大型延性多面體鋼結(jié)構(gòu)快速定位測(cè)量系統(tǒng)（14頁）

1、大型延性多面體鋼結(jié)構(gòu)快速定位測(cè)量系統(tǒng)第一節(jié) 工程概況及特點(diǎn)、難點(diǎn)分析一、工程概況上弦球節(jié)點(diǎn)上弦球節(jié)點(diǎn)上弦桿上弦桿下弦球節(jié)點(diǎn)屋面結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造圖本工程屋面及其支撐墻體結(jié)構(gòu)為新型延性多面體空間鋼框架結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)為立方體，平面尺寸177.338177.338m，結(jié)構(gòu)墻體底標(biāo)高+1.059m，屋頂標(biāo)高+30.587m。外墻結(jié)構(gòu)的圍合厚度為3472mm，內(nèi)墻為3472mm和5876mm兩種，屋頂結(jié)構(gòu)為7211mm。墻體和屋面結(jié)構(gòu)共有9843個(gè)球形節(jié)點(diǎn)、20670根桿件，節(jié)點(diǎn)位置極不規(guī)則。傳統(tǒng)的二維圖形是標(biāo)示不出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置。只有通過三維坐標(biāo)才能標(biāo)示出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置。二、工程測(cè)量特點(diǎn)難點(diǎn)分析1、

2、工程建成后用于2008年奧運(yùn)會(huì)游泳、跳水、花樣游泳、水球等比賽用館，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變，各分部分項(xiàng)工程精度等級(jí)高。2、施工周期長，時(shí)間跨度大，分項(xiàng)工程多，工序交叉多，控制點(diǎn)使用頻率高，必須建立長期穩(wěn)定、統(tǒng)一的測(cè)量控制體系。3、鋼結(jié)構(gòu)空間變化多，組合形式極不規(guī)則，膜結(jié)構(gòu)安裝精度高，對(duì)測(cè)量精度要求非常高。4、鋼結(jié)構(gòu)部分安裝時(shí)間緊，如何確保9843個(gè)球形節(jié)點(diǎn)、20670根桿件高質(zhì)高效安裝，要求測(cè)量必須具有高效的技術(shù)保障。5、層間標(biāo)高變化多，跳躍大，沒有規(guī)律。6、內(nèi)業(yè)計(jì)算和外業(yè)施測(cè)工作量巨大，數(shù)據(jù)處理演算方法、測(cè)控方法的選擇，放樣工具的選擇，直接決定測(cè)量放樣的精度和速度。第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的測(cè)量與

3、控制一、工程對(duì)測(cè)量的要求1、一套系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠的測(cè)控體體系，是所有測(cè)量工作的首要前提。2、制訂經(jīng)濟(jì)、合理、可靠、高效的測(cè)量方案，針對(duì)性強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)可行性強(qiáng)快捷的測(cè)控方法及符合工程精度要求和實(shí)效要求的測(cè)量設(shè)備，是測(cè)量工作正常進(jìn)行的可靠保證。3、工序銜接緊湊，鋼構(gòu)件多，安裝時(shí)間緊，要求測(cè)量工作必須快捷、準(zhǔn)確，不能因?yàn)闇y(cè)量工作的延誤或失誤造成窩工、返工。必須建立高效率的測(cè)量管理體系和質(zhì)量控制體系。4、必須配備理論基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)操技術(shù)豐富，計(jì)算思維縝密，能完成工程中的各種復(fù)雜計(jì)算的高素質(zhì)測(cè)量人員。二、工藝流程測(cè)量前方案論證 計(jì)算各樣點(diǎn)坐標(biāo)并存入全站儀內(nèi)存建立數(shù)據(jù)庫 平面控制測(cè)量 高程控制測(cè)量 球節(jié)點(diǎn)三維空

4、間定位測(cè)量 桿件就位測(cè)量 三維空間位置復(fù)測(cè)校核三、工藝原理將桿件節(jié)點(diǎn)三維空間坐標(biāo)分解為二維平面坐標(biāo)和高程，采用高精度的Leica 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，在球節(jié)點(diǎn)上分解出球與眾多桿件的連接點(diǎn)，標(biāo)出記號(hào)，既可進(jìn)行桿件安裝，按照節(jié)點(diǎn)球上標(biāo)記安裝桿件；保證桿件中心線過球中心。 針對(duì)多面體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在具體安裝過程中，工程技術(shù)人員發(fā)揮其聰明才智，利用空間幾何原理，對(duì)每個(gè)多面體部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量安裝定位后，其余節(jié)點(diǎn)很簡捷的即進(jìn)行了定位，具體原理如下：根據(jù)空間幾何理論：如果在一個(gè)封閉幾何平面的一個(gè)邊線在另外一個(gè)平面上，并以這個(gè)邊為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，如果該平面不在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的任何

5、一個(gè)點(diǎn)對(duì)于另外一個(gè)平面的垂直距離確定的話，那么該平面上的其他點(diǎn)對(duì)與另外一個(gè)平面的垂直距離也同時(shí)可以確定，反之亦然。如下圖：平面1.墻體內(nèi)外表面或屋面下弦平面平面2.空間12或14面體的一個(gè)面P1P5.多面體一個(gè)面上節(jié)點(diǎn)L1.多面體一個(gè)面上的節(jié)點(diǎn)到墻體內(nèi)外表面或屋面下弦平面的垂直距離P6. 多面體一個(gè)面上的節(jié)點(diǎn)在平面投影點(diǎn)L2L3 .多面體一個(gè)面上的節(jié)點(diǎn)在平面投影點(diǎn)到水平多邊形一個(gè)邊的垂直距離G1.P5與P2之間的桿件因此在鋼結(jié)構(gòu)安裝先由墻體或屋面的平面開始,按照上述幾何理論進(jìn)行空間節(jié)點(diǎn)與桿件的安裝。1、首先進(jìn)行墻體內(nèi)外表面或屋面下弦平面桿件的定位安裝，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空間節(jié)點(diǎn)與腹桿桿件的安裝2、

6、將已經(jīng)組裝好的單桿+球的小拼進(jìn)行安裝（此時(shí)球節(jié)點(diǎn)為圖中P5，桿件為G1），由P5節(jié)點(diǎn)吊線墜，與P6點(diǎn)重合，測(cè)量L1、L2、L3的長度是否與理論值相符，調(diào)整符合后將球桿小拼中的G1桿件與平面1中的P2節(jié)點(diǎn)定位焊接牢固，空間球節(jié)點(diǎn)P5位置已經(jīng)確定。由此在平面1上的P1、P2與空間的P5點(diǎn)已經(jīng)確定了平面2的空間位置。3、以上述做法可以將多面體的一個(gè)面上所有節(jié)點(diǎn)空間位置確定。當(dāng)多面體3、4個(gè)平面確定后，整個(gè)多面體節(jié)點(diǎn)與桿件即可確定安裝成型。四、延性多面體空間定位工藝特點(diǎn)1、作業(yè)效率高國家游泳中心工程鋼結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)9843個(gè)，采用常規(guī)方法每天只能測(cè)量校正56個(gè)球節(jié)點(diǎn)，效率很低，不能滿足鋼結(jié)構(gòu)工程安裝需求。

7、采用本測(cè)量方法，球節(jié)點(diǎn)測(cè)量安裝速度每天可達(dá)到6070個(gè)，加快了工期進(jìn)度，按期完成了工程任務(wù)。2、操作簡便本測(cè)量作業(yè)操作簡便，與鋼結(jié)構(gòu)安裝人員配合簡便有效，及時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝需要。3、精度高由于全站儀與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向通訊，測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)饺緝x內(nèi)存，系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算出點(diǎn)位坐標(biāo)和偏差信息數(shù)據(jù)，保證桿件節(jié)點(diǎn)連接安裝的準(zhǔn)確性。4、設(shè)站靈活因?yàn)槿緝x設(shè)站靈活，可以在不同的現(xiàn)場(chǎng)條件下選擇最佳位置設(shè)站，減少其它工序?qū)y(cè)量的干擾，反之也減少了測(cè)量對(duì)其它工序的干擾。五、測(cè)量前方案論證鋼結(jié)構(gòu)安裝的關(guān)鍵是要保證球節(jié)點(diǎn)位置準(zhǔn)確和節(jié)點(diǎn)與桿件的準(zhǔn)確連接，節(jié)點(diǎn)定位測(cè)量的重點(diǎn)就是保證桿件中心線通過球中心點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)三維空間定

8、位測(cè)量思路：采用高精度測(cè)量儀器進(jìn)行球節(jié)點(diǎn)的空間三維定位，將復(fù)雜的三維節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分解為二維平面坐標(biāo)和高程，首先進(jìn)行平面定位，然后通過高程確定節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確空間位置。按照節(jié)點(diǎn)球上標(biāo)記安裝桿件，保證桿件中心線過球中心。1、精度分析在鋼結(jié)構(gòu)定位測(cè)量中，影響定位測(cè)量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+2ppm的全站儀，設(shè)控制點(diǎn)至放樣點(diǎn)距離為D=80m，方位角為=40，觀測(cè)豎直角2，則放樣點(diǎn)的點(diǎn)位誤差計(jì)算：放樣點(diǎn)X方向精度：放樣點(diǎn)Y方向精度：設(shè)站點(diǎn)的點(diǎn)位誤差在2mm時(shí)，放樣點(diǎn)的點(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)位精度滿足施工精度要求。2、桿件中心線

9、過節(jié)點(diǎn)球中心的試驗(yàn)論證現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程在安裝平臺(tái)放樣節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2的平面位置中心，兩中心相連即為桿件的設(shè)計(jì)位置平面投影線，安裝固定1號(hào)球節(jié)點(diǎn)，按照節(jié)點(diǎn)球上標(biāo)記連接桿件，安裝固定2號(hào)球節(jié)點(diǎn)。球節(jié)點(diǎn)與桿件連接點(diǎn)放樣 按連接點(diǎn)標(biāo)記安裝固定桿件試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)比較經(jīng)試驗(yàn)比較，桿件輪廓線設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值差1mm，1號(hào)球弧長設(shè)計(jì)值比實(shí)測(cè)值小1mm，2號(hào)球弧長設(shè)計(jì)值比實(shí)測(cè)值大1mm，證明桿件中心線穿過兩端球中心，符合施工精度要求。桿件水平投影線實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)論經(jīng)試驗(yàn)證明，采用“鋼結(jié)構(gòu)三維空間快速定位測(cè)量施工方法”的定位測(cè)量方法，滿足鋼結(jié)構(gòu)桿件中心線穿過兩端球中心的精度要求，是切實(shí)可行的。3、計(jì)算各放樣點(diǎn)坐標(biāo)并存入全站儀內(nèi)

10、存建立數(shù)據(jù)庫以放樣節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2以及中間連接桿為例：要計(jì)算出桿件與球體接觸面的弧長、兩端節(jié)點(diǎn)球頂點(diǎn)高差、相鄰球節(jié)點(diǎn)平面投影相對(duì)距離、相鄰球節(jié)點(diǎn)相對(duì)距離等數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)與控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入全站儀內(nèi)存。鋼結(jié)構(gòu)桿件與兩端節(jié)點(diǎn)球數(shù)據(jù)計(jì)算 桿件與1號(hào)節(jié)點(diǎn)球連接點(diǎn)1之間弧長L1L1 = 2R11360桿件與2號(hào)節(jié)點(diǎn)球連接點(diǎn)2之間弧長L2L2 = 2R22360桿件兩端節(jié)點(diǎn)球頂點(diǎn)高差ZZ = Z2 - Z1 + R2- R1相鄰球節(jié)點(diǎn)平面投影相對(duì)距離計(jì)算相鄰球節(jié)點(diǎn)平面坐標(biāo)增量 相鄰球節(jié)點(diǎn)平面投影相對(duì)距離相鄰球節(jié)點(diǎn)相對(duì)距離計(jì)算六、平面控制測(cè)量 1、控制坐標(biāo)系的確定本工程坐標(biāo)系測(cè)量坐標(biāo)系2、組織實(shí)施過程針對(duì)建

11、筑工程施工的實(shí)際情況，通常采用導(dǎo)線測(cè)量的方法建立平面控制網(wǎng)。為保證控制點(diǎn)的相對(duì)精度，導(dǎo)線邊長相對(duì)中誤差應(yīng)控制在1/40000以上。導(dǎo)線點(diǎn)相互之間距離不應(yīng)太遠(yuǎn)，導(dǎo)線平均邊長控制在100m。導(dǎo)線點(diǎn)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布設(shè)，導(dǎo)線點(diǎn)與放樣點(diǎn)的距離宜控制在80m之內(nèi)，最遠(yuǎn)不應(yīng)超過100m。國家游泳中心工程屋面控制點(diǎn)布置圖：導(dǎo)線等級(jí)采用建筑工程施工測(cè)量規(guī)程DBJ 01-21-95中的一級(jí)導(dǎo)線，導(dǎo)線角度和邊長各觀測(cè)二個(gè)測(cè)回。導(dǎo)線水平角觀測(cè)一般采用方向觀測(cè)法。當(dāng)導(dǎo)線點(diǎn)上只有兩個(gè)方向時(shí)，以奇數(shù)測(cè)回和偶數(shù)測(cè)回分別觀測(cè)導(dǎo)線前進(jìn)方向的左角和右角，觀測(cè)右角時(shí)仍以左角起始方向?yàn)闇?zhǔn)變換度盤位置。采用全站儀觀測(cè)水平角，各測(cè)回間

12、可不配置度盤。導(dǎo)線邊長測(cè)量，各測(cè)回間應(yīng)重新照準(zhǔn)目標(biāo)，每測(cè)回三次讀數(shù)。各測(cè)回間平均值的較差應(yīng)小于3mm。導(dǎo)線內(nèi)業(yè)平差采用嚴(yán)密平差方法計(jì)算。七、高程控制測(cè)量 1、針對(duì)建筑工程施工的實(shí)際情況，通常采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法建立平面控制網(wǎng)。2、水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)采用建筑工程施工測(cè)量規(guī)程DBJ 01-21-95中的四等水準(zhǔn)，中絲讀數(shù)法，每站觀測(cè)順序?yàn)椤昂蠛笄扒啊薄?、水準(zhǔn)測(cè)量采用附合水準(zhǔn)路線，每一測(cè)段測(cè)站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。4、水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)在成像清晰、穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，同一測(cè)站不應(yīng)兩次調(diào)焦。八、球節(jié)點(diǎn)三維空間定位測(cè)量在進(jìn)行球節(jié)點(diǎn)空間三維定位時(shí)，首先將三維坐標(biāo)（X、Y、Z）分解為平面二維坐標(biāo)（X、Y）和高程坐標(biāo)（Z），采用全站儀自動(dòng)測(cè)

13、量對(duì)節(jié)點(diǎn)球中心（X、Y）進(jìn)行平面定位。采用水準(zhǔn)儀對(duì)球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行高程（Z）定位。在控制點(diǎn)架設(shè)全站儀，并后視另一控制點(diǎn)，鎖定全站儀制動(dòng)螺旋。全站儀后視并鎖定制動(dòng)螺旋將控制點(diǎn)坐標(biāo)、放樣點(diǎn)坐標(biāo)等計(jì)算數(shù)據(jù)輸入全站儀內(nèi)存，調(diào)用全站儀內(nèi)置程序自動(dòng)計(jì)算控制點(diǎn)至各放樣點(diǎn)的方位角、距離等測(cè)量數(shù)據(jù)。控制點(diǎn)、放樣點(diǎn)坐標(biāo)輸入全站儀內(nèi)存啟用全站儀自動(dòng)跟蹤測(cè)量程序，松開全站儀制動(dòng)螺旋，全站儀自動(dòng)測(cè)量放樣點(diǎn)并指揮安裝人員安裝球節(jié)點(diǎn)。全站儀自動(dòng)跟蹤測(cè)量采用水準(zhǔn)儀測(cè)量球節(jié)點(diǎn)高程，并將節(jié)點(diǎn)球調(diào)整到設(shè)計(jì)高度。九、就位測(cè)量節(jié)點(diǎn)球吊裝前對(duì)節(jié)點(diǎn)球進(jìn)行編號(hào)，根據(jù)球半徑R和桿件投影計(jì)算桿件與節(jié)點(diǎn)球連接角度、弧長等數(shù)據(jù)，并在球面上放樣桿件與節(jié)點(diǎn)球

14、連接點(diǎn)并做好標(biāo)記。球面放樣連接點(diǎn)并標(biāo)記節(jié)點(diǎn)球安裝就位后，依照編號(hào)一一對(duì)應(yīng)連接點(diǎn)標(biāo)記安裝連接桿件。1、三維空間位置復(fù)測(cè)校核為保證桿件中心線準(zhǔn)確通過節(jié)點(diǎn)球中心，分別復(fù)測(cè)相鄰節(jié)點(diǎn)的距離和高差。使用50m鋼尺丈量相鄰節(jié)點(diǎn)的相對(duì)距離，讀數(shù)到mm。使用水準(zhǔn)儀測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)的高差，讀數(shù)到mm。2、人員與設(shè)備人員高級(jí)工程師1名，負(fù)責(zé)整體測(cè)量方案策劃，施工組織管理。工程師2名，1人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)管理，方案深化，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；1人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)組織管理，現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量管理。助理工程師2名，分別負(fù)責(zé)平面坐標(biāo)定位測(cè)量與高程定位測(cè)量；作業(yè)人員15名，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量作業(yè)，根據(jù)工程進(jìn)度和測(cè)量工作量多少增減數(shù)量。設(shè)備組織主要儀器設(shè)備

15、，各種儀器設(shè)備經(jīng)檢定合格并在檢定有效期內(nèi)。序號(hào)名稱型號(hào)精度指標(biāo)數(shù)量1全站儀Leica TCRA 12011 2mm + 2ppm.D22經(jīng)緯儀Topcon263水準(zhǔn)儀Topcon2.5mm/km64鋼尺50m1mm65鋁合金塔尺5m1mm66盒尺5m1mm127線墜108墨斗69對(duì)講機(jī)12全站儀的主要性能全站儀型號(hào)為Leica TCRA 1201，主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)性能1儀器精度1 2mm+2ppm.D2角度測(cè)量絕對(duì)條碼對(duì)徑度盤連續(xù)測(cè)角，精度1，最小顯示0.13距離測(cè)量同軸紅外相位測(cè)量，精度2mm+2ppm，最小顯示0.1mm4無棱鏡測(cè)距無棱鏡測(cè)距最大測(cè)程300m5補(bǔ)償器集成液

16、體雙軸補(bǔ)償，補(bǔ)償范圍46望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)30倍7作業(yè)環(huán)境溫度-20C至 +50C8自動(dòng)跟蹤測(cè)量EGL電子導(dǎo)向9內(nèi)存128M內(nèi)存，RS232輸出質(zhì)量控制質(zhì)量要求按建筑工程施工測(cè)量規(guī)程DBJ01-21-95和鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB502052001等規(guī)范執(zhí)行。導(dǎo)線的主要技術(shù)要求等級(jí)導(dǎo)線長度 km平均邊長 m測(cè)角中誤差 邊長相對(duì)中誤差全長相對(duì)閉合差方位角閉合差一級(jí)2.010051/400001/2000010 注：n 為測(cè)站數(shù)水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求每千米高差中數(shù)偶然中誤差mmm儀器 型號(hào)水準(zhǔn) 標(biāo)尺與已知點(diǎn)聯(lián)測(cè)次數(shù)往返較差、附合線路或環(huán)線閉合差mm平地5S2.5雙面往、返4 注： n 為測(cè)站數(shù)節(jié)點(diǎn)球支承面頂板、節(jié)點(diǎn)球位置的允許偏差（mm）項(xiàng)目最大允許偏差支承面頂板位置15.0頂面標(biāo)高03.0頂面水平度L/1000節(jié)點(diǎn)球中心偏移5.0鋼結(jié)構(gòu)安裝的允許偏差（mm）項(xiàng) 目最大允許偏差縱向、橫向長度L/2000，且不應(yīng)大于30.0-L/2000，且不應(yīng)大于-30.0支座中心偏移L/3000，且不應(yīng)大于30.0周邊支承相鄰支座高差L/400，且不應(yīng)大于15.0支座最大高差30.0多點(diǎn)支承相鄰支座高差L1/800，且不應(yīng)大于30.0注：L為縱向、橫向長度；L1為相鄰支座間距。第三節(jié)