超大型异形钢结构的测量与校正.pdf

第 3 2卷第 3期 V0 l - 3 2 No ． 3 建筑施“ 1 1 - B UI L D I N G C 0 N S T R U C T 1 0 N 琴 超大型异形钢结构 的测量与校正 Me a s ur e me n t a n d Cor r e c t i on 0 f Su pe r L a r g e a nd Abnor ma I St e e I St r uc t u r e 口谷凯 ’ 聂延征 1 、 上海市机械施工有限公司 2 0 0 0 7 2 ； 2 、 上海四安金属结构有限公司2 0 1 1 o 8 【 摘 要】 上海世博轴阳光谷膜屋顶高4 1 5 n 1 ，底部最大直径 2 m，顶部最大直径 9 0 m，属大悬挑异形单层钢网壳结构。6 个阳光谷钢构件焊接节点达 1 0 6 0 0个 ，为控制 众多构件空间三维安装及众 多节点焊接 变形并满足精度要 求，阐述 了测量控制 网 的建立 ，构件 空间测控定位 、结构 变形控制等施工测量技 术 ，保证 了阳光谷屋顶顺利合拢 。 f 关键词】 上海世博轴阳光谷 异形网壳大悬挑施工测量空间测控变形控制 【 中图分类号】 T U I 9 8 ． 6 ／ 文献标识码 1 3 【 文章编号 】 1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 0 0 3 0 2 4 0 0 3 1 工程概况 上海世博轴阳光谷膜结构屋顶工程 ， 又称世博轴上部结 构。 6个标志性阳光谷全长 1 0 4 5 m、 宽约 1 0 0 m的膜结构屋 顶构成中国第一、 世界罕见的索膜结构建筑。 6个圆锥状“ 阳光谷” 形态不一， 结构体系为由三角形网 格 组成 的异形 单层网壳 ， 每个 阳光谷高 4 1 ． 5 m ， 底部直径最 大约 2 O m ， 顶部直径最大约 9 0 m， 总表面积为 3 1 5 0 0 m 。阳 光谷钢构件均采用焊接箱型截面， 节点总数为 1 0 6 O 0 个 ， 钢 结构总 重约 4 0 0 0 t 图 1 。 图 1 世博轴上部结构 整体效果及阳光谷 结构效 果组图 2 阳光谷钢结构的安装 阳光谷钢结构 安装众 多构件 定位难点测量是本工程 的 技术难点之一 ， 也是结构质量控制的关键环节。超大悬挑 的 建筑外观在赋予结构强烈的视觉震撼的同时， 给阳光谷结构 的测量与校正作业提出了一系列的技术难题， 可归纳为以下 几点 【 基金项目】 国家科技 支撑计划世博科技专项 世博轴及地下 综合 体关键技术研究 2 0 0 9 B A K4 3 B 0 6 ； 上海 市科 学科术委 员会科 研计 划项 目世 博科技 专项 世博 轴及地 下综合 体关键技 术研 究 0 8 d z 0 5 8 0 3 0 0 【 作者简介J 谷凯 1 9 8 3 一 ， 男， 大专， 助理工程师 联系地 址 上海市洛川 中路 7 0 1号 2 0 0 0 7 2 【 收稿日期】 2 0 1 0 一 O 1 2 4 1 结构呈空间不规则变化， 杆件错综复杂、 节点繁多， 现场安装测控作业量大。 2 单个结构为闭合体系， 相对精度要求甚高。与此同 时 ， 6个阳光谷由于之间膜 结构顶 棚又彼此 紧密相连 ，需要 保证绝对精度。 3 周边可利用通视条件有限。工程周边均为待建项 目， 无制高点可加以利用 东西侧的狭小空间导致两个大面 的可退视距离小， 谷内起重塔吊和谷外满堂脚手支撑系统都 不同程度地 制约 了现场测量的通视 。 4 结构变形的严格控制意义重大。 大悬挑和全焊接节 点连接形式的结构特性 ， 预拼装、 焊接顺序等工艺实施效果 验证 ， 施 工过 程监 测对结构变形控 制具有非常意义。 针对结构特 点及通视难题 ， 结合我公司在以往国家大剧 院、 航海博物馆等异形钢结构的测量经验， 利用计算机辅助、 全站仪测控跟踪的指导性思路制定世博轴阳光谷钢结构测 量校正专项方案 ， 以解决这一工程技术难题 。 3 测量校正技术 3 ． 1 测量技术路线 鉴于阳光谷 钢结构特性 、 结构安装所必须 的技术措施和 紧迫 的工期要求 ，我们将结构 测量作业的技术思路制定为 “ 多台全站仪密集跟踪， 多种技术手段辅以校核， 过程监测紧 密跟进 ， 以数据指导施工、 验证新工艺” ， 以确保三角单元的 施工精度。 同时，转变传统对结构定位测控的现场施工测量观念， 将测量贯穿于整个结构的施工始末，延伸至工厂预拼装、 满 堂脚手支撑搭设作业和关键过程、 环节的施工控制指导。 3 ． 2测量关键技术 3 ．2 ． 1 施 工测量 平面、 高程 控 制网布设 健 筑施工 第 3 2 售 0 3 ／ 2 0 1 0 谷凯 、 聂延征 超 大型异形钢结构的测量与校正 第 3期 在近 l k m作 业线上 ， 针 对结构特 点 ， 结合 安装工 艺 ， 以 城市 首级 网点为基 准依据 ， 采 用“ 分级 布 网、 逐级控 制” 的方 式进行测量 。二级 网针 对每个 阳光谷建 立 ， 控制 网点均 与两 个或 两个 以上 首级 网点通视 、 联 测 ， 使 用 G P S和精 密全站仪 施测 ， 既确保 单个阳光谷的相对精度 ， 又保证整体关联 ， 同时 兼顾膜顶棚体系 的测量定位和整个结构变形监 测 ， 控制 网点 三维 系统一并建立 图 2 。 鲁 囊 辖 剿 髑 蛊 婪 t 。 图 2 膜结构屋 顶及阳光谷施工测量控制 网 二级网 索膜结构 相连前 ， 对整个 测量控 网进 行整体复 测、 统一 修正 ， 以此作 为后续膜 面支撑 系统 的测控依据 。 3 ． 2 ， 2 坐标 法与投影 法相 结合 的测量方法 谷内塔 吊的设立否定了谷内测量的可能 ， 测控作 业唯有 在谷外进行， 为有效解决制高点缺失和谷外满堂脚手架对通 视的影响 ，以坐标法与投影法相结合的测量方法加 以控 制。 根据现场实际地形特征，将结构测控区域划分为两大片区 ① 充分利 用南北长轴方 向的开 阔区域 ，将测 量基站逐 步外 延， 解决结构 3 ／ 4的测控工作 ②剩余测控作业采用坐标投 影法施测 ， 即满堂脚手架搭设前， 在 1 0 m标高楼面 脚手架 搭设区域内事先设立一定数量上部测量点坐标的投影点， 各 自覆盖 上部结构 一定 区域 的可视 ， 投影 点周围脚手架预 留 并适 当加 宽 ， 脚手搭 设过程全 站仪指导 ， 且每 次架站仪 器均 为定高 ， 确保通视良好。结构定位测控利用弯管目镜天顶方 向测设， 选用经标定合格的高精度全站仪正倒镜观测 ， 以消 除制约天顶观测精度最大影响因素垂直读盘差， 提高测 量精度。 测控 时问分 时段 安排 ， 选 择早 上 6点至 8点 、 下 午 4点 至 7点进行结构精调， 其余时段用于粗校调整， 从而避免阳 光照射及温差对大悬挑结构安装 的影 响 ， 满足散件安装 的高 效率 ， 体 现施 工测量“ 切实为主线安装服务 ” 的作业特性 。高 峰施工期 ， 单个阳光谷 配备 3台全站仪全天候跟踪测控 以满 足进度。 3 ． 2 ． 3 工厂三环预拼装工艺检验 为检验阳光谷构件的安装精度， 同时在模拟现场实际安 装工况下为结构现场安装精度给予准确、 合理的评判 ， 对 3 号 、 4号阳光谷底部三环结 构进行工厂预拼 装 ，并检测其安 装精度 ， 具体 数据如表 1 。 表 1 预拼装结构精度 安装精度 1 ～5 ton i 6～1 0 n l Il l 1 1 ～1 5 11 1 11 1 l 5 1 1 1 11 1以上 3号 阳 光谷 6 0 ％ 2 5 ％ { 2 ． 5 ％ 2 ． 5 ％ 4号 阳光 谷 2 0 ％ 6 ％ 1 7 5 ％ 2 5 ％ 表 1数据可知， 安装偏差 三向坐标偏差 概率主要集中 2 0 1 0年 3月出版 在 O ～1 O m m之间 ， 因此 ， 将结构安装标准制定为 1 0 m m是 比 较合理 的， 能最大限度满足施工进度和结构安装质量。 3 ． 2 ．4 现场焊接顺序 超大体 量的现场焊 接是本 工程 结构施工 的一个显著 特 点 ， 焊 接变形控 制将是阳光谷 结构 安装质量控 制的至关重 要 的环节。 为此， 施焊前我们将现场焊接顺序拟定为“ 三环安装 完成 后 ， 焊 接第一环 ” ， 利 用结构 自身对焊接变形 予以约束 ， 结构成 环提供横 向约束 ，上部 两环结构 的安装提供竖 向约 束， 以期达到控制、 协调结构变形的目的。 制定焊接顺序作为 技术措施保证结构变形控制， 是否达到预期效果， 要以实测 数据加以验证。因此 ， 选择先期施工 的 3号、 4 号 阳光谷进行 监测。 监测点均匀分布于谷外表面 ， 在 已选定监测基站架设智 能全站仪 ， 运 用其 自动搜 索、 捕捉 功能对结构 变形观测点进 行实时监测 ， 观测并记取测点各施工阶段的空间三维坐标数 值 ，依 次为施 焊前 、焊接 过程 中 完成 2 0 ％、 4 0 ％、 6 0 ％、 8 0 ％ 及最终成型的三维生标值 图 3 。 图 3 3号阳光谷前三环现场焊接 变形观 测 监测选择在气温相对较稳定的凌晨或傍晚进行， 以消除 日光照射及温度变化对结构产生的影响， 观测数据完全反映 因焊接收缩所引起的变形量。同一仪器、 同一测站 后视 及 同一高程起算点， 采用全圆观测方法， 通过增加测回及测量 数据经平差处理 ， 以提 高观 测精度及 数据 准确性 。数据及 时 反馈 ， 指导后续 焊接作业 ， 第二 、 三环跟 踪监测 ， 观测实施效 果 。 监测结 果显示 ， “ 三 环安装完成 后 ， 焊 接第一环 ” 的焊 接 顺序是 可行的 ， 第一环在 焊接过程 中 ， 上 部结构的变形 均得 到有效控制， 且是呈协调发展态势的。 3 ． 2 ． 5 专用辅 助测 量手段及 器材 的选择及设计 1 结 构测点根 据 阳光 谷构件 几何特征 选择节 点牛腿 精加工端铣面中心。结构竖直形态测控选择微棱镜， 结构逐 步过渡至 环 向时采 用专用棱镜 支架 ， 关键部位 结构过程 监 测点位 精确定位完成 ， 即可在结构外面节点中心设置反射 片， 供 监测使 用 图 4 o 2单元体的临时固定与校正利用 “ 专用可调工具” 和 “ 具 备双向调节功 能的临 时连 接工装件 ” 实现 ， 经实践检 验 ， 操作轻便、 高效， 有效降低人工成本 图 5 。 3 ． 3 结构变形监测与控制 2 41 第 3 2卷第 3期 V0 1 - 3 2 No ． 3 建筑施工 B U I L D I N G C O N S T R U C T 1 0 N 历史保护建筑改扩建工程施工技术 Con s t r u c t i on Te c hn ol og y f or Ren o v a t i on an d E x p a n s i o n P r o j e c t o f P r o t e c t e d H i s t o r i c B u i l d i n g 口凌旭辉蔡文鹭张向阳 上海市第一建筑有限公司 2 0 0 1 2 0 【 摘 要】 近代优秀保护建筑为了使其 “ 重现风貌、重塑功能” ，针对历经 8 0多年沧桑的老建筑整体性较差、满足不了抗震 7度设 防的实际 ，通过采用有效的结构置换加 固方法、施 工技术和合理 的施 工工序安排 ，达到 了对保护建筑改扩建 的要求。 【 关键词】历史保护建筑改扩建基础加固结构置换 【 中图分类号】 T U 7 4 6 ． 3 ／ 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 一 l O O H 2 0 1 0 0 3 0 2 4 2 0 3 1 工程概况 上海市北京东路 3 1 ～9 l号大楼原为益丰洋行， 地处“ 外 滩源” 综合改造开发项目区域 ， 北临北京东路， 西侧为圆明园 路 ， 东邻全国文物保护单位原怡和洋行。益丰洋行由英资思 九生洋行 S T E w A R D S O N ＆ S P E N C E 设计 ， 于 1 9 2 3年 1 2月建成， 为上海市近代优秀保护建筑 ， 保护等级三级。 老楼为砖墙 、 钢柱 、 木楼 屋 盖混 合承 重结构 ， 东 西长 1 2 4 ． 9 Il l ， 南北宽 l 9 ． 2 m ， 层数为 5 层 图 1 。 根据竖向荷载传 力途经， 房屋属纵墙承重体系， 门窗洞口采用砖砌拱过梁。 一 层设置钢柱木梁、 二层采用钢柱钢梁。木楼盖采用横向等间 距木格栅体系， 屋顶采用横向木屋架、 纵向木檩条体系。 房屋 结构整体性较差， 对抗震不利。 【 作者简介】 凌旭辉 1 9 7 9 一 ， 男， 本科， 工程师。 联系地址 上 海市福 山路 3 3号 2 0 0 1 2 0 。 【 收稿IB 期】 2 0 1 0 0 2 2 8 图 1 现老楼立面图 大楼外墙采用青红砖混合砌筑而成， 内墙全部采用青砖 砌筑。根据现场回弹和实验室抗压试验结果， 1 - 5 层黏土砖 强度抗压 强度评 定值依 次为 1 0 M P a 、 7 ． 9 M P a 、 8 ． 5 M P a 、 7 ． 3 M P a 及 5 ． 5 M P a 。房屋一层采用水泥砂浆， 上层采用混合砂浆 砌筑 ， 根据现场贯入法和 回弹法检测结果 ， 砂 浆强度评 定值 1 ～ 5 层依次为 6 ． 1 M P a 、 0 ． 5 M P a 、 0 ． 6 M P a 、 0 ． 4 M P a 和 O ． 2 M P a 。 图 4 结构测点及反射支架 、 措施 组合示意图 图 5 单元体专用校正工具组图 结合安装工艺， 选定监测基站及结构变形观测点， 并确 定相应监测精度、 频率及最佳的测量时间段； 通过智能全站 2 4 2 仪对结构关键过程进行实时监测 ， 获取变形值 ； 通过对结构 的空间几何解析 ， 建立空间点位的数据库， 利用数据处理软 件进行平差计算和数据分析， 形成结构变形信息， 反馈结构 安装过程中、 焊接和温度等变形数据 ， 比对模拟计算值 ， 随时 掌握结构体系的空间变形情况。摸索变形规律 ， 数据指导施 工 ， 确保阳光谷 结构 的最终安装质量。 4 结语 世博轴阳光谷钢结构于 2 0 0 9年 5月 1 4日全部安装完 成 ， 施工现场对所有 1 0 6 0 0节点进行全数测控定位， 安装精 度控制在 1 0 m m以内的达到 9 7 ． 8％；经全程监测数据显示， 结构整体变形始终处在受控状态内 ， 与计算机 实际工况模拟 验算结果相符；阳光谷项层合龙未有一处实施强行合拢， 未 增设一处嵌补段， 6 个谷均实现顺利合拢， 且贴合柔顺。 健筑 电 ] [ -第 a }2 誉