[摘要] 管桁架結(jié)構(gòu)是一種依據(jù)合理的桿件空間布置，達到用鋼量低、使用功能安全且滿足造型要求、舒適美觀的曲面型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。以涼都體育中心主體育場項目為依托，提出了異形鋼結(jié)構(gòu)三維空間精確定位的新方法。重點介紹了組合架搭設(shè)測量施工、基于AutoCAD空間獨立坐標(biāo)系的模擬施工、空間節(jié)點定位放樣施工等施工工藝，保證了不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)三維空間精確定位，達到了預(yù)期效果。

　　大型體育場館一般規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)多為復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)形式，且建筑造型新穎。同時，人們對建筑的美學(xué)要求，也促進了各種新結(jié)構(gòu)、新材料的出現(xiàn)，如北京奧運會主會場———國家體育場的“鳥巢”設(shè)計，北京歌劇院的鈦合金玻璃圓穹等。為了達到建筑物的美觀建筑效果以及穩(wěn)定的建筑結(jié)構(gòu)，各種新型結(jié)構(gòu)精確的空間定位測量，成為新的施工技術(shù)課題。

　　1、工程概況

　　六盤水涼都體育中心位于涼都大道與鐘山大道交叉處，占地面積33萬㎡，總建筑面積15萬㎡。該工程主要項目包括體育場、體育館、市民健身中心、游泳館等。體育中心主體育場上部屋蓋鋼結(jié)構(gòu)形式為空間懸挑管桁架結(jié)構(gòu)，主桁架單榀相貫節(jié)點總數(shù)30～90個，總重1800t左右。施工現(xiàn)場通視條件差，晝夜溫差大，冬季時常有凍雨。如圖1所示。

圖1 空間懸挑管桁架結(jié)構(gòu)

　　2、 鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測量施工技術(shù)研究

　　為了保證空間定位的精度，涼都體育中心項目部使用AutoCAD平臺，建立獨立的三維空間坐標(biāo)系，各放樣點坐標(biāo)可快速地自動生成，然后將生成的貫通節(jié)點三維空間坐標(biāo)分解為二維平面坐標(biāo)和高程;采用普通全站儀對節(jié)點進行平面定位測量; 采用高精度水準(zhǔn)儀控制其高程;再用手拉葫蘆和吊錘即可完成高程方向的定位，保證桿件中心線穿過桿件中心線交點，快速高效地完成了鋼結(jié)構(gòu)三維空間定位測量工作。

　　2.1? 測量定位方案與精度分析

　　2.1.1?空間鋼結(jié)構(gòu)三維節(jié)點定位測量

　　管桁架安裝的關(guān)鍵是要保證桿件在節(jié)點處的準(zhǔn)確連接，因此節(jié)點定位測量的重點就是保證貫通節(jié)點桿件中心線交于一點。 由于工期較緊，加工場地硬化后，管桁架加工場為2塊50m×100m 平 臺，可同時加工4.5榀管桁架。

　　采用高精度測量儀器進行貫通節(jié)點的空間三維定位，按照節(jié)點在硬化層上投影平面坐標(biāo)及節(jié)點高程安裝桿件，保證貫通節(jié)點桿件中心線交于一點。

　　2.1.2?精度分析

　　在管桁架定位測量中，影響定位測量精度的因素主要是點位的平面定位精度，而影響平面定位精度的因素主要是測角誤差和測距誤差。

　　采用標(biāo)稱精度為1″，2mm+2×10-6D的全站 儀，設(shè)控制點至放樣點距離為D=80m，水平方位角α=40°，觀測豎直角 β=2°，則放樣點的點位誤差計算：

　　Δx = 80 ×cos40° = 61.284m

　　Δy = 80 ×sin40° = 51.423m ?

　　放樣點 x 方向精度：

　　放樣點y 方向精度：

　　設(shè)放樣點誤差在2mm時，放樣點點位誤差：

　　精度分析說明，選用的儀器設(shè)備和測量放樣方法切實可行，放樣點的點位精度滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205—2001 中關(guān)于節(jié)點中 心偏移5.0mm的施工精度要求。

　　2.2? 關(guān)鍵施工技術(shù)措施

　　2.2.1? 組合架搭設(shè)測量施工

　　組合架的平整度會直接影響到空間獨立坐標(biāo)系的建立和管桁架拼裝的精度，如果控制不好則會加大預(yù)拼裝到拼裝過程的累積誤差。 組合架搭設(shè)測量施工工藝流程如圖2所示，組合架平整度檢測如圖3所示。

　　組合場地墊層硬化前必須平整夯實，為了保證組合場地整體的穩(wěn)固性，混凝土強度等級采用C25，墊層厚度20cm;事先在側(cè)模下方做墊層，控制[20 側(cè)模的標(biāo)高，待側(cè)模頂標(biāo)高達到設(shè)計要求后，選用 ?14鋼筋釘入地面下，與側(cè)模點焊使槽鋼豎直固定， 嚴格控制側(cè)模標(biāo)高;混凝土澆筑24h后進行養(yǎng)護，并選取合適時間在混凝土地面上垂直于混凝土澆筑方向用切割機切縫來克服溫度變換產(chǎn)生的裂縫，混凝土終凝后再用磨光機二次磨光;組合平架進行組裝焊接時要用水準(zhǔn)儀和平整度檢測儀共同控制其 平整度：采用“邊焊接、邊復(fù)測、邊調(diào)整”的步驟來嚴格執(zhí)行;槽鋼上翼緣面須連角鋼來保證組合架的整體穩(wěn)定性;組合架安裝施工過程中，加強復(fù)測校核頻率，及時反饋量測結(jié)果，以便根據(jù)量測結(jié)果及時修正組合架平整度。

圖2 組合架搭設(shè)施工工藝流程

圖3 組合架平整度檢測截面示意

　　2.2.2? 基于AutoCAD空間獨立坐標(biāo)系的模擬施工

　　因體育場上部網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)采用懸挑管桁架，結(jié)構(gòu)為變截面，節(jié)點復(fù)雜，桿件尺寸不一，傾斜角度及定位在高空安裝現(xiàn)場很難準(zhǔn)確計算，依靠計算機， 基于AutoCAD平臺可打開主桁架圖紙三維實體模型，重新定位和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，來計算和獲取在新坐 標(biāo)系下每個貫通節(jié)點的新坐標(biāo)。配合全站儀進行定位控制，大大提高了測量精度和測量控制的速度。對于特殊(桁架轉(zhuǎn)角)部位，需預(yù)先制定好控制措施?？臻g獨立坐標(biāo)系的建立流程：工序準(zhǔn)備→ AutoCAD應(yīng)用平臺→HJ8軸測圖→HJ8分成2段→ 三維線框視覺樣式→鍵入UCS命令→指定UCS原 點→指定 x 軸上的點→指定 xy 平面點→用定位點定位坐標(biāo)→坐標(biāo)數(shù)據(jù)錄入→工序結(jié)束。三維線框視覺樣式下HJ8切斷如圖4所示;以節(jié)點3038為坐標(biāo)原點，3038?3043?30413節(jié)點組成平面，定位點定位出3043節(jié)點坐標(biāo)如圖5所示。

圖4 三維線框視覺樣式下HJ8 切斷示意

圖5 定位點定位出節(jié)點3043 的坐標(biāo)

　　借助AutoCAD2008軟件三維查詢工具選擇某個節(jié)點作為坐標(biāo)原點(x=0.0000，y=0.0000，z= 0.0000)，一般選擇緊貼組合架頂平面的那個面作 為 xy 平面，并且選擇平面角處的節(jié)點作為坐標(biāo)原點，圖5中3038即可用作坐標(biāo)原點。指定 xy 平面后，即可使用查詢定位點按鈕將圖中每個節(jié)點的坐標(biāo)都定位出來。圖5中節(jié)點3043坐標(biāo)快速顯示為(-67，1516，1000)。

　　觀測點可暫定1個，后視點至少2 個。觀測點和后視點應(yīng)選擇通視條件好的地方，為了保證定位的精度，三點兩兩之間的距離應(yīng)適中，以10～40m為宜。 即若這3個點作為觀測點時，桁架空間所有貫通節(jié)點都可以定位到，不出現(xiàn)被型鋼柱遮住視線的情況。觀測點和后視點的選取如圖6所示。

　　2.2.3? 三維空間坐標(biāo)分解為二維平面坐標(biāo)

　　建立與結(jié)構(gòu)控制網(wǎng)既統(tǒng)一又獨立使用的控制網(wǎng)后，利用全站儀在拼裝場地上放出桁架節(jié)點放樣的地面投影線。將邊界桿分段(拼接)點、腹桿貫通處作為控制特征點，在拼裝平臺內(nèi)放出各特征點 (桿件中心線交點)的地面投影點，最后將設(shè)計的三 維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成獨立坐標(biāo)系。拼裝前在地面放樣劃線，做出地面放樣軸測圖。

圖6 觀測點和后視點選取示意

　　利用全站儀在組合架設(shè)置點精確測定胎架位置，做出十字線。 胎架搭設(shè)完畢后，用水準(zhǔn)儀校正胎架上部調(diào)節(jié)構(gòu)件頂面高度，確保同一水平構(gòu)件下部所有胎架頂平;并用水準(zhǔn)儀確定特征點胎架的標(biāo)高，根據(jù)理論數(shù)據(jù)對胎架進行調(diào)整，使誤差在微調(diào) 范圍內(nèi)。

　　每個節(jié)點的高程暫時不用考慮，等用節(jié)點放樣完畢后，只需要用吊錘、手拉葫蘆、水準(zhǔn)儀控制即可，操作簡單準(zhǔn)確。

　　2.2.4? 空間節(jié)點定位放樣施工

　　確定好半榀管桁架的大致擺放位置，在組合架 場選擇合適位置選取觀測點，再定出其他2個后視點，則具備了節(jié)點定位放樣的條件。全站儀放樣流程如圖7所示。

　　2.3? 三維空間位置復(fù)測校核及誤差消除

　　使用鋼尺檢測單個待拼構(gòu)件的長度、斷面的幾何尺寸，根據(jù)深化設(shè)計圖，將下弦桿、上弦桿及腹桿吊上胎架按構(gòu)件編號放好，保證待拼構(gòu)件的位置準(zhǔn)確后臨時固定，吊線錘檢測弦桿分段拼接點的平面位置并調(diào)整。 桁架拼裝流程：

　?、俚? 步? 制作預(yù) 拼裝胎架，胎架下端安裝下弦桿，上端安裝上弦桿;

　　②第2步? 根據(jù)桁架地面投影線，放置拼裝胎架，與地面的預(yù)埋鋼板焊接;

　?、鄣?步? 裝配下弦桿，根據(jù) 地樣將預(yù)彎好的弦桿分段進行裝配并固定于胎架;

　?、艿?步? 裝配上弦桿，根據(jù)地樣將預(yù)彎好的弦桿分段進行裝配并固定于胎架;

　　⑤第5步? 裝配腹桿：腹桿按從中間往兩邊、先裝直腹桿再裝斜腹桿的順序裝配，當(dāng)多根腹桿同時交于一節(jié)點，且同時相貫時，腹桿按大管徑和壁厚優(yōu)先裝配。如圖8所示。

　　構(gòu)件調(diào)整固定后，根據(jù)待拼構(gòu)件上的點位標(biāo)記及地面投影點，使用鋼尺、線錘進行檢測，用點焊固定并將檢測數(shù)據(jù)記錄保存，與設(shè)計圖紙比較分析， 如構(gòu)件不符合要求，則進行調(diào)整。待符合要求后再按焊接工序?qū)?gòu)件固定。

圖7 放樣工藝流程

圖8 桁架拼裝放線步驟示意

　　3、 施工技術(shù)研究總結(jié)

　　本研究使定位測量與管桁架加工平臺桿件就位焊接的配合更加簡便高效，可及時滿足現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)拼焊施工需要。采用常規(guī)方法每天只能測量定位20～30個貫通節(jié)點;采用本研究技術(shù)測量，貫通節(jié)點測量定位速度每天可達到50～60個，作業(yè)效率得到提高，施工進度快。

　　該鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測量的施工技術(shù)研究采用獨立坐標(biāo)系空間定位測量方法，主要借助計算機輔助軟件AutoCAD三維獨立坐標(biāo)工具進行模擬施工，從而使全站儀、高精度水準(zhǔn)儀等主要設(shè)備的投入降低了50%，大量節(jié)省了設(shè)備、人力的投入。 在經(jīng)費上，項目經(jīng)理部原測量費用預(yù)算投入50萬元，該施工技術(shù)研究使費用降低到28余萬元。

　　4、 結(jié)語

　　六盤水涼都體育中心主體育場上部屋頂采用大跨度懸挑網(wǎng)架，采用獨立坐標(biāo)系空間定位測量方法的施工技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)進行空間三維定位測量，極大地提高了作業(yè)效率，圓滿完成了涼都體育中心工程的鋼結(jié)構(gòu)管桁架定位測量工作。而且保證了不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)三維空間精確定位，達到建筑物穩(wěn)定的建筑結(jié)構(gòu)以及完美的建筑效果。該獨立坐標(biāo)系下鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測量研究不僅適用于涼都體育中心主體育場的鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測量工程，還可拓展應(yīng)用于與其類似的大型結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)拼裝定位測量的施工。