属结构信息网安装测控网就依据土建施工的测量控制网布设，测控仪器：全站仪、经纬仪和水平仪。具体操作为：
    1、全面复核土建的测量控制网和轴线及标高。
    2、复测基础预埋件的预埋尺寸、平整度、及标高。
    3、复测预埋螺栓组的纵横轴线及螺杆的垂直度。
    4、设置好垫板组，控制好构件安装的标高和轴线。
    五、测量控制措施
    （一）、边桁架拼装测量
    边桁架拼装场地应选择水平坚硬处，同时为减小边桁架拼装过程中胎模架着力点的沉降，在地面上铺设一层钢板。然后按边桁架尺寸在钢板上测设出各节点投影点。预拼装所用的支撑凳和平台应测量找平，检查时应撤除全部临时固定和拉紧装备。
    1、测量方法
    地面拼装主要采用常规测量，以直角坐标及距离交会法等常规测量方法。用经纬仪放出主控线，然后根据各球节点之间的关系，在地面作出各球节点的投影点，为了提高划线精度，各节点的投影点用钢针在钢板上刻划；边桁架的平整度、上下弦标高的对应关系采用水准测量方法进行控制，地面拼装水准基准采用相对基准。
    2、检查方法：
    （1）节点平面位置
    主要用钢尺和小垂线球，检查桁架节点与相应投影点是否符合限差。
    （2）节点高程
    用水准仪和塔尺检核各节点的标高，由于节点是球状，所对应的标高为球体中心，为了减小误差，实测球体下端，用塔尺0m处顶住球体的切点，使塔尺下沿中线靠近投影点，为了更好的消除误差，对每个节点标高进行多次测量。（本工程标高控制每节点测量3次，最后取平均值）
    再根据不同球的半径，加上实测标高即为节点理论标高。（以下节点标高控制方法相同）
    3、地面拼装测量精度要求：边桁架总长（总长约32米）允许误差±5.0mm；节点部位，要求节点中心偏移≤±1.0mm。为提高刻划精度，采用钢针刻划，刻划宽度小于0.1mm。
    4、边桁架地面拼装结束后，要按以上精度要求对桁架进行全面复核，并做好记录，合格后方可进入下道工序的施工。一榀桁架拼装完成下胎后进行下一榀桁架拼装前，必须对胎膜架的几何尺寸进行复核。
    （二）、中轴线的控制
    1、斜柱相对应中轴线的控制点
    (1)、斜柱相对应中轴线的控制点具体概算
    根据柱底坐标（6874.615,6663.239）、柱顶坐标(6880.78785,6666.80302)与柱底到中轴线的距离d，反算控制点的坐标。具体概算步骤：
    ①、计算出起始方位角αab；
    αab=arctgΔYab/ΔXab=30°0′03″
    所以柱底到中轴线控制点的方位角为210°0′03″
    ②、柱底到中轴线的距离S
    S=D-d=18-((5.25-(-4.5))* tg14.5°=15.478m
    ③、计算坐标增量
    ΔX=COS210°0′03″*15.478=-13.404
    ΔY=SIN210°0′03″*15.478=-7.739
       所以:控制点A1坐标X=柱底X座标+ΔX=6861.2108
    Y=柱底Y座标+ΔY=6655.4998
     
    \
    ④、其它钢柱控制点的计算方法和以上相同。
    ⑤、在指廊及两翼部部分钢柱所对应的控制点的连线及为建筑中轴
    （2）、实地放样
    ①、在一级控制点的基础上，采用全站仪坐标放样法施测控制点，在+5.25m楼面做出标识，定位精度1/4000。在测设出中轴线控制点后，由于相邻两控制点距离为41.569m，为了减小弹线误差，在一控制点上精确整平经纬仪，用相邻控制点定向，卡紧仪器水平微动螺旋，调节垂直微动螺旋，在两控制点间加密若干点，在此基础上弹出中轴线。
    ②、施测控制点的精度按Ⅰ级平面控制实施，测角中误差为±9″，边长相对中误差1/25000，相邻两点的距离误差≤±2.0mm
    （三）、高程的测量
    1、本工程高程基准面采用一级控制点高程系统，以30.950m为±0.00m；
    （1）高程的传递
    a、高程的传递采用水准仪引测，原则上从一级控制点上按支水准引测，现场有±0.000标高，对±0.000复核达到精度可采用次基准，施工楼面上按施工需要测设若干个高程控制点，标识出实际标高，高程点间用水准仪检核，误差≤±1″。
    b、为了方便施工，在测量出的高程控制点的基础上，用水准仪将高程引测到柱体上，为方便计算，一般取整数。
    c、在引测时，每个施测面至少要从三处向上传递，校准合格后方可使用。
    （四）、边桁架控制测量
    1、边桁架与斜柱中心点定位
    （1）、由于边桁架及与之联系桁架均为正放结构，即桁架与柱子连接的一端上下弦管投影为一条线，但由于翼部两侧柱子均为14.5°的斜柱，按三角关系算出桁架下弦与柱子连接的一端投影到柱底中心的偏移量，见（图1—1）。即中轴线到柱高16328mm斜柱中心距离为22223mm,用全站仪测距确定斜柱中心点。
     
     
    \
    （2）、测量方法:在中轴线A点处架设全站仪,精确对中、整平仪器，以中轴线上另一点B定向，以水平角90°，平距22223mm测设出点C，点C即为边桁架与斜柱中心点定位点。见（图1—2）
     
    （3）、安装精度保障
         中国建筑金属结构信息网安装精度要求支座中心偏移L/3000，支座最大高差为30.0mm
            2、边桁架下弦节点定位
    （1）、 根据中轴线与斜柱中心点的关系，在中轴线确定点1、2，按桁架球节点间距离在中轴线上确定A、B、C、D等点，由于边桁架在地面拼装时各节点已有精密控制，所以安装时不需要考虑节点的平面控制；（见图1—3）
     
    \
    （2）、边桁架标高的控制
    ①、胎架在承重沉降稳定后，可进行高程控制。在楼面架设水准仪，后视水准基准点，采用钢尺配S3水准仪,将标高传到各控制节点。
    ②、测量方法：将水准仪架设在+5.25m楼面，后视以+6.00m为基准，将塔尺下端贴在+6.00m线处，测得差值为1m，再将水准仪前视节点102，用钢卷尺0m放于球节点中心位置，让钢卷尺下垂，使13m与水准仪中心视线重合，即102点标高就达到理论标高。（见图1-4）
     
    \
    （3）、下挠度控制，防止桁架下沉
    a、为防止桁架在与之相关网架连接前后的变形，在边桁架撤除支撑前后要对（图1—5中）节点A、B节点的高程的测控。
    b、具体方法：在边桁架安装固定后，用水准仪配钢卷尺测出相应球节点标高，用支撑调节到理论高度，并作好记录，在与之相关的网架安装完后撤除支撑后，再测量其标高，使其标高变化符合精度。
    c、精度保障    

    项 目

     
    允许偏差
    节点中心偏移
    ±2.0
    焊接球节点的偏移
    ±1.0
    桁架跨中高度
    ±3.0

     

     
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    \
    （五）、网架安装测量
    根据施工方案与施工要求，网架安装采用高空散装法。根据安装经验，网架控制主要以焊接球为主要控制，由于GPS点距施工区较远，不方便放样各球节点，所以在施工区域布设平面控制网。
    1、施工控制网的布设是根据施工进度与施工现场需要，它的布设原则是满足各细部控制测量的需求，网形视施工现场而定，T3B工程平面控制网形根据各部形状而定。
    以E～D轴区域内为例
    在平面控制网的基础上，根据球节点9784、9925、9931、9790的坐标，用坐标反算在楼面测设出球节点9784、9925、9931、9790的投影点。
     
    \
    1、平面控制网技术指标
    等级
    边长（m）
    测角钟误差
    边长相对中误差
    相邻两点距离误差
    Ⅰ
    100～200
    ±5″
    1/4OOOO
    ±2mm
    Ⅱ
    50
    ±10″
    1/20000
    ±2mm
    2、高空平台拼装测量
    由于网架采用散装，测量平台在满膛脚手架上，测量平台采用钢板与脚手架焊接，平整度好、固定性强，拼装精度误差要求不大于±2mm。
    3、钢网架结构安装的允许偏差           
    项目
    允许偏差
    纵向、横向长度
    L/2000，且不应大于±30.0
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