国家体育场钢结构安装测量研究

谢旭阳 桂芳茹

【摘 要】从国家体育场钢结构工程的特点出发，分析了该工程安装测量的难点，研究总结出钢结构安装测量的方法，为其他同类钢结构工程的安装测量提供了参考依据。

【关键词】钢结构；安装；定位；测量；塔架

1.工程概况

国家体育场位于北京市城府路南侧，是北京2008年奥运会的主体育场，由混凝土结构（看台、基座）和钢结构（外壳造型）两大部分组成。国家体育场钢结构主要由24榀门式桁架围绕体育场内部碗状看台区旋转而成，包括主桁架、桁架柱、顶面次结构、立面次结构、楼梯、马道几部分，主桁架围绕屋盖中间的开口放射型布置，与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。

2.工程特点与测量难点

2.1 工程特点

（1）体形、重量巨大。

（2）曲线、曲面造型多，定位精度要求高，难度大。

（3）空间节点多，三维测量定位部位多。

（4）钢结构与钢筋混凝土结构在空间上完全分离，既有相对独立性，又有一定的相对关系。

（5）施工时，分阶段、分区域、多单位拼装。

（6）体育场工程整体施工顺序为“看台-钢结构-基座”，钢结构、混凝土工程具有 3～4 个月的交叉施工期。

（7）支撑塔架多，塔吊多，施工现场视线阻挡多。

2.2 测量难点

国家体育场的主体建筑平面布局呈椭圆形，钢构件的定位点均为三维坐标，所有主结构的构件均为巨型构件，测量精度要求较高。

（1）柱脚的安装定位

本工程的柱脚不同于常规的钢结构柱脚，体形巨大，单体重量重，柱脚的长宽尺寸达四、五米，高度最高达十多米。所有柱脚均位于深基坑内，现场操作困难。柱脚标高大部分在+1.500 以下，安装定位测量难度大。

（2）桁架柱、楼梯柱的安装定位

每根桁架柱由两根 1200*1200 的箱形外柱和一根菱形内柱通过腹杆连接而成，两根外柱为斜柱。楼梯柱的截面也为箱型并且都是倾斜的，这就使得桁架柱和楼梯柱的定位校正测量难度大。

（3）主桁架的空间定位

主桁架采用分段吊装，桁架坐落在支撑塔架上，所有对接点均为高空对接，定位测量相当困难。

（4）支撑塔架体系和主桁架的监测

支撑塔架共计80个，分段吊装时，主桁架坐落在支撑塔架上，在主桁架没有成为整体之前，支撑塔架的变形以及主桁架的挠度监测工作量较大，并应定期进行。

3.钢构件安装前的测量工作

钢构件安装前，应利用已建立的平面和高程控制网对柱脚的支撑面的位置、标高、水平度进行复测，并提交测量成果，若不符合精度规定，则应采取相应的措施，如制定纠偏方案、提出洽商、变更设计等。

桁架柱柱脚预埋件的位置偏差采用 Leica TCRA1201 全站仪进行测量。测量每个支撑面时，应做好以下工作：

（1）仪器设站点应选择在离该支撑面最近的控制点上，并以临近的控制点作为定向点（若首级控制点与支撑面之间无法直接通视，则应采用合适的加密控制点进行测量），测站到定向点的距离应大于测站到放样点的距离。

（2）将迷你小棱镜杆放置在顶板上需测量的点位上，并保证棱镜杆处于铅垂状态，每块顶板（预埋件）须测四个点，以一根柱子的预埋件为例，共需测24 个点。

（3）将外业作业测得的数据与图纸比较，确定桁架柱柱脚预埋件的位置偏差。

（4）桁架柱柱脚预埋件的标高用 NA2 水准仪进行测量。因预埋件的标高均较低，测量它们的标高前需将临近水准点的标高引测到预埋件附近。

（5）桁架柱柱脚预埋件的水平度用水平尺进行测量，允许偏差为 L/1000。预埋件标高的测量位置为各块埋件的四个角区域，位置如上图所示，使用WILD NA2 水准仪进行测量。

4.柱脚的定位测量

柱脚的定位测量，采用 Leica TCRA1201 全站仪的机载放样程序将柱脚的定位轴线放出来，设站点为边坡边上的加密点，定向点为钢结构施工专用控制点，在使用该加密点时应对该点的点位精度进行复核，要求加密点与钢结构施工专用控制点之间的实测平距与理论平距之差不大于 2mm 才可以施工该加密点进行放样工作。

定位点确定后，根据定位点用墨线将定位线弹在混凝土（预埋件）表面上。吊装柱脚时，将构件上的对应定位点对准定位轴线即可。

5.支撑塔架的安装测量

支撑塔架安装测量的总体思路：放样出塔架中心位置→安装塔架→校正塔架→测量塔架标高→精确测量塔架标高。

5.1 塔架的定位

塔架的定位程序如下：

（1）根据塔架设计位置、桁架平面投影布置和塔架与桁架的位置关系，在平面内求出塔架中心点及塔架支柱的控制坐标（x，y）。

（2）在内业获得各个塔架中心点的三维坐标，并填写在预先设计好的表格上；

（3）选择满足精度要求的全站仪 TCRA1201、水准仪 NA2 等测量设备；

（4）在内业将控制点的坐标以及塔架的坐标输入全站仪；

（5）在就近的控制点上架设全站仪，利用全站仪的内置放样程序，由测量人员根据测量结果指挥手持 Mini 小棱镜的司尺人员至塔架的位置，这个过程是不断进行测量、比较、调整工作的过程，直至将塔架位置准确放样在地面上；

（6）直接利用全站仪 TCRA1201 放样出塔架的定位轴线。

5.2 塔架垂直度测量

塔架就位时，塔架支座中心线须与基础中心线基本对齐后方可松钩。然后用千斤顶调整塔架位置，使塔架支柱底座中心线与基础中心线重合。

塔架垂直度测量程序具体如下：

（1）对塔架互相垂直的两个相临面的上、下弦杆分别进行中心标识，在互相垂直的两个方向上架设两台经纬仪。仪器与塔架的距离不小于塔架高度的 1.5 倍。

（2）先瞄准塔架下弦已标注的中线标志，再扬起望远镜进行观测，如塔架上弦中心与经纬仪的竖丝重合，则说明塔架在该面是垂直的，否则将进行重新定位。按累似方法对另外一个面进行找正。

（3）如两个面均满足要求，则塔架的垂直度满足要求，可进行下一节塔架柱的安装。

（4）第二节及以上各节塔架安装时，首先应用经纬仪控制千斤顶调整上节支柱的柱底中心线与下节支柱柱顶中心线重合，然后按上述测量控制方法逐节安装塔架。

（5）实测塔架柱顶的垂直度偏差。首先仰视柱子顶端的中心点，然后再俯视柱子底部中心点，若不重合，则投设出一点，量取该点至柱底中心标志的距离，即是塔架柱的垂直偏差值。 塔架柱身垂直允许偏差必须满足本工程的规范要求。塔架柱复测结束后，需在柱顶进行中心定位，并作好十字线，标记鲜明。同时，应根据实际情况测出主桁架的实际支顶位置。

5.3 塔架标高测量

本工程中塔架标高控制主要为塔架顶部标高。测量方法如下：

（1）司尺员在已知高程的水准点上立尺，并保证水准尺在铅垂状态；

（2）测量人员在塔架和水准点之间架设水准仪，保证水准仪脚架牢固地安放在硬实的地面上，并将水准仪精确调平；

（3）测量人员通过水准仪望远镜找到司尺员的水准尺，调整焦距使水准尺的数字刻度清晰可见，同时目镜的十字丝也应调整清晰；通过十字丝的横丝读出水准尺的读数 A，通过十字丝的上下丝分别读出上下丝的读数。

（4）另一司尺员在塔架顶部将经过检验合格的钢尺放下，并将钢尺零点对准塔架顶部，钢尺下边配以拉力范围内的重锤，使钢尺呈铅直状态。

（5）测量人员掉转仪器镜头，通过水准仪望远镜找到钢尺，调整焦距使水准尺的数字刻度清晰可见，同时目镜的十字丝也应调整清晰；通过十字丝的横丝读出钢尺的读数 B。

（6）根据已知的高程值和 A、B 的数值计算出塔架顶部的高程值。

6.结束语

随着钢结构技术的日益完善，越来越多的大跨度建筑使用钢结构，高层、异形、大跨度结构的测量控制的难度也越来越大，钢结构测量方法与精度至关重要，直接影响到钢结构施工质量和结构安全，国家体育场钢结构安装测量中的各种方法为其他同类项目提供了一个较好的参考依据

参考文献：

[1]华锡生，黄腾.精密工程测量技术及应用.[M].河海大学出版社，2002.

[2]周世武；大跨度钢管桁架屋盖整体提升施工技术[D]；重庆大学；2007年.