中鐵建工集團有限公司 上海 200331

1 工程概況

馬鞍山市體育中心位于馬鞍山市主城區(qū)和秀山新區(qū)之間，屬甲級大型體育建筑，主體育場看臺上覆蓋了鋼結(jié)構(gòu)罩棚，東西長297 m，南北長433 m，呈橢圓形，總建筑面積為62 044.59 m2，建筑高度47.517 m，座位席36 676個。東西兩側(cè)為4 層，北側(cè)為1 層，南側(cè)為3 層，上部為管桁架鋼結(jié)構(gòu)和金屬板及陽光板屋面（圖1）。

圖1 馬鞍山中心體育場外觀

體育場上部鋼結(jié)構(gòu)罩棚為徑向倒三角桁架雙層曲面網(wǎng)殼混合空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系。由懸挑主桁架和內(nèi)環(huán)桁架、腰桁架及支撐體系組成，主懸挑桁架最大懸挑長度37 m，根部高度4 m；體育場北側(cè)由于無核心筒，罩棚由4 個樹形柱支撐。主伸臂桁架支承于下部混凝土核心筒頂，懸挑主桁架底部與筒體的側(cè)邊相連，樹形柱穿過1 層混凝土柱支承于基礎(chǔ)上。 屋面結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)梁、桁架、連接板和加勁板所用鋼材牌號均為Q345B，支撐主桁架的支座構(gòu)件、北側(cè)樹形柱及支撐采用Q345（GJB）。

2 測量主要內(nèi)容

測量主要內(nèi)容見表1。

表1 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量要求

環(huán)境溫度的變化對結(jié)構(gòu)變形的影響非常復雜，很難精確地加以描述。在大型結(jié)構(gòu)的施工控制中，溫度影響可以分為兩種：一種是晝夜溫差的影響，另一種是季節(jié)溫差的影響。無論是晝夜溫差還是季節(jié)溫差對桁架標高控制均有較大影響，一般多選擇最接近季節(jié)平均溫度或常溫條件下進行測量。

晝夜溫差的影響一般在標高控制中亦多采用回避的做法，即對標高起控制作用的施工工序，均要求在溫度較均勻的凌晨日出前進行。但遇連續(xù)高溫的天氣情況，由于凌晨的溫度仍難均勻，溫度的影響難以完全避免，在此情況下，宜采用標高的修正公式來減少日照溫差的影響。

季節(jié)溫差的影響，應(yīng)設(shè)定一個標準溫度，將施工過程中實際季節(jié)溫差對結(jié)構(gòu)的影響在施工控制計算中考慮。

3 平面控制網(wǎng)的建立

3.1 控制網(wǎng)的校核

按照國家一級水準量測要求，對土建施工中預先設(shè)定的基準點和軸線控制點坐標進行復核測量，確認高程和坐標的正確性[1]。

3.2 平面軸線控制網(wǎng)的測設(shè)

（a）確定統(tǒng)一的平面坐標系統(tǒng)：根據(jù)圖紙坐標設(shè)定，將所有鋼結(jié)構(gòu)圖面相對坐標，統(tǒng)一換算為大地坐標。

（b）平面控制點的布設(shè)：根據(jù)本工程的特點，分別對體育場設(shè)置控制點如圖2所示。

圖2 體育場鋼結(jié)構(gòu)安裝測量控制點布置

（c）在這些點上架設(shè)儀器，采用導線測設(shè)的方法觀測邊長和水平角，經(jīng)平差計算，得到主控制點的精確坐標，測量采取往返觀測，角度測量3 測回測定，在方格網(wǎng)的基線上，再按軸線間距對各軸線進行復測[2]。并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，加密方格網(wǎng)。

3.3 軸線控制網(wǎng)的施測精度要求[3-6]

（a）軸線控制網(wǎng)精度要求：I、Ⅱ級平面控制網(wǎng)按一級導線測量的精度要求。角度采用方向觀測法，其主要技術(shù)要求，應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 方向觀測法主要技術(shù)要求

當采用全站儀測距時，應(yīng)符合表3所列精度規(guī)定。

（b）平面控制網(wǎng)的具體施測辦法：按照平面軸網(wǎng)控制點的確立，首先測設(shè)橢圓形縱軸兩端和中間共4 個控制點，然后測設(shè)橢圓形橫軸的4 個控制點，最后測設(shè)剩余四角4 個控制點，按規(guī)范要求做好測量標石標志，在選擇好的點位上埋設(shè)。

表3 全站儀測距精度規(guī)定

3.4 工程測量定位特點和要求

（a）桁架地面拼裝定位要求高，要嚴格焊前、焊后的測量檢查制度。

（b）本工程為橢圓形，根據(jù)吊裝順序和土建交付工作面的安排，確定測量放線的先后次序，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)高空拼裝的特點，有針對性地制定細部量測方案。

4 高程控制網(wǎng)的建立

4.1 高程控制網(wǎng)的布設(shè)

利用土建結(jié)構(gòu)水準基準點，根據(jù)橢圓形結(jié)構(gòu)特征，在體育場場地內(nèi)外圈每隔50 m建立水準控制點，形成水準基點組，并進行閉合校準，閉合誤差應(yīng)小于為測站數(shù)）。

每條水準路線以測段往返高差不符值計算，每千米水準測量高差的偶然中誤差MΔ和全中誤差MW（mm）為：

式中：Δ——水準路線測段往返高差不符值（mm）；

L——水準測段長度（mm）；

n——往返測的水準路線測段數(shù) 。

式中：W——閉合差；

L——計算各W時，相應(yīng)的路線長度（km）；

N——附合路線或閉合路線環(huán)的個數(shù) 。

4.2 測設(shè)方法

由于本工程看臺結(jié)構(gòu)為不規(guī)則形狀，需要水準測量、三角高程測量2 種測量方法相結(jié)合，以滿足進度要求。水準測量測定高差的精度高，三角高程測量不受地形限制，施測速度快，本技術(shù)采用全站儀配合跟蹤桿量高程的方法，既減小了誤差，又結(jié)合了水準測量置站方便、量測精度高、速度快的特點。

4.3 水準測量的精度要求

測量儀器精度條件見表4；水準測量的施測要求見表5。

5 桁架拼裝的測量控制

5.1 測控步驟

表4 測量儀器精度要求

表5 水準測量施測要求

（a）桁架平面位置測設(shè)[7]：根據(jù)桁架的結(jié)構(gòu)幾何形狀，在圖上測定出地面的投影控制線，然后根據(jù)水平投影的相對坐標控制點，在拼裝場地內(nèi)測定出實際的地面投影控制線，并將各主要桿件的連接水平投影點作為控制點，測放完成后，利用極坐標法進行校核。

（b）胎架位置測設(shè)：采用圖上作業(yè)的方式，確定胎架的投影位置，反算為大地坐標后，利用全站儀精確定位胎架水平投影位置。待胎架搭設(shè)完畢后，調(diào)節(jié)所有胎架頂平，確定胎架桿件控制點標高，調(diào)整測量誤差。

（c）主構(gòu)件定位：首先定位桁架主桿件并吊裝安裝；然后測設(shè)主桿件間相對位置，臨時固定。

（d）腹桿定位：將腹桿放置定位并臨時固定，根據(jù)上下弦桿件及腹桿待拼件上的點位標記進行整體位置關(guān)系的測量并調(diào)整；桁架拼裝完成后，利用全站儀對桁架各節(jié)點進行復核調(diào)整；完成后，開始桁架焊接。

桁架拼裝精度要求見表6。

表6 桁架拼裝精度要求

5.2 拼裝胎架測量控制

根據(jù)胎架的布置方式和拼裝構(gòu)件的幾何特征，確定測量控制點及其控制坐標值→在胎架布置區(qū)域內(nèi)設(shè)置臨時水準點→在胎架布置區(qū)域內(nèi)設(shè)置平面控制網(wǎng)→利用水準測量法測設(shè)各控制點的高程值→利用全站儀測設(shè)各控制點的平面位置，確定各控制點的空間位置。

（a）拼裝主桁架胎架的控制：在每榀胎架放控制軸線，在CAD圖中標出軸線與桿件的位置關(guān)系。次桁架、徑向桁架、墻桁架都以此布設(shè)控制線（圖3）。

（b）首先用經(jīng)緯儀和盤尺放出胎架控制線。

（c）根據(jù)建立好的控制線，利用經(jīng)緯儀安裝胎架。

（d）拼裝桁架，在拼裝過程中，用經(jīng)緯儀對胎架和桁架進行監(jiān)測。

圖3 胎架軸線布設(shè)示意

（e）桁架控制節(jié)點標記示意見圖4。

圖4 節(jié)點標記

5.3 主桁架定位測量

主桁架高胎架定位V形撐時，先測出桁架的位置，（可測主桁架端頭或者V形撐與桁架相連位置坐標），在CAD中反算出V形撐底部位置。

（a）主桁架的定位：以支撐為標高基準，外側(cè)控制V形撐的設(shè)計位置，放定位軸線，內(nèi)側(cè)控制上懸桿兩端頭三維位置坐標（12 榀），見圖5；V形撐后補的外側(cè)與內(nèi)側(cè)都控制端頭上懸管中心的三維坐標（4榀），見圖6。

圖5 主桁架定位

圖6 V形撐后補懸管中心三維坐標

（b）徑向桁架控制兩側(cè)端頭位置坐標。

（c）次桁架、墻桁架、內(nèi)外環(huán)桁架鑲補到主桁架上。

（d）環(huán)形桁架空中定位，采用全站儀極軸法與投影法雙向校核。

5.4 環(huán)形桁架安裝測量

（a）利用工程軟件把要安裝主桁架、次桁架、環(huán)桁架的定位點三維坐標放出，利用全站儀將桁架的定位點用反射片貼在桁架兩端的（側(cè)面中心）端頭進去500 mm的位置上，分別為A、B、C、D桁架中間下弦桿上設(shè)置1 個觀測點E，作為校核觀測點及后續(xù)使用的沉降觀測點，其示意如圖圖7所示。

圖7 觀測點示意

（b）分別利用全站儀在控制點（加密控制點）上，并從鋼桁架上貼近反射片的地方，利用全站儀測出桁架的三維坐標是否重合，如是，最后固定，如不是，則需再次調(diào)整至重合為止。

（c）利用全站儀極軸法和投影法進行校核。

5.5 標高傳遞

根據(jù)土建提供的控制點坐標，利用軟件進行坐標轉(zhuǎn)換，在場內(nèi)轉(zhuǎn)移建立2 個控制點，利用全站儀對臨時支撐和結(jié)構(gòu)進行標高測量和控制。

6 安裝過程中的測量控制

6.1 樓面控制點位的布置

根據(jù)吊裝工序要求，本工程主桁架組合共分為29 片進行吊裝，故根據(jù)土建軸線控制體系，分別在樓面上設(shè)定每片桁架的投影控制點，并在樓地面作好標記。

6.2 桁架平直度的控制

以桁架下弦桿中心線水平投影線為控制依據(jù)，利用激光鉛直儀將地面控制點投測到高空安裝平臺上，然后在高空平臺上架設(shè)全站儀進行角度和距離測量，滿足精度控制要求后，分別架設(shè)儀器于主控制節(jié)點處，將中心線測設(shè)在每個測量平臺上，并用墨線標示。

6.3 下弦控制節(jié)點投測

參照體育場看臺土建軸線控制網(wǎng)，結(jié)合每片桁架的控制點，將桁架下弦投影到平臺上，找出投影線與軸線的交點，以此交點為準，控制每榀桁架的平直度。

6.4 桁架標高控制

若胎架在承重后沉降穩(wěn)定，即進行高程控制，在地面上架設(shè)水準儀，后視水準基點，采用鋼尺配S3水準儀，將標高傳送至胎架上，作好點位標志；選擇每分段節(jié)點左右兩邊下弦節(jié)點，分別投影在桁架中心投射線上，做好節(jié)點標志。

6.5 桁架垂直度觀測

桁架垂直度觀測采用平移法進行，首先將激光投測點向同一側(cè)平移約1.5 m，得兩平移點，在一平移點上架設(shè)經(jīng)緯儀，后視另一平移點，在桁架中間起拱處設(shè)立塔尺，用經(jīng)緯儀縱絲截面的讀數(shù)，與平移值比較，以此確定桁架跨中垂直度。

6.6 桁架撓度變形觀測

（a）桁架就位測量：臨時支撐上部設(shè)置支撐點，桁架吊裝就位后，通過三角高程測量，設(shè)定支撐點標高，根據(jù)圖紙標高要求，利用千斤頂進行微調(diào)。

（b）桁架安裝復測：桁架前后端定位點、平直度、標高測設(shè)完畢，將桁架臨時固定，用極坐標法進行二次復測，確保位置正確。

6.7 沉降觀測

拼裝過程中，拼裝胎架需要進行定期的沉降觀測，在已經(jīng)建成的混凝土柱子上找一個基準點，利用經(jīng)緯儀和水準儀進行沉降觀測，每周進行數(shù)據(jù)記錄和整理，數(shù)據(jù)整理完成后對胎架進行調(diào)整和修改。

6.8 溫度觀測

施工過程中，應(yīng)根據(jù)溫度變化，對鋼結(jié)構(gòu)進行溫度觀測；觀測時間盡量選擇在6：00～9：00、16：00～19：00之間；每周監(jiān)測匯總整理1 次，進行數(shù)據(jù)對比和校驗。最后，根據(jù)溫度觀測所得數(shù)據(jù)，與第三方標準觀測數(shù)據(jù)進行對比后，來對吊裝進行調(diào)整。

7 結(jié)語

馬鞍山中心體育場通過科學的設(shè)定測量方案，對鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝測量、高空吊裝測量、鋼結(jié)構(gòu)合攏溫度、標高、軸線位置、卸載等的測量，控制了鋼構(gòu)件制作和安裝偏差，保證了整個屋面的拼裝和安裝質(zhì)量。該方法取得了良好的工程實效，順利確保了工程質(zhì)量。