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【摘 要】本文介绍了无锡会展中心一期工程钢结构安装过程测量控制网的建立、地脚螺栓预埋定位测量控制、钢桁架安装定位轴线及标高控制、钢桁架安装精度控制等控制技术。
【关键词】外控网；内控网；测量校正；变形观测；安装精度控制
一、钢结构工程概况
无锡会展中心一期工程位于无锡太湖新城尚贤河湿地贡湖大道以东、震泽路以北、和风路以南；框架剪力墙结构，地下一层地上二层，建筑面积91610m2，结构形式为钢筋（型钢、钢管）砼框架及屋面大跨度钢桁架。屋盖钢结构平面尺寸为288m×114m。钢结构主要用于屋面桁架体系，总用钢量11800吨，屋盖由25榀钢桁架组成，钢桁架跨度114米，钢桁架两端分别悬挑10.5米和9米；50根箱型截面支撑钢柱支撑起整个钢屋盖，矮跨钢柱长9米，高跨钢柱长27米，钢柱与桁架上弦下翼板刚接。屋盖钢桁架主要由HJ-1、HJ-2和HJ-3组成，三种规格钢桁架外形尺寸相同，但其上弦板厚有所差异，单榀桁架最重210吨。根据轴线尺寸，每三榀钢桁架组成一个标准尺寸的安装单元，单元平面尺寸为21m×114m。整个钢结构工程构件数量多，标准件数量较多，构件总数约3178件，其中桁架支撑钢柱50件，幕墙柱150件，屋面桁架534件，众多构件安装过程中如何测量控制其轴线、标高、安装精度、应力变形等是本工程钢结构施工的重点工作之一。
图1 无锡会展中心一期竣工照片
二、测量重点与难点分析
2．1平面控制点的建立
由于本工程建筑面积较大，属于大场区面积控制，所以必须在建筑场地外围建立一条高精度测量平面控制网，用于对结构的安装控制，以及后期的结构变形监测。
2．2立面高程点的建立
由于场地面积较大，一个高程控制点无法满足整体结构的标高控制，必须建立一个闭合的水准控制网才能满足结构的精度控制，但点位建立太多，精度控制上将受到一定影响，若点不够也将无法满足现场测量要求。现场又受施工和外来影响较多，稳定便于观测合适地点位置缺失，所以选择合理地段布点是测量的重中之重。
2．3地脚螺栓埋件的定位放线
本工程地脚螺栓分布较广，沿建筑边线外圈分布，部分螺栓螺杆较细，不易定位，而多家施工单位交叉施工，导致视线较差，不易投点放线。
2．4顶部桁架的测量校正
顶部桁架属于超大构件，最大截面为2600X700，桁架吊装后，控制点不易准确捕捉，捕捉后的轴线调节困难也较大。桁架安装完成安装用的临时措施胎架拆除后，桁架势必会出现一定移位与下挠，需事先根据设计提供的平面与立面位移值而预先合理进行调控。
2．5顶部桁架的变形监测（平面位移与立面下挠）
桁架安装完成后，由于结构跨度较大和受自身重力的影响，会在一定时间内空间位置发生变化，为获得桁架安装后的变化情况是否在控制的稳定范围内，必须定期、定点（每周）在同一时间和位置对桁架进行平面与立面位移监测，监测数据及时记录汇总分析并提供技术与设计部门参考。但定位的选择需合理设置，否则不能达到监测的目的与要求。
三、测前准备
3．1施工测量放线之前应准备如下
3．1．1 内业计算：仔细熟读图纸，认真分析轴线与各构件之间的位置关系，并做好记录。
3．2对总包提供的测量主控制点进行复核确认，用全站仪进行闭合检查，无误后方可进行主轴线的测设。若有问题及时向总包测量部门反应。
图2 原始测量控制点布置图
3．3对测设时需要的各种器具及人员作好准备，各种仪器必须是经过计量单位检校合格方可投入使用。
3．4将内业计算的成果制成表格，便于施测速率和质量的提高。
3．5对施工现场要进行认真观察、分析，确保在日后施测过程中不会受到外界影响，如其它原因的不能通视、或人为破坏。
3．6测量仪器具计划配置
图3 二级控制点平面布置示意图
四、平面和立面控制网的布置
4．1平面主控制网的布置
4．1．1布置思路
结合本工程周边地理位置和施工现场具体状况，再针对工程钢结构的结构布置与特点，又综合考虑其钢结构施工特点与困难，为满足现场的测量质量与控制需求，便于整个建筑的整体控制与轴线传递，采用两极布网方案，首先选择在外围硬化混凝土路面布置一圈二级控制点，用于对建筑的整体控制，布点位置要求不易受外界影响而变形移位，各相邻导线点要求相互通视。然后选择在12m 楼层板面布置内控网，将外圈二级网引测到楼面，在此基础上对各轴线点进行加密。内控网主要用于顶部桁架的测量校正。
4．1．2建立外控网
首先在在总包移交的两个已知点WK0、WK1 基础上，再选择在建筑外围四周硬化路面顺时针方向放设6 个二级附和导线点，点位编号为WK3、WK4、WK5、WK6、WK8、WK9 控制点，依次顺序记录各测设点位坐标。
4．1．3控制点坐标平差处理
为保证整体结构的精度控制，控制网必须符合规范要求，须将各测设点进行平差处理，将数据记录后利用坐标平差软件进行平差分析处理，综合平衡各点间角度与测距精度，改正各常数，将各测站点坐标置入仪器参数设置内，便于平时坐标调用。
1）坐标控制点输入：
6）建立内控网
内控网主要用于结构顶部桁架及以上其它构件的安装校正的轴线控制依据，主要需待12m 楼板浇注后，依次分别根据二级网引投6 个控制点，组成矩形，便
于闭合复核。点位编号以顺时针方向设置，从○10 轴与J 轴处开始，由小到大编
为NK1、NK2、NK3、NK4、NK5、NK6，具体位置为NK1 位于偏10 轴1500mm，偏
J 轴2000mm；NK2 位于○22 轴与偏J 轴2000 mm 处；NK3 位于偏○34 轴1500mm，
偏J 轴2000mm 处；NK4 位于偏○34 轴1500mm，偏A 轴2000mm 处；NK5 位于○22
轴与偏A 轴2000 mm 处；NK6 位于偏○10 轴1500mm，偏A 轴2000mm 处。具体如
下图：
图4 内控网平面布置示意图
4．2建立立面控制点
4.2.1在建筑基线外围东面，由总包正式移交了一个高程基准控制点，点位标高
已转为建筑相对标高±0.000。考虑到后期测量控制标高的引测，以及精度的保证，须由原始高程控制点分别在主体建筑东南西北四个面各引一个高程控制点，以满足工程结构标高控制。四个点可直接引测到建筑±0.000m 层主体墙面上，引测完成后进行往返各一个来回的闭合，闭合后产生的误差经平差软件进行处理。每次标高向上传递引测时，必须有两个点同时向上引测，以达到复核检查作用。
4.2.2水准控制点具体布置
从总包移交的基准高程控制点±0.000m开始，分别在首层标高相同位置以逆时针方向引测G1、G2、G3、G4四点组成的闭合环的水准网。施测采用高精度Wi ld NA2配合铟钢尺按城市二等水准往返观测。具体如下图：
图5 高程点平面布置示意图
五、钢结构测量校正
5．1建立内控网
5.1.1内控网主要用于结构顶部桁架及以上其它构件的安装校正的轴线控制依据，主要需待顶层楼板浇注后，依次分别根据二级网引投6 个控制点，组成矩形，便于闭合复核。
5.1.2建立立面控制点
考虑到后期测量控制标高的引测，以及精度的保证，须由原始高程控制点分别在主体建筑东南西北四个面各引一个高程控制点，以满足工程结构标高控制。四个点可直接引测到建筑一层主体墙面上，引测完成后进行往返各一个来回的闭合，闭合后产生的误差经平差软件进行处理。每次标高向上传递引测时，必须有两个点同时向上引测，以达到复核检查作用。施测采用高精度水准仪配合铟钢尺按城市二等水准往返观测。
5.2 地脚螺栓测量校正
为保证地脚螺栓埋设精度，采用以下控制方法：
5.2.1轴线引测
钢筋开始绑扎前，首先根据外控点对现场轴线、水准点进行加密，确定细部轴线，为安装做好准备。
（1）加工定位钢板
为了保证同组螺栓之间相对尺寸的埋设精度，在4mm 厚钢板上根据螺栓直径及定位尺寸进行机械加工钻孔，如图：
图11 桁架平面测量示意图
5.3.2桁架控制点设置
根据桁架结构形式，选择桁架平面定位控制点设置在桁架下部节点及支撑连接位置（也可考虑上部檩条节点处作为轴线定位控制点），在构件一进场后，就必须在桁架节点处用角尺或钢尺画出轴线定位点，用油漆作标记并打上钢印，桁架控制点必须靠近桁架分断点1 米内，桁架两端必须各设一个控制点。
5.3.2桁架的定位校正
桁架在吊装前，先在地面在桁架两端头上弦板面处焊接足够强度的马板，待桁架吊装对接就位后，由地面测量人员通过仪器对桁架节点控制标志进行观测，观测后偏差数据通过对讲机通知上部调校人员进行调节。上部人员可使用两个10 吨千斤顶对桁架前后方向进行调节，同时也可利用桁架安装措施胎架对左右方向进行调节。最后微调时使用楔铁，通过敲击楔铁来调校控制。
图13 桁架定位校正示意图
5.3.4桁架的竖向控制与调节
第一品桁架吊装前，先将控制标高引测到顶层附近，在顶层架设一台水准仪，将盘尺倒挂进行对桁架的标高观测。待第一榀桁架校正完成后，安装第二榀桁架时，在第一榀桁架顶部选择合适位置安装测量仪器措施架，将水准仪搬设到桁架顶部，安装在测量措施架上直接通过放置箱尺进行观测调校。
a）桁架标高控制点设置
桁架标高控制点位设置和轴线定位点设置基本相同，都是在桁架吊装前的地面拼装阶段就将点位选好，主要设置在桁架节点上弦顶面为控制点，在侧面位置用油漆做好标记。
图15 钢桁架标高调节示意图
5.4 桁架变形观测
桁架安装并焊接完成7 天后，应对桁架进行平面和立面位移监测，实时监控桁架的结构位移变化。位移监控点位设置在桁架上弦板面的节点位置，由工厂在桁架上用刚冲打十字眼，提供节点处监控点坐标，由现场测量人员根据工况定期进行观测。平面位移采用全战役进行二维坐标直接观测，观测点处必须放置小菱镜，否则精度难以满足要求；竖向位移则架设水准仪放置箱尺进行观测。
5.4．1监测点设置
根据桁架长度和作用力分析，每榀桁架共设置5 个监控点，依次在图上编好编号，这些工作应提前和工厂沟通，由工厂完成。
5.4．2平面点观测
观测前主要将控制点引观测前主要将控制点引测到桁架顶部，将全站仪架设到视线良好易观测处，通过放置小菱镜逐一测设各点坐标，并逐一记录。
5.4．3竖向点观测
将水准仪架设到视线良好易观测处，通过放置塔尺逐一测设各点标高，并逐一记录。
5.5钢桁架安装过程中的安装精度控制
图16 最后一段桁架合拢
钢桁架分成多段，从两边往中间依次高空原位拼装；因桁架从两端往中间依次安装，在实际操作中会产生测量累积误差和焊缝焊接收缩误差，导致最后一榀桁架合拢可能无法就位；因此如何保证吊装过程每一段的安装精度是保证最后一段钢屋架能否顺利合拢的关键；
为避免此现象，在桁架安装前测量人员首先对桁架的截面尺寸进行检查，在桁架上做好测量控制点；利用全站仪对桁架控制点相对坐标与设计坐标进行拟合，其操作步骤如下：
（1）架设全站仪，设置一个测量基准点（测站点）；
（2）设置测量后视基准点，设置一个测量标高基准点为±0，测量两点之间的水平距离和高差；
（3）将全仪器调整到最佳状态，对准后视点，测量桁架某控制点的三维坐标，并做好记录；
（4）通过现场桁架测量的三维坐标进行建模与厂家提供的实体模型进行对比；
（5）偏差核对。
构件坐标偏差核对时，以1号点为起始点，2、3、4为起始边，对齐9、10、11、12号点，查看5、6、7、8号点的弧度，检查模型拟合后整体精度；全站仪检查吊装构件，精度高、验收速度快、数据可靠，且不影响施工进度；根据拟合找出的偏差，现场及时校正该段构件，确保每一段构件的制作安装精度。
测量人员对桁架的吊装进行分段的实时监控，对每一段桁架的安装根据预先设立的测量控制点，在吊装时，进行测量并根据数据分析，通知现场的校正人员进行校正。在最后一榀桁架安装前，先用50米钢卷尺检查两端桁架的开档距离，然后算出测量坐标点的水平距离，与钢卷尺检查的距离进行对比分析，根据偏差，通知现场提前进行校正确保最后一段桁架一次性精确就位合拢。
图18 现场测量拟合校正
六、结束语
无锡会展中心一期工程25榀114米跨度钢屋架安装取得了圆满成功，其方便、合理、先进的测量控制技术为钢桁架顺利安装提供了保障；钢桁架从2009年9月1日上午举行开吊仪式开始，至2009年10月30日，25榀钢桁架全部吊装结束，经多方多次检查验收和第三方实体检测验收，安装质量完全符合设计和施工验收规范要求，钢结构工程获得了上海市钢结构工程“金刚奖”、“中国钢结构金奖”（国家优质工程奖），无锡会展中心一期工程同时荣获了2012年度江苏省“扬子杯”优质工程奖。
论文作者:黄海峰
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第17期
论文发表时间:2016/8/17
标签：桁架论文; 测量论文; 标高论文; 轴线论文; 精度论文; 坐标论文; 平面论文; 《低碳地产》2015年第17期论文;