大跨度空间钢结构精密工程测量技术方案探讨-倪尧

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1、大跨度空间钢结构精密工程测量技术方案研究黄向阳1，马建明2，倪尧1，褚国栋2，刘占林1（1.南通市测绘院有限公司，江苏南通226006；2.南通市体育会展中心有限公司，江苏南通226006）ReserchonPrecisionEngineeringSurveyingTechnicalPlanofLarge-spanSpaceSteelStructureHuangXiang-yang，MaJian-ming，NiYao，ChuGuo-dong,LiuZhan-lin摘要：本文主要以南通市体育会展中心和园博园的钢结构工程精密测量

2、项目为例，较全面地对大跨度钢结构安装测量、坐标检测及变形监测的多种精密测量技术方案进行了研究，着重对具有独创性的切线投影法等非接触式检测方案做了详细阐述，对我国正在兴起的大跨度空间钢结构精密测量具有一定的指导意义和参考价值。关键词：大跨度空间；钢结构；非接触；精密测量一、引言近几年来，随着我国建筑市场的发展以及建筑水平的提高，大跨度空间钢结构建筑逐步增多，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。随着具有“南鸟巢”美誉的南通市体育会展中心和具有“南水立方”之称的南通园博园温室等大跨度空间钢结构工程在南

3、通市区相继开工建设，我们有幸承担了拥有国内首家最大开闭顶体育场的大型钢结构建筑群的施工阶段的安装测量、安装后的三维坐标检测及运营阶段的变形监测等系列精密工程测量工作。以上述工程为契机，我们开展了一系列大跨度空间钢结构精密工程测量技术方案研究（该研究课题被列为2006年度江苏省建设系统科研计划项目，项目编号21），通过对大跨度空间钢结构工程各阶段的精密测量技术方案进行的系统性研究，提出了具有独创性的切线投影法等非接触式检测方案，并进行了大量的科研试验和应用实践，取得了满意的观测成果。二、大跨度钢结构测量的一般技术特征（1）内容

4、复杂多样：如南通市体育会展中心包括主拱钢结构三维坐标检测、主拱钢结构变形监测、轨道梁三维坐标检测；园博园温室涉及了钢构件的地面拼装测量、吊装监控测量和安装后的坐标监测，各项任务均需要因地制宜采取合适的测量技术方案。（2）测量精度要求高、技术难度大：地面控制测量、钢结构测量的点位中误差等精度指标一般为毫米级；钢结构测量目标多为钢结构中心，无法直接测量，需采用“过渡”方式测量。（3）测量工期紧：施工项目多为政府标志性工程，其工期往往紧迫。而钢结构施工单位为了减少施工人员窝工现象，常要求测绘人员在短期内超常规完成测量任务。测量方案

5、设计、方案试验、测量和施工几乎同步“套作”进行。（4）测量环境恶劣：由于钢结构形式复杂，高空作业危险，施工期间脚手架林立，尘土飞扬，通视条件不好，且易造成控制点破坏，以上诸因素造成现场观测条件很差。三、精密三维控制网测量为满足高精度的钢结构测量必须首先建立精密三维控制网，三维控制网的预设精度根据钢结构测量精度要求进行估算，一般为0.4M左右（M为控制网误差和钢结构测量引起的点位总误差）。平面控制网布设主要原则：（1）平面控制网根据需要一般分两级布网，首级网以三角形和大地四边形为主建立边角网，次级网在首级网基础上插点或插网加密

6、；6（1）平面控制网多以土建控制点为起算点，因其精度难以满足毫米级的钢结构测量需要，必须根据检测边长对起算点坐标进行必要的修正而布设独立控制网；（2）在尽量保证网形结构强度的前提下，控制点因地制宜地选择在地面稳定、便于保存和易于观测的地方；（3）控制网的点位初步确定后，应进行控制网精度的模拟估算，通过对边角数、测回数增删等手段，使控制网各点满足预设点位精度。图1南通市体育会展中心体育场首级控制网平面控制测量必须有效减弱对中误差的影响，采用强制归心装置为最佳选择。场地限制或时间不允许时，选用对中性能良好的全站仪和觇标牌观测，或

7、采取在控制点上直接设置标志（如棱镜片）等措施。为有效减小大气折光，通常选择不同时段取平均值或阴天气候减弱折光差对测角影响，测距应进行棱镜常数、温度和气压的改正。高程控制网一般与平面网点重合（或部分点重合）布设，以土建高程点为起算点，构成结点水准网或附合水准路线，按二等或一等水准观测要求测量。当两高程控制点间落差过大时，以及在对高空钢结构进行高程测量过程中，我们广泛采用“全站仪水准”方式进行钢结构高程测量，能有效消除仪器高、棱镜高量取带来的厘米级误差，作业方法简介如下：（1）在需传递高程的两点（A、B）中间位置架设全站仪，后视

8、点A设置观测标志（为短棱镜杆或棱镜片，高度为I）；（2）全站仪后视A测量斜距S1和垂直角A1，则全站仪中心（O）高程为Ho＝Ha＋I－S1×SinA1；（3）将观测标志从A点移到B点安置，全站仪前视测量斜距S2和垂直角A2，则B点高程为：Hb＝H0＋S2×SinA2－I；（4）综合（2）、