钢结构现场安装测量技术_secret.doc

钢结构现场安装测量技术总结
**大剧院钢结构施工过程中进行的一系列测量工作，作为施工的依据衔接和指导各工序的施工，它贯穿于整个钢结构施工过程，是钢结构施工的关键技术工作之一。通过高精度的测量和校正使得钢构件安装到设计位置上，满足绝对精度的要求，因此测量控制是保证钢结构安装质量以及工程进度的关键工序。
1．工程测量的总体思路及主要内容
1．1．测量总体思路
本工程钢结构测量网线分平面、高程控制两部分，总体思路为：平面控制点使用激光铅直仪向上传递，高程控制点使用钢卷尺分段向上量距，每次传递的点位经自检闭合，再用全站仪复测。
1.2．测量主要内容及重难点
在本工程现场施工过程中，垂直度、轴线和标高偏差是衡量工程质量的主要标准之一，具体测量、监测的基本内容有：
总控制网复核；
钢结构施工控制网建立；
基础预埋件定位、飘带支座、屋盖桁架平整度及标高复测；
支撑架安装定位测放及检查；
飘带、屋盖桁架的应变及应力监测；
主要承力点加固、支撑架应变及应力监测；
钢柱垂直度及飘带箱梁水平度的控制；
钢柱柱顶和屋盖骨架标高的控制。
本工程测量的重点是：控制网的建立和传递；钢柱垂直度和柱顶标高的控制；飘带箱梁、屋盖桁架应力及应变的监测。难点是：一.作业量大，精度要求高；二.施工场地上工种多，交叉作业频繁，受干扰大。
2． 测量控制准备工作
测量准备工作是保证施工测量全过程顺利进行的重要环节，所以必须充分做好测量前各项准备工作。
2.1 .测量人员的配备
人员配备：测量负责人由长期从事工程测量的工程师担任，全面负责测量工作质量、进度、技术方案编制与实施；测量员2名，负责日常轴线、标高测量、沉降观测及内业资料整理等。

职称
人数
职责
测量工程师
1
主管工程首级平面控制网的设测、结构整体，
定位控制和把握、测量资料的管理
专职测量员
6
主要负责施工全过程的测量技术工作，
保障工程顺利有序施工

2.2． 测量器具的准备
测量仪器、工具必须准备齐全，其中全站仪、经纬仪、水准仪及大盘尺等重要仪器、工具必须计量检测单位检定，送检过的仪器、工具必须保证在符合使用的有效的有效期内，并保留相应的检验合格证备查。拟投入本工程的科学精密仪器如下：

序号
名称
规格数量
备注
1
全站仪

型号
LEICA TC402
1、用于工程平面控制网的测设；
2、构件的拼装及安装检测；
3、结构变形检测
精度
2″（2+2PPM）
数量
1台
2
经纬仪

型号
博飞J2
用于定线、长轴线测设
精度
2″
数量
4台
3
水准仪

型号
索佳C32Ⅱ
用于标高测设
精度
2mm
数量
4台
4
反射棱镜
2组
结合全站仪测设距离
5
塔尺
4把
结合水准仪测设高程
6
50m钢卷尺
2把
用于短距离量距
7
对讲机
4组
测量人员工作联系
2.3.测量时机的选择
设计院提供的每个施工节段的相应标高和其它变形值，一般是基于某种标准气温下的设计值，武汉市一年气温变化很大，而本工程是跨季节、跨昼夜施工。温度变化，特别是日照温差的变化对于结构变形的影响是复杂的，将温差变化所引起的结构变形从实测变形值中分离出来相当困难。因此，应尽量选择温度变化小，日照不强的时机进行测量，力求将温度、日照对施工控制的影响降低到最小限度。
2.4. 测量方案的选定
在进行本工程测量前，测量专组由测量工程师组织、所有测量人员参加，经过讨论拟定初步测量方案，指导后面具体测量工作的展开实施。
3 .平面控制网的建立
3.1. 平面控制网布设目的
1
满足轴线测设、构件安装和细部施工需要。
2
满足施工监测、建筑物沉降监测和竣工测量的需要。
3.2 .平面控制网设计准备工作
序号
准备工作内容
1
熟悉所有的设计图纸和设计资料；
2
进行平面控制网设计工作之前，必须先了解建筑物的尺寸、工程结构内部特征和施工的要求；
3
熟悉施工场地环境以及与相邻地物的相互关系等；
4
收集施工坐标和测量坐标的系统换算数据；
3.3.控制网的移交与复核
工程开始前，协同监理与施工方办理测量控制网移交手续，并收集了以下数据资料：
1
现存平面基准点的坐标、现存水准基点的标高
2
施工现场平面图，上附控制点位的三维坐标
3
现场内及现场附近城市控制点的标高和坐标

资料齐备后，会同现场施工方、监理方共同进行现存基准点复测，验证基准点资料和数据的准确性，报监理工程师验证。复测内容如下：
复测内容
复测要求
平面基准点复测
按国家四等导线测量的要求实施，测算出精度误差
水准基点复测
按规范要求进行联测，精度达到国家四等水准要求
3.4. 平面控制网的布设（内业）
3.4.1. 确立平面控制网层级关系
Ⅰ级控制网
业主测设在用地范围内的各红线桩界点
Ⅱ级控制网
基坑外围6个主控制点组成的矩形控制网
Ⅲ级控制网
建筑轴线网
3.4.2.平面控制点的布置
由于本工程平面占地面积广，开挖面积大，考虑到钢结构施工队进场时回填工程还未完成，故选择将Ⅱ级控制网点设计在通视条件良好的未开挖区域，共布设6个控制点，组成钢结构施工Ⅱ级平面控制网：

平面控制点布置图
3.5. 平面控制网施测（外业）
3.5.1 .平面控制网施测的精度要求
I级和Ⅱ级平面控制网按照四等导线的精度进行观测。精度要求如下：
等级
边长（m）
测角中误差（″）
边长相对中误差
I
100～300
5
≤1/30000
Ⅱ
100～300
8
≤1/20000
角度观测采用方向观测法观测2测回，按照规范进行仪器操作和记录，其主要技术要求，应符合下表的规定：
等级
仪器
型号
测角中误差（″）
测回数
两次读数差（″）
半测回归零差（″）
一测回
2C互差
（″）
各测回方向较差
（″）
I
DJ1
5
2
≤1
≤6
≤9
≤6
DJ2
5
3
≤3
≤8
≤13
≤9
Ⅱ
DJ2
8
2
---
≤12
≤18
≤12
距离采用对象观测2测回，当采用全站仪测距时，应注意仪器的指标设置和检测，采用仪器的等级及测回数应符合下表的精度规定：
控制网等级
仪器分级
总测回数
I级
I、Ⅱ精度
4
Ⅱ级
I精度
2
3.5.2 平面控制网的具体施测方法
（1）首级和Ⅱ级控制网采用四等导线的精度要求施测，准确计算出导线成果，进行精度分析。
角度观测数据样表：
测
回
测
站
目
标
竖盘
位置
水平度
盘读数
（°′″）
半测回
角值
（°′″）
一测回
角值
（°′″）
角值
（°′″）
I
S1
1
左
0 00 00
0 13 54
0 13 54
0 13 56
0 13 54
2
右
180 00 04
0 13 55
180 13 59
Ⅱ
S1
1
左
0 00 00
0 13 58
0 13 57
0 13 58
2
右
180 00 02
0 13 56
180 13 58
I级控制点的设置按规范要求做好测量标石标志，在选择好的点位上埋设。为了预防标石的沉降，标石的下部先浇灌混泥土，周围做好通向控制网点的道路和防护栏杆，并作好标志。为了保证测量精度，在标石埋设后一周内不得进行观测。

图：控制点标石
（2）建筑主轴线的设置
要在设计图纸上设计主点坐标数据，在I级或Ⅱ级控制点的基础上用极坐标法初步放样出主点位置，一条轴线上至少设置3个主点。然后把全站仪架设在建筑轴线中间主点上，观测3个主点的水平角，按控制基线定线要求，其夹角值控制在180°±24″为控制基线精度要求，如超出要求，则需调整主点位置。调整方法按建筑基线调整方法反复进行，直到3个主点的水平角满足180°±24″的范围要求。建筑物定位轴线允许偏离理论轴线量为L/20000，且不应大于3.0mm（L为定位轴线长）。
平面控制网的测设在收到开工通知后7天内完成，并将测设资料书面上报监理工程师审批。
4. 高程控制网的建立
4.1 已知高程控制点的复核
本工程±0.000m相当于绝对标高+24.300m（武汉月湖），总包高程控制点移交后，按国家四等水准测量要求，将已知水准点与武汉市导线网进行水准联测，复核水准基点的准确性。
水准点经复测，精度满足要求后，把平面Ⅲ级控制网的控制点高程引测，得到各控制点的三维坐标。根据建筑工程细部需要，引测到各位置。
4.2 高程控制点的布设
布设原则：
1
方便对控制点进行统一维护
2
通视条件良好
3
可远离基础沉降区与重型机械施工影响区
4.2.1 高程控制网施测的仪器要求
1、对施工中所用到的水准仪必须经过相关检测部门的专业检测，并附有检测报告；
2、水准测量仪器本身精度应根据等级要求满足下表的条件。
等级
望远镜放大倍率≤
水准管分划值≤
Ⅲ
24～30
15″/2mm
Ⅳ
20
25″/2mm
4.2.2 高程控制网施测的原则
在进行水准测量时，为了减小误差，采取一定的措施减弱其影响，以提高测量成果的精度。同时避免在测量成果中存在错误，因此在进行水准测量时，应注意以下各点：
1
在测量过程中，水准仪及水准尺应尽量安置在坚实的地面上。三脚架和尺垫要踩实，以防仪器和尺子下沉；前、后视距离应尽量相等，以消除视准轴不平行水准管轴的误差和地球曲率与大气折光的影响；
2
前、后视距离不宜太长，一般不要超过100m。视线高度应使上、中、下三丝都能在水准尺上读数，以减少大气折光影响；
3
水准尺必须扶直不得倾斜。使用过程中，要经常检查和清除尺底泥土。塔尺衔接处要卡住，防止二、三节塔尺下滑；
4
完数后应再次检查气泡是否仍然吻合，否则应重读；
5
记录员要复诵读数，以便核对。记录要整洁、清楚端正。如果有错，不能用橡皮擦去而应在改正处划一横，在旁边注上改正后的数字；
6
在烈日下作业要撑伞遮住阳光避免气泡因受热不均而影响其稳定性。
4.2.3 高程控制网的具体施测
根据施工单位提供的已知水准点BM，采取常规水准测量方法，由水准基准点组成闭合路线，各点间的高程进行往返观测，闭合路线的闭合误差应小于±5mm（n为测站数）。
观测数据样表：
测站
点号
水准尺读数
高差h
改正后
高差
高程H
备注
后视
前视
TP1
BM已知
966

+0.700
采取单程测法
BM2

1352
-386
-386
+0.314
TP2
BM1
1243

BM3

1728
-485
-484
-0.170
TP3
BM2
1260

BM4

1370
-110
-109
-0.279
TP4
BM3
1397

BM已知

1435
-38
-38
-0.317
∑后=9.219
∑前=9.221
∑后-∑前=-0.002
∑=-0.002

水准点桩顶标高应略高于场地设计标高，桩底应低于冰冻层，以便长期保留。也可在平面控制网的桩顶钢板上，焊上一个小半球作为水准点之用，或采用M8膨胀螺栓的钢筋打入砼作为标志。
水准测量作业结束后，每条水准路线须以测段往返高差不符值计算每千米水准测量高差的偶然中误差MΔ和全中误差MW。
高差偶然中误差
计算公式：
MΔ= （mm）
Δ---水准路线测段往返高差不符值（mm）
L----水准测段长度
n-----往返测的水准路线测段数
高差全中误差
计算公式：
MW= （mm）
W----闭合差
L----计算各W时，相应的路线长度（Km）
N----附合路线或闭合路线环的个数
5 .钢结构现场安装的测量
5.1.测量控制网的布设
布设测量控制网前，先仔细校核测量仪器，保证每台仪器都处于正常运行状态。根据土建施工单位提供的混凝土结构施工测量成果数据和测量控制桩或基准点,用全站仪和便携式微型激光测距仪进行钢结构安装位置平面和高程的数据复核、并及时将复核结果报与业主、总包、设计院、监理单位确认后，再引测建筑物主轴线,布设轴线控制网；设置钢结构安装测量控制桩，在周围楼面或混凝土柱、梁上做好显著标记。施工过程中定期复核轴线控制网，确保测量精度。
根据现场500标高基准控制线,进行校核，误差在±3mm之内，取平均值，然后根据复核结果设立钢结构安装高程控制点，用精密水准仪进行闭合检查，在场区布设3个水准点，相互校核，取平均值作为标高基准点，闭合差控制在3mm以内，测设出钢结构安装高程控制网。
建筑物平面、高程控制网的主要技术指标见下表：
等级
测距相对中误差
测角中误差（″）
测站测定高差中误差（mm）
起始与施工测定
高程中误差（mm）
Ⅱ级
1/20000
5
1
6
5. 2.钢结构安装过程的测量控制与校正
钢结构安装采取定位测量、焊前、焊后三道测量环节，测量内容为钢构件安装校正中的垂直度测量、中心偏差测量和标高测量，整个测量过程实施跟踪测量。
5.2.1. 预埋地脚螺栓的测量
根据加密控制点，我们力求提高放样精度，采用精密量距和经纬仪测角二测回，放出每个柱脚的纵横线，并用全站仪进行点位复测。将误差控制在验收规范允许的范围之内。
在预埋件安装之前，首先对预埋件的中心线及相对标高进行标识。当预埋件就位后，应对预埋件作标高和垂直度实测。根据实测结果控制下一个预埋构件，以便提前通过临时固定板及处理端部来进行控制。
5.2.2. 柱标高与柱垂直度的测量
每安装一节钢柱前，首先在钢柱上标设上、下中心线及相对标高，当钢柱安装后，应对柱顶作一次绝对标高实测，然后根据实测值来控制下一节钢柱的标高，以便提前通过临时固定板及处理端部来进行控制。

本工程的钢柱垂直控制方法如下：用两台激光经纬仪置于柱基相互垂直的两条轴线上，视线投射到预先固定在钢柱的靶标上，光束中心同靶标中心垂直，且通过旋转最少3次经纬仪水平度盘，若投测点都重合，表明钢柱垂直度无偏差，其余钢梁及柱的控制，通过基准点用经纬仪引至每层正装好的楼层上，用激光经纬仪从底层直接引上，以减少偏差，然后通过三点，在楼层上放置梁柱的定位线，并对梁柱进行复测、控制。
经纬仪
经纬仪

钢柱垂直度测量
5．3.钢柱的吊装测量
5．3．1.钢柱吊装的测量程序

轴线激光点投测、测量、放线
柱顶标高测量
确定柱顶位移值超偏处理
抄平结果与下节柱预检结果综合处理
吊装钢柱、跟踪校正垂直度
柱垂直度校正、高强螺栓初拧、终拧
整理吊装测量记录，确定施焊顺序及特殊部位处理方法
施焊中跟踪测量
焊接合格后柱轴线偏差测量
验收
提供下节钢柱预控数据

5.3.2 安装测量的允许误差
项目
允许偏差
图例
检验方法
柱底中心线对定位轴线的偏差
5.0

用吊线和钢尺检查
柱轴线垂直度
单层柱
H≤10m
H/1000

用经纬仪和钢尺检查或全站仪坐标测量检查
H＞10m
H/1000，且不应大于25.0
5.4桁架的吊装测量
5.4.1 桁架的就位测量
十字中心线

桁架就位测量示意图
将纵横轴线引测至成品固定支座顶面，并在桁架支座部钢板上划十字中心线来控制桁架就位。

5.4.2 桁架直线度测量
桁架下弦杆的中心线在水平面上投影为两条直线，故直线度的控制从下弦入手。吊装前在将轴线引测至两侧砼柱身，并在桁架下弦底部弹出中心线；吊装时在两侧砼柱前轴线上各架一台经纬仪在，观测员先照准柱身轴线，再向上观测下弦中心线是否与目镜中丝重合，不重合则调整，直至符合规范要求。
桁架理论投影线
经纬仪
桁架
桁架直线度测量示意图
在桁架安装后应使其中心面垂直于地面，其测量方法如下：
在桁架正下方的地面混凝土平台上架设两台经纬仪进行测量。桁架就位、加固后，首先将两支座中心线投测至地面，作为观测基线，分别在下弦及下弦外侧边理论投影位置线上架设经纬仪，垂直向上观测，检查各弦杆边偏移量，每根弦杆抽取3点作比较、分析，去除制作误差因素，可得出实际垂直偏差。在得出垂直偏移量后，利用揽风绳对桁架各部分进行适当调整，待相邻桁架与其间檩架安装完毕后方可将其拆除。
5.4.3 桁架标高控制
利用全站仪，通过三角高程测量，后视水准基点，将标高传送至支撑架顶部的千斤顶上，并以此做千斤顶调节标高的依据。
应用全站仪进行高程引测的具体做法如下：在一焊后的钢柱翼面垂直焊接一500长的任意型钢，在型钢的最下面贴上一激光反射贴片，反射面朝下，型钢面通过水平尺调平。然后架设仪器于首层激光反射贴片的正下方，后视全站仪于首层贴在标高基准线上的激光反射贴片(后视标高为H0)，得出此时仪器与后视点的高差为Z1，将此仪高值输入全站仪以刷新此状态下的仪器参数，然后旋转仪器照准部，通过全站仪的弯管目镜瞄准仪器上方位于型钢底部的激光反射贴片的中心，观察仪器的数字化面板，记录下此时的高程坐标值Z2,计算此时引测至目标点处的基准标高为H=H0+Z1+Z2。

标高基准点垂直引测示意图如下：

6． 飘带、屋盖桁架应力、变形测量和监控
6.1．飘带、 屋盖桁架应力监测
根据本工程面积大，结构特殊，安装工况繁杂等特点，本方案选择遥测型布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器进行应力监测。
6.1.1 布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器简介
布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器的基本原理是在一根光纤的内表面刻出一个光栅，当该光栅所在的区域发生应变时，就会引起光栅的调制周期发生变化。通过该光栅反射的光所产生的衍射条纹也会发生变化，从而产生光栅Ｂｒａｇｇ信号的波长变化，通过监测Ｂｒａｇｇ波长变化情况可以确定光栅所在微小区域内的应变值。当要进行分布式连续测试时，在同一条光纤中分布多个不同周期的光栅传感器。通过不同传感器反射光的波长值，与待测结构传感器所在的各测量点相对应，分别感受待测结构沿线分布各点的应力应变。这里所说的分布式只是指在结构关键部位布设传感器的点的应变可以测量，并不是光纤沿线每个点都可以测量。

6.1.2 光纤光栅传感器标定试验
本工程采用的光纤是单模光纤，通过FC/PC法兰接头连接。解调设备波长测量范围 1525～1565nm，波长分辨率1pm，采样频率50Hz。有液晶显示屏可以直接进行读数，或者通过10M以太网与笔记本电脑连接进行读数。根据分析，解调波长的变化值和应变的关系为：
（1）
其中K为与材料有关的常量，大小为0.8左右，和分别是波长以及波长的变化量。在常用波长范围内，每单位微应变引起的波长变化基本为1.16pm左右。
标定时在一批传感器中选择一个进行检查。将光纤光栅传感器通过底座焊接于支撑架各个节点上，在相应的位置粘贴高精度电阻应变片，在施工时进行实测试验，试验结果为波长与应力关系图。
6.1.3 光纤光栅布设工艺
工程施工监控中最重要的内容是连接部位的应变进行监测。如果应变测量不准，与理论值不符，说明采用的施工方案不能有效地形成结构的传力机制，会留下很大的安全隐患。在监控工程中，可以选择传统的振弦式应变计和光纤光栅传感器对同一部位相同位置的应变进行同时监测，以确保监测结果的准确。
在监测时，选择了支撑架标准件与标准件连接部位设置光纤光栅传感器，并在同一位置安装了振弦式的应变传感器。如果工程施工周期长，为有效剔除温度变化对测量数据的影响，可以在每个监测点都布置了温度补偿传感器。这个传感器不与受力部位相连，只是测量温度变化对于监测点应变的影响，测量时扣除这部分温度影响的应变就是结构实际受力引起的应变的大小。

监测系统布置图
后期的实测数据表明，因为工程施工周期比较长，温度效益的影响相当大，通过这种方法能准确测量到结构实际受力后的应变大小，便于和理论值进行分析比较。在布设光纤光栅传感器时，首先要对安装部位进行打磨抛光，使表面平整光滑。然后用氩弧焊机将传感器的底座焊接于结构表面。当测试完成后拧开底座上的螺丝，取下光纤光栅传感器，可以重复使用。光纤接头部位通过法兰连接。因为光纤有铠装保护，所以普通的践踏并不影响使用，要注意的就是不能被强烈地拉扯。
6.1.4 飘带、桁架受载应力监测
将传感器布设于桁架支撑点、相邻受压杆、吊装牵拉锚接处。通过各个测点的实测值与理论计算值相比较，及时掌握桁架关键的应力状况。
在本工程吊装过程中，径向限位是很重要的技术措施，过程中应严密监测限位的可靠性。径向限位的间隙由计算确定，减少桁架下挠变形。限位的可靠性监测主要通过监测限位板应力来保证。
应力监测中心设于音乐厅内部，监测中心与位移监测人员、吊装人员保持全程在线联系，如遇异常情况及时采取措施。
6.2．飘带、屋盖桁架变形监测
本工程中大剧院屋盖桁架为八榀空间桁架，最大跨度为57.5m，卸载时需严格控制其变形。结构变形测试部位通常设置于对结构变形较敏感的部位，如结构跨中、支撑端部等，测试仪器根据精度要求而定，通常采用百分表、全站仪等。通过施工分析，下图中圆圈内的节点为在施工过程中变形较大的节点，这些节点可作为桁架卸载过程中，结构变形控制的监测点。

飘带变形监测点布置图
桁架变形监测点布置图

屋盖桁架变形主要包括下挠和径向滑动，下挠变形监测通过监测桁架关键点标高变化来实现，如钢结构平面控制网所示，钢构安装前已将标高控制点测设于钢梁上，可架设仪器于钢梁上，直接观测桁架关键点标高。为直观观测标高数据，可将仪器架设于西侧钢梁上，在桁架关键点上焊接标尺并观测。
虽然全站仪观测较为简单，但在本工程中用于观测下挠变形并不够直观，且误差较大，用水准仪观测为最佳的选择。
本工程屋盖跨度大，卸载及吊装过程中，至少东西两侧各摆一台水准仪观测。

7 .支撑架应力及变形监测
7.1 支撑架应力监测
如前所述，本工程应力监测采用布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器，在中央监控中心进行监测。本工程支撑架选用可拆卸式标准支撑架，竖向承载较大，计算结果亦表明应力、应变较小，可不进行应力监测。但因整体楼面钢构件自重较大，应作为本章中应力监测的重点。
传感器布设应根据计算结果确定，监测应力比较大的杆件及关键节点。
7.2 支撑架变形监测
如前所述，支撑架应力比较小，但不意味不进行变形监测。支撑架是本工程关系工程全局的重要措施，支撑架制作质量、加固的可靠度，除了在各工序中严把质量关外，很难找出节点强度薄弱点。对于支撑柱来说，这些强度薄弱或加固不可靠的问题都会随着支撑架缓慢加载而反映在支撑架变形上。因此支撑架变形监测是保证支撑架安全最有效的措施。
吊装支撑架立于+23.7m标高楼面上，钢结构是相对稳定的可靠观测基准，对支撑架竖直度的监测可通过在支撑架顶部挂设线坠来实现，支撑架卸载过程及吊装过程中，应对逐步加载的支撑架严加监测，保持与监控中心的全程在线联系。
8．竣工后使用期间的监测
屋盖钢结构工程完工后，屋盖加载并未完全到位，而且屋盖可能产生较大的温度应力，因此竣工后的监测颇有必要。
屋盖加载变形及温度应变会集中反映到屋盖桁架的下挠上，因此屋盖桁架下挠是监测屋盖安全最有效而简单易行的手段。
在最初竣工后，除定期监测外，遇雨雪天气应立即派人到场。通过一段时间监测，并经历恶劣天气后，监测数据表明结构确保安全的前提下，可停止监测。
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