國家體育場鋼結(jié)構(gòu)安裝測量研究

謝旭陽 桂芳茹

【摘 要】從國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程的特點出發(fā)，分析了該工程安裝測量的難點，研究總結(jié)出鋼結(jié)構(gòu)安裝測量的方法，為其他同類鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝測量提供了參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；安裝；定位；測量；塔架

1.工程概況

國家體育場位于北京市城府路南側(cè)，是北京2008年奧運會的主體育場，由混凝土結(jié)構(gòu)（看臺、基座）和鋼結(jié)構(gòu)（外殼造型）兩大部分組成。國家體育場鋼結(jié)構(gòu)主要由24榀門式桁架圍繞體育場內(nèi)部碗狀看臺區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，包括主桁架、桁架柱、頂面次結(jié)構(gòu)、立面次結(jié)構(gòu)、樓梯、馬道幾部分，主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射型布置，與屋面及立面的次結(jié)構(gòu)一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型。

2.工程特點與測量難點

2.1 工程特點

（1）體形、重量巨大。

（2）曲線、曲面造型多，定位精度要求高，難度大。

（3）空間節(jié)點多，三維測量定位部位多。

（4）鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在空間上完全分離，既有相對獨立性，又有一定的相對關(guān)系。

（5）施工時，分階段、分區(qū)域、多單位拼裝。

（6）體育場工程整體施工順序為“看臺-鋼結(jié)構(gòu)-基座”，鋼結(jié)構(gòu)、混凝土工程具有 3～4 個月的交叉施工期。

（7）支撐塔架多，塔吊多，施工現(xiàn)場視線阻擋多。

2.2 測量難點

國家體育場的主體建筑平面布局呈橢圓形，鋼構(gòu)件的定位點均為三維坐標，所有主結(jié)構(gòu)的構(gòu)件均為巨型構(gòu)件，測量精度要求較高。

（1）柱腳的安裝定位

本工程的柱腳不同于常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)柱腳，體形巨大，單體重量重，柱腳的長寬尺寸達四、五米，高度最高達十多米。所有柱腳均位于深基坑內(nèi)，現(xiàn)場操作困難。柱腳標高大部分在+1.500 以下，安裝定位測量難度大。

（2）桁架柱、樓梯柱的安裝定位

每根桁架柱由兩根 1200*1200 的箱形外柱和一根菱形內(nèi)柱通過腹桿連接而成，兩根外柱為斜柱。樓梯柱的截面也為箱型并且都是傾斜的，這就使得桁架柱和樓梯柱的定位校正測量難度大。

（3）主桁架的空間定位

主桁架采用分段吊裝，桁架坐落在支撐塔架上，所有對接點均為高空對接，定位測量相當困難。

（4）支撐塔架體系和主桁架的監(jiān)測

支撐塔架共計80個，分段吊裝時，主桁架坐落在支撐塔架上，在主桁架沒有成為整體之前，支撐塔架的變形以及主桁架的撓度監(jiān)測工作量較大，并應定期進行。

3.鋼構(gòu)件安裝前的測量工作

鋼構(gòu)件安裝前，應利用已建立的平面和高程控制網(wǎng)對柱腳的支撐面的位置、標高、水平度進行復測，并提交測量成果，若不符合精度規(guī)定，則應采取相應的措施，如制定糾偏方案、提出洽商、變更設(shè)計等。

桁架柱柱腳預埋件的位置偏差采用 Leica TCRA1201 全站儀進行測量。測量每個支撐面時，應做好以下工作：

（1）儀器設(shè)站點應選擇在離該支撐面最近的控制點上，并以臨近的控制點作為定向點（若首級控制點與支撐面之間無法直接通視，則應采用合適的加密控制點進行測量），測站到定向點的距離應大于測站到放樣點的距離。

（2）將迷你小棱鏡桿放置在頂板上需測量的點位上，并保證棱鏡桿處于鉛垂狀態(tài)，每塊頂板（預埋件）須測四個點，以一根柱子的預埋件為例，共需測24 個點。

（3）將外業(yè)作業(yè)測得的數(shù)據(jù)與圖紙比較，確定桁架柱柱腳預埋件的位置偏差。

（4）桁架柱柱腳預埋件的標高用 NA2 水準儀進行測量。因預埋件的標高均較低，測量它們的標高前需將臨近水準點的標高引測到預埋件附近。

（5）桁架柱柱腳預埋件的水平度用水平尺進行測量，允許偏差為 L/1000。預埋件標高的測量位置為各塊埋件的四個角區(qū)域，位置如上圖所示，使用WILD NA2 水準儀進行測量。

4.柱腳的定位測量

柱腳的定位測量，采用 Leica TCRA1201 全站儀的機載放樣程序?qū)⒅_的定位軸線放出來，設(shè)站點為邊坡邊上的加密點，定向點為鋼結(jié)構(gòu)施工專用控制點，在使用該加密點時應對該點的點位精度進行復核，要求加密點與鋼結(jié)構(gòu)施工專用控制點之間的實測平距與理論平距之差不大于 2mm 才可以施工該加密點進行放樣工作。

定位點確定后，根據(jù)定位點用墨線將定位線彈在混凝土（預埋件）表面上。吊裝柱腳時，將構(gòu)件上的對應定位點對準定位軸線即可。

5.支撐塔架的安裝測量

支撐塔架安裝測量的總體思路：放樣出塔架中心位置→安裝塔架→校正塔架→測量塔架標高→精確測量塔架標高。

5.1 塔架的定位

塔架的定位程序如下：

（1）根據(jù)塔架設(shè)計位置、桁架平面投影布置和塔架與桁架的位置關(guān)系，在平面內(nèi)求出塔架中心點及塔架支柱的控制坐標（x，y）。

（2）在內(nèi)業(yè)獲得各個塔架中心點的三維坐標，并填寫在預先設(shè)計好的表格上；

（3）選擇滿足精度要求的全站儀 TCRA1201、水準儀 NA2 等測量設(shè)備；

（4）在內(nèi)業(yè)將控制點的坐標以及塔架的坐標輸入全站儀；

（5）在就近的控制點上架設(shè)全站儀，利用全站儀的內(nèi)置放樣程序，由測量人員根據(jù)測量結(jié)果指揮手持 Mini 小棱鏡的司尺人員至塔架的位置，這個過程是不斷進行測量、比較、調(diào)整工作的過程，直至將塔架位置準確放樣在地面上；

（6）直接利用全站儀 TCRA1201 放樣出塔架的定位軸線。

5.2 塔架垂直度測量

塔架就位時，塔架支座中心線須與基礎(chǔ)中心線基本對齊后方可松鉤。然后用千斤頂調(diào)整塔架位置，使塔架支柱底座中心線與基礎(chǔ)中心線重合。

塔架垂直度測量程序具體如下：

（1）對塔架互相垂直的兩個相臨面的上、下弦桿分別進行中心標識，在互相垂直的兩個方向上架設(shè)兩臺經(jīng)緯儀。儀器與塔架的距離不小于塔架高度的 1.5 倍。

（2）先瞄準塔架下弦已標注的中線標志，再揚起望遠鏡進行觀測，如塔架上弦中心與經(jīng)緯儀的豎絲重合，則說明塔架在該面是垂直的，否則將進行重新定位。按累似方法對另外一個面進行找正。

（3）如兩個面均滿足要求，則塔架的垂直度滿足要求，可進行下一節(jié)塔架柱的安裝。

（4）第二節(jié)及以上各節(jié)塔架安裝時，首先應用經(jīng)緯儀控制千斤頂調(diào)整上節(jié)支柱的柱底中心線與下節(jié)支柱柱頂中心線重合，然后按上述測量控制方法逐節(jié)安裝塔架。

（5）實測塔架柱頂?shù)拇怪倍绕?。首先仰視柱子頂端的中心點，然后再俯視柱子底部中心點，若不重合，則投設(shè)出一點，量取該點至柱底中心標志的距離，即是塔架柱的垂直偏差值。 塔架柱身垂直允許偏差必須滿足本工程的規(guī)范要求。塔架柱復測結(jié)束后，需在柱頂進行中心定位，并作好十字線，標記鮮明。同時，應根據(jù)實際情況測出主桁架的實際支頂位置。

5.3 塔架標高測量

本工程中塔架標高控制主要為塔架頂部標高。測量方法如下：

（1）司尺員在已知高程的水準點上立尺，并保證水準尺在鉛垂狀態(tài)；

（2）測量人員在塔架和水準點之間架設(shè)水準儀，保證水準儀腳架牢固地安放在硬實的地面上，并將水準儀精確調(diào)平；

（3）測量人員通過水準儀望遠鏡找到司尺員的水準尺，調(diào)整焦距使水準尺的數(shù)字刻度清晰可見，同時目鏡的十字絲也應調(diào)整清晰；通過十字絲的橫絲讀出水準尺的讀數(shù) A，通過十字絲的上下絲分別讀出上下絲的讀數(shù)。

（4）另一司尺員在塔架頂部將經(jīng)過檢驗合格的鋼尺放下，并將鋼尺零點對準塔架頂部，鋼尺下邊配以拉力范圍內(nèi)的重錘，使鋼尺呈鉛直狀態(tài)。

（5）測量人員掉轉(zhuǎn)儀器鏡頭，通過水準儀望遠鏡找到鋼尺，調(diào)整焦距使水準尺的數(shù)字刻度清晰可見，同時目鏡的十字絲也應調(diào)整清晰；通過十字絲的橫絲讀出鋼尺的讀數(shù) B。

（6）根據(jù)已知的高程值和 A、B 的數(shù)值計算出塔架頂部的高程值。

6.結(jié)束語

隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的日益完善，越來越多的大跨度建筑使用鋼結(jié)構(gòu)，高層、異形、大跨度結(jié)構(gòu)的測量控制的難度也越來越大，鋼結(jié)構(gòu)測量方法與精度至關(guān)重要，直接影響到鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全，國家體育場鋼結(jié)構(gòu)安裝測量中的各種方法為其他同類項目提供了一個較好的參考依據(jù)

參考文獻：

[1]華錫生，黃騰.精密工程測量技術(shù)及應用.[M].河海大學出版社，2002.

[2]周世武；大跨度鋼管桁架屋蓋整體提升施工技術(shù)[D]；重慶大學；2007年.