[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(dá)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(chǎng)項(xiàng)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(diǎn)介紹了組合架搭設(shè)測(cè)量施工、基于AutoCAD空間獨(dú)立坐標(biāo)系的模擬施工、空間節(jié)點(diǎn)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(dá)到了預(yù)期效果。

　　大型體育場(chǎng)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(shí)，人們對(duì)建筑的美學(xué)要求，也促進(jìn)了各種新結(jié)構(gòu)、新材料的出現(xiàn)，如北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)———國家體育場(chǎng)的“鳥巢”設(shè)計(jì)，北京歌劇院的鈦合金玻璃圓穹等。為了達(dá)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(cè)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(xiàng)目包括體育場(chǎng)、體育館、市民健身中心、游泳館等。體育中心主體育場(chǎng)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(diǎn)總數(shù)30～90個(gè)，總重1800t左右。施工現(xiàn)場(chǎng)通視條件差，晝夜溫差大，冬季時(shí)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(cè)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(xiàng)目部使用AutoCAD平臺(tái)，建立獨(dú)立的三維空間坐標(biāo)系，各放樣點(diǎn)坐標(biāo)可快速地自動(dòng)生成，然后將生成的貫通節(jié)點(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行平面定位測(cè)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(diǎn)，快速高效地完成了鋼結(jié)構(gòu)三維空間定位測(cè)量工作。

　　2.1? 測(cè)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(diǎn)定位測(cè)量

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

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

　　2.1.2?精度分析

　　在管桁架定位測(cè)量中，影響定位測(cè)量精度的因素主要是點(diǎn)位的平面定位精度，而影響平面定位精度的因素主要是測(cè)角誤差和測(cè)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(diǎn)至放樣點(diǎn)距離為D=80m，水平方位角α=40°，觀測(cè)豎直角 β=2°，則放樣點(diǎn)的點(diǎn)位誤差計(jì)算：

　　Δx = 80 ×cos40° = 61.284m

　　Δy = 80 ×sin40° = 51.423m ?

　　放樣點(diǎn) x 方向精度：

　　放樣點(diǎn)y 方向精度：

　　設(shè)放樣點(diǎn)誤差在2mm時(shí)，放樣點(diǎn)點(diǎn)位誤差：

　　精度分析說明，選用的儀器設(shè)備和測(cè)量放樣方法切實(shí)可行，放樣點(diǎn)的點(diǎn)位精度滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205—2001 中關(guān)于節(jié)點(diǎn)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(cè)量施工

　　組合架的平整度會(huì)直接影響到空間獨(dú)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(huì)加大預(yù)拼裝到拼裝過程的累積誤差。 組合架搭設(shè)測(cè)量施工工藝流程如圖2所示，組合架平整度檢測(cè)如圖3所示。

　　組合場(chǎng)地墊層硬化前必須平整夯實(shí)，為了保證組合場(chǎng)地整體的穩(wěn)固性，混凝土強(qiáng)度等級(jí)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(dá)到設(shè)計(jì)要求后，選用 ?14鋼筋釘入地面下，與側(cè)模點(diǎn)焊使槽鋼豎直固定， 嚴(yán)格控制側(cè)模標(biāo)高;混凝土澆筑24h后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并選取合適時(shí)間在混凝土地面上垂直于混凝土澆筑方向用切割機(jī)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(jī)二次磨光;組合平架進(jìn)行組裝焊接時(shí)要用水準(zhǔn)儀和平整度檢測(cè)儀共同控制其 平整度：采用“邊焊接、邊復(fù)測(cè)、邊調(diào)整”的步驟來嚴(yán)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(qiáng)復(fù)測(cè)校核頻率，及時(shí)反饋量測(cè)結(jié)果，以便根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)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(cè)截面示意

　　2.2.2? 基于AutoCAD空間獨(dú)立坐標(biāo)系的模擬施工

　　因體育場(chǎng)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(diǎn)復(fù)雜，桿件尺寸不一，傾斜角度及定位在高空安裝現(xiàn)場(chǎng)很難準(zhǔn)確計(jì)算，依靠計(jì)算機(jī)， 基于AutoCAD平臺(tái)可打開主桁架圖紙三維實(shí)體模型，重新定位和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，來計(jì)算和獲取在新坐 標(biāo)系下每個(gè)貫通節(jié)點(diǎn)的新坐標(biāo)。配合全站儀進(jìn)行定位控制，大大提高了測(cè)量精度和測(cè)量控制的速度。對(duì)于特殊(桁架轉(zhuǎn)角)部位，需預(yù)先制定好控制措施?？臻g獨(dú)立坐標(biāo)系的建立流程：工序準(zhǔn)備→ AutoCAD應(yīng)用平臺(tái)→HJ8軸測(cè)圖→HJ8分成2段→ 三維線框視覺樣式→鍵入U(xiǎn)CS命令→指定UCS原 點(diǎn)→指定 x 軸上的點(diǎn)→指定 xy 平面點(diǎn)→用定位點(diǎn)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(diǎn)3038為坐標(biāo)原點(diǎn)，3038?3043?30413節(jié)點(diǎn)組成平面，定位點(diǎn)定位出3043節(jié)點(diǎn)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(diǎn)定位出節(jié)點(diǎn)3043 的坐標(biāo)

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

　　觀測(cè)點(diǎn)可暫定1個(gè)，后視點(diǎn)至少2 個(gè)。觀測(cè)點(diǎn)和后視點(diǎn)應(yīng)選擇通視條件好的地方，為了保證定位的精度，三點(diǎn)兩兩之間的距離應(yīng)適中，以10～40m為宜。 即若這3個(gè)點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，桁架空間所有貫通節(jié)點(diǎn)都可以定位到，不出現(xiàn)被型鋼柱遮住視線的情況。觀測(cè)點(diǎn)和后視點(diǎn)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(dú)立使用的控制網(wǎng)后，利用全站儀在拼裝場(chǎng)地上放出桁架節(jié)點(diǎn)放樣的地面投影線。將邊界桿分段(拼接)點(diǎn)、腹桿貫通處作為控制特征點(diǎn)，在拼裝平臺(tái)內(nèi)放出各特征點(diǎn) (桿件中心線交點(diǎn))的地面投影點(diǎn)，最后將設(shè)計(jì)的三 維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成獨(dú)立坐標(biāo)系。拼裝前在地面放樣劃線，做出地面放樣軸測(cè)圖。

圖6 觀測(cè)點(diǎn)和后視點(diǎn)選取示意

　　利用全站儀在組合架設(shè)置點(diǎn)精確測(cè)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(diǎn)胎架的標(biāo)高，根據(jù)理論數(shù)據(jù)對(duì)胎架進(jìn)行調(diào)整，使誤差在微調(diào) 范圍內(nèi)。

　　每個(gè)節(jié)點(diǎn)的高程暫時(shí)不用考慮，等用節(jié)點(diǎn)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(jiǎn)單準(zhǔn)確。

　　2.2.4? 空間節(jié)點(diǎn)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(chǎng)選擇合適位置選取觀測(cè)點(diǎn)，再定出其他2個(gè)后視點(diǎn)，則具備了節(jié)點(diǎn)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(cè)校核及誤差消除

　　使用鋼尺檢測(cè)單個(gè)待拼構(gòu)件的長度、斷面的幾何尺寸，根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖，將下弦桿、上弦桿及腹桿吊上胎架按構(gòu)件編號(hào)放好，保證待拼構(gòu)件的位置準(zhǔn)確后臨時(shí)固定，吊線錘檢測(cè)弦桿分段拼接點(diǎn)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;

　?、诘?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(jìn)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(jìn)行裝配并固定于胎架;

　?、莸?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(shí)交于一節(jié)點(diǎn)，且同時(shí)相貫時(shí)，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(diǎn)位標(biāo)記及地面投影點(diǎn)，使用鋼尺、線錘進(jìn)行檢測(cè)，用點(diǎn)焊固定并將檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄保存，與設(shè)計(jì)圖紙比較分析， 如構(gòu)件不符合要求，則進(jìn)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(cè)量與管桁架加工平臺(tái)桿件就位焊接的配合更加簡(jiǎn)便高效，可及時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)拼焊施工需要。采用常規(guī)方法每天只能測(cè)量定位20～30個(gè)貫通節(jié)點(diǎn);采用本研究技術(shù)測(cè)量，貫通節(jié)點(diǎn)測(cè)量定位速度每天可達(dá)到50～60個(gè)，作業(yè)效率得到提高，施工進(jìn)度快。

　　該鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測(cè)量的施工技術(shù)研究采用獨(dú)立坐標(biāo)系空間定位測(cè)量方法，主要借助計(jì)算機(jī)輔助軟件AutoCAD三維獨(dú)立坐標(biāo)工具進(jìn)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(fèi)上，項(xiàng)目經(jīng)理部原測(cè)量費(fèi)用預(yù)算投入50萬元，該施工技術(shù)研究使費(fèi)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(chǎng)上部屋頂采用大跨度懸挑網(wǎng)架，采用獨(dú)立坐標(biāo)系空間定位測(cè)量方法的施工技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間三維定位測(cè)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(cè)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(dá)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(dú)立坐標(biāo)系下鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測(cè)量研究不僅適用于涼都體育中心主體育場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)拼裝空間定位測(cè)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(cè)量的施工。