大型体育场管桁架施工测量技术探讨

上海宝冶集团有限公司 上海 200941

引言

安阳市文体中心建设工程项目体育场地处安阳市文昌大道以南、中华路以东。该单体设置40000座席，建筑高度46.9m，总面积约39792m2。该体育场外形经典，形体大、结构复杂，整体水平投影面形状为一个椭圆形。地上4层，无地下室，看台为混凝土框架结构，罩棚为钢结构悬挑结构，分为主承重结构体系、屋面立面支撑体系、屋面立面环梁结构体系三大部分。主承重结构由76榀正三角形管桁架组成，最大跨度45m。

根据安阳体育场钢结构的施工工艺和施工顺序，施工测量的主要内容有：施工控制网布设、胎架，管桁架拼装测量、支撑胎架测量、主桁架和尾桁架定位测量、支撑胎架卸载变形监测等。

1 施工控制网的布设

1.1 平面和高程控制点测量

控制网布设是最基本，也是最重要的施工测量工作[1]。施工场地有限，在施工控制网布设时，测量控制点精度、数量、位置和是否方便使用，需要精心科学合理设计。若测量控制点数量过少，无法全面、精确对整个工程进行控制，还可能造成控制点离构件定位点过远或无法通视，需要进行加密控制点使定位误差较大；若测量控制点过多，不仅浪费测量资源还会造成控制网边长较短，形成以短控长的不利观测条件[2]。

控制点的位置选择应避开地下管线，拼装作业区，远离大型施工机械运行路线。经实地踏勘并结合施工场地布置图和体育场结构形状，在体育场的外围布置6个，内场布置3个控制点，组成的平面和高程钢结构施工控制网如图1所示。为了提高控制网精度，消除仪器和栈板对中的误差，6个控制点都采用强制对中方式设置如图2。

图1 体育场施工控制网

图2 强制对中控制点

1.2 控制网的保护

为了保证在施工全过程中测量控制网的保存和稳定。控制点埋设在冻土层一下，现浇1.2m×1.2m混凝土标石基础，同时铁栏杆加以围护，并标示明显标记。

1.3 控制网的复测

为监测控制网稳定状况，保证观测精度一致，平面和高程控制网每三个月进行1次复测，每次复测使用同一台仪器，用同样方法和技术要求观测，内业用同样方法进行平差。对控制网的稳定情况准确掌握，为施工测量工作提供保障。

2 胎架和管桁架拼装测量

2.1 胎架拼装

对场地进行平整，原素土层压实，铺300mm厚级配碎石，碾压整平。用全站仪按原始控制点布设各拼装区域加密控制点及高程，放样出拼装胎架各支撑点位置与高程，根据构件重量级选用H200×200×8×12搭设胎架，如图3所示。

图3 体育场拼装胎架

2.2 管桁架拼装

构件进场后进行管桁架拼装，汽车吊顺序将上、下弦杆吊至拼装胎架支撑点位上，用全站仪复测无误后将杆件临时固定于胎架之上，吊装弦杆及腹杆，可采用手拉葫芦进行局部位移调整，拼装完成复测无误后进行整体焊接。预拼装完成后，第三方认证检测合格后用皮尺、水平尺等测量工具，对完成桁架进行对角线、垂直度、弯弧度等进行终检，检测合格后完成脱胎工作。

3 管桁架屋面的安装测量

3.1 临时支撑胎架测量

根据设计图纸坐标预埋每榀内场和外场临时支撑底座埋件，临时支撑构件进场，进行拼装带拼装完成后，在底座埋件上焊接底座，底座完成后再吊装拼装好的临时支撑，进行位置，垂直度校正，并焊接好支撑主桁架支撑模板，模板标高为下弦端点底标高，并放出下弦支撑位置，以便主桁架吊装定位。

3.2 屋面主桁架和墙面桁架定位测量

将拼装好的主桁架吊到支撑模板下弦支撑点位，全站仪提前架好，后视完测量上弦端点坐标，将实测数据与设计数据进行比较，进行校正调节，直至误差到允许误差范围内，进行焊接加固，加焊加固好后，吊车摘钩后再实测数据与设计数据进行比较，若误差在允许范围以内，再进行尾桁架吊装，拉杆，次桁架，环桁架焊接拼装。

如图4所示，A、B、C点为桁架上弦中心线端头点；D1、D2为桁架下弦中心线端头点。利用全站仪测量桁架的A、B、C、D1、D2五个细部控制点空间坐标，具体操作如下：

（1）利用Tekla或CAD三维软件获得上述控制点坐标；

（2）在适当的位置架设全站仪，并精确调平，建立测站；

（3）小棱镜的司尺人员在一个已知控制点上架设Min小棱镜，然后工作站（操作全站仪的地点）的人员将本项相关参数设置到符合测量的状态（如棱镜的常数等等）；照准Mini小棱镜进行测量定向；

（4）照准各测量细部点上的反光贴中心进行观测调整，直至满足要求。

图4 管桁架定位测量示意图

4 支撑胎架卸载变形监测

大跨度钢结构及悬挑钢结构安装的普遍做法是对构件进行分段吊装，结构安装、校正、焊接完成后，再进行临时支撑架体系卸载。支撑架体系卸载的过程实际是结构由支承体系向自承重体系转化的过程[3]。因此，支撑卸载工作关系到结构的整体质量和施工安全，十分关键。

本项目采用MIDAS GEN结构计算软件对卸载过程进行模拟，对卸载方案进行优化分析，结合施工场地的实际条件和结构特点，确定最终卸载方案。在卸载工程中要遵循分阶段卸载、变形协调、逐级循环进行。在卸载时，支撑胎架分级同步卸载，按变形大的先进行卸载，变形小的后进行卸载，以免引起结构内力突然变化同时需要确保结构体系内的杆件应力在允许应力范围内，避免支撑的内力出现屈服、破坏现象同时避免下部看台梁因内力过大出现过宽裂纹，甚至破坏。

根据本项目自承重体系结构特点，悬挑段为变形最大位置，因此整体卸载要从内圈临时支撑位置开始，向外侧四叉支撑柱方向进行。按结构分析确定的卸载量大小，先对结构变形较大处的临时支撑上部的标高调节装置进行卸载调整，再对结构变形最小处的临时支撑上部的标高调节装置进行卸载调整，按此顺序依次进行，直至结构体系完全受力。卸载主要通过切割支撑短柱来实现，经计算，桁架卸载最大下挠107mm，卸载共分5次进行。每次使用割刀割除顶部支撑约20mm，待主结构完全稳定后间隔30分钟，观察结构受力及稳定性。卸载时需严格按照规定卸载量分级卸载，保证整个结构体系平稳转换，过程中需测量监控，发现异常位移，需停止卸载，分析结构位形变化特点，调整卸载顺序及卸载量，直至桁架脱离支撑系统[4]。

5 结束语

空间悬挑管桁架罩棚广泛地应用于大型体育场中，管桁架的拼装难度大、精度要求高，且在安装前后需要分别同土建和装饰专业进行工序交接，对结构安装精度有着极高的要求。通过测量技术对管桁架的拼装与安装进行控制，重点把控施工控制网的布设、管桁架拼装测量、支撑胎架测量、主桁架和尾桁架定位测量、支撑胎架卸载变形监测等。