钢结构施工测量控制.docx
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钢结构施工测量控制
钢结构施工测量控制方案
8.1工程测量总体思路及主要内容
8.1.1测量总体思路
作为施工的依据，在施工过程中进行的一系列测量工作，衔接和指导各工序的施工，它贯穿于整个钢结构施工过程，是钢结构施工的最关键技术工作之一。
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。
本工程钢结构测量分平面控制、高程控制、局部控制三部分，测量应遵循“由整体到局部”的原则，其总体思路为：
序号
思路内容
1
平面控制网的测放
根据现场通视条件，先测设主控制轴线，然后在此基础上加密轴线。
2
平面控制网的垂直引测
用激光铅直仪垂直引测已测设好的轴线控制点；
3
高程传递
采用塔尺竖向传递法进行高程传递。
4
钢结构屋盖
采用坐标法测量控制。
8.1.2测量的重点
测量工作重点
地面拼装是影响本工程工期和质量的主导工序，只要有一榀桁架因拼装精度不合格造成局部返工，都将造成整体工期的滞后和拖延，因此，如何使测量工作更好地服务于地面拼装工序，保证百分百的一次拼装合格率，成为本工程施工测量工作的重点。
测量工作重点
钢构件的吊装定位决定了整个结构的安装精度和施工质量。
因此，如何进行吊装定位也是本工程施工测量工作的重点。
本工程中柔性体系及刚性体系的安装连接为技术难点，也是工程重点，对桅杆、拉索、桁架之间节点位移的有效监测将对结构受力体系的顺利形成，工程的按时竣工起决定性作用。
8.1.3施工测量主要内容
序号
内容
1
总包控制网复核、平面控制网的建立；
2
高程控制网的建立；
3
桁架地面拼装测量、桁架吊装测量；
4
钢构件高空定位测量；
5
桅杆拉索的安装测量及监测。
8.1.4测量依据
测量依据指测量工作所执行和参照的技术性规定，本工程按照以下条目开展测量工作
（1）业主和设计所指定的技术要求和标准
（2）GB50026-93《工程测量规范》
（3）GB12898-91《国家三、四等水准测量规范》
（4）JSB304《建设工程竣工规划验收测量规范》（建筑工程）
（5）CH1002-95《测绘产品检查验收规定》
8.1.5工程施工测量工作流程
本工程测量工作的具体工作思路是在业主、总包方的有关要求和测量专业规范的指导下开展工作，根据施工组织设计的要求，制定施工测量的科学、合理工作流程。
在具体实施过程中，按照规范要求操作仪器和数据记录、整理、计算。
严格落实测量工作“认真、细致、准确、及时”的方针，做到“站站清、天天清”的工作作风，使每一个测量数据都有据可循。
8.2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。
8.2.1测量器具的准备
本工程为大面积建筑，测量的精度直接影响到施工安装质量，而测量器具的精度质量问题又直接影响着测量结果的好坏。
为了保证测量质量，特准备了以下科学精密的测量仪器：
序号
名称
数量
备注
1
经纬仪
2台
1、用于I、II级工程平面控制网的测设；构件的拼装及安装定位；结构变形检测
2、用于轴线测设、钢结构构件的安装定位等
2
水准仪
2台
用于高程控制网的测设及标高的测设抄平等
3
激光铅垂仪
1台
满足建筑平面控制点垂直投测
4
塔尺
4把
结合水准仪测设高程
5
50m、30m、10m、5m
钢卷尺
若干
用于量距
6
对讲机
4组
测量人员工作联系
9.2.2测量方案的拟定
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
。
8.3平面控制网的建立
8.3.1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。
8.3.2平面控制网的层级关系
层级
内容
Ⅰ
业主测设在用地范围内各红线界桩点
Ⅱ
Ⅰ级控制网的加密，设置在主要建筑轴线旁
Ⅲ
建筑轴线网
8.3.3总包控制网的复核
根据业主提供的基准点和测量的坐标，根据施工现场平面图和杭州市一级控制点的标高和坐标，对现存的基准点进行复测，验证基准点数据资料的准确性。
复测过程必须是与总包、监理三方共同进行，按国家四等导线测量的要求实施，测算出精度误差。
水准基准点的复测，在业主提供的水准基准点上，按规范要求进行联测，精度达到国家四等水准要求。
8.3.4平面控制网的布设
1.确定统一的平面坐标系统
由于钢结构设计图上所有关键点位坐标均为建筑坐标，而在总平面图中，所有桩点坐标均为城市大地坐标，两坐标系存在一定的关联关系。
2.平面控制点的布设
（1）以运动场中心点为一点，分别往两侧75米间距做Ⅱ级控制网，设置5个Ⅱ级控制点；
（2）在Ⅱ级控制网的基础上，为了满足结构的施工需要和方便，对Ⅱ级控制网进行加密，由中心控制点向4边各偏移50米，及在最外侧4边每边各加密2个控制点，共设置12个Ⅲ级控制点。
平面主控制点布置图
8.3.5平面控制网的施测及相关精度要求
1.平面控制网的施测精度要求
Ⅱ级和Ⅲ级平面控制网按照四等导线的精度进行观测。
角度观测采用方向观测法，按照规范进行仪器操做和记录。
2．平面控制网的具体施测办法
（1）Ⅱ级和Ⅲ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，进行精度分析和控制点点位误差。
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
首先在设计图纸上设计主点坐标数据，在Ⅱ级或Ⅲ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。
然后把经纬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）。
工程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。
8.4高程控制网的建立
8.4.1高程控制网的布设
（1）首先对总包移交的现场水准点进行水准复测。
（按国家四等水准测量要求）。
（2）已知水准点经复测，精度满足要求后，把平面Ⅱ级控制网的控制点高程引测，得到各控制点的三维坐标。
根据建筑工程特点需要，设置五个高程控制点，形成闭合线路控制网。
为了便于施工测量，整个场地内，在主控制点处同时设有水准点，并构成闭合图形，以便闭合校核。
水准点采用同M8膨胀螺栓的钢筋打入砼作为标志。
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±5
mm（n为测站数）。
8.4.2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
读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。
8.4.4高程控制网的具体施测
根据总包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）。
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：
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
8.5桁架地面拼装测量控制
本工程桁架为平面垂直桁架，以下将对桁架的拼装做详细的介绍：
8.5.1地面拼装准备
1、仪器准备
2、人员准备
经纬仪
1台
水准仪
1台
大盘尺
1把
塔尺
1把
仪器观测员
1名
立尺员
1名
记录员
1名
8.5.2地面拼装测量
1
地面放样
根据桁架的几何结构及深化设计详图，利用经纬仪在拼装场地上放出桁架上下弦杆的地面投影控制线，将弦杆分段（拼接）点、腹杆与上、下弦杆轴线交点作为控制特征点，在拼装平台内放出各特征点的地面投影点，最后将设计三维坐标转换成相对坐标系，采用极坐标法用经纬仪检查复核。
2
胎架测设
利用经纬仪在胎架设置点精确测定胎架位置，作出十字线。
胎架搭设完毕后，用水准仪校正胎架上部调节构件顶面高度，确保同一水平构件下部所有胎架顶平；并用水准仪确定特征点胎架的标高，根据理论数据对胎架进行调整，使误差在微调范围内。
3
桁架单元件就位
使用钢尺检测单个待拼单元件的长度、端面的几何尺寸，根据深化设计图，将单元件吊上胎架按编号排放好，保证待拼构件的位置准确后临时固定，吊线锤检测桁架分段拼接点平面位置并调整。
4
散件就位
补充之间散件，根据左右桁架分段的弦杆的点位标记进行整体位置关系的测量并调整。
5
焊接固定
构件调整固定后，根据待拼件上的点位标记及地面投影点，使用钢尺、吊线锤等进行检测，用点焊固定并将检测数据记录保存，与设计图纸比较分析，如构件不符合要求，则进行调整；若符合要求，则进行焊接工序。
6
焊后检测
焊接完成后，对桁架进行全面检测，将检测数据记录存档，并与焊接前的检测数据对照分析，确定其变形程度，分析变形原因，以便在下一个桁架拼装中能够尽可能减小拼装误差。
8.5.3地面拼装控制项目及允许偏差
根据《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的要求：
构件
类型
项目
允许偏差
（mm）
检验方法
桁架
跨度最外两端安装空或两端支承面最外侧距离
+5.0
-10.0
用钢尺检查
接口截面错位
2.0
用焊缝量规检查
拱度
设计要求起拱
±L/5000
用拉线和钢尺检查
设计未要求起拱
L/2000
L0
节点处杆件轴线错位
4.0
划线后用钢尺检查
管构件
预拼装单元总长
±5.0
用钢尺检查
预拼装单元弯曲矢高
L/1500,且不应大于10.0
用拉线和钢尺检查
对口错边
L/10,且不应大于3.0
用焊缝量规检
坡口间隙
+2.0
-1.0
8.6桁架吊装测量
8.6.1吊装测量准备
1、仪器准备
2、人员准备
经纬仪
1台
棱镜
2台
仪器观测员
3名
8.6.2吊装测量
1桁架就位测量：
利用经纬仪将桁架定位点引至支撑平台，并在支撑钢板上划十字中心线来控制桁架就位。
2桁架标高测量：
在支撑架定位点上放置千斤顶，开始吊装桁架并就位，再利用经纬仪，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，利用千斤顶进行微调。
3桁架安装复测：
桁架直线度、标高调校完毕后，利用缆风绳将桁架固定，吊车脱钩，然后再利用全战仪进行复测，发现问题应及时解决。
8.7应力及变形测量与监控
8.7.1应力监测
本工程整体受力体系由刚性及柔性体系构成，由于结构受力复杂，为更好的安装施工，选取精度较高光纤光栅监测系统来监测桅杆等构件的应力。
1．光纤光栅传感系统应用方案
光纤光栅监测系统一般由光纤光栅传感器、光纤光栅信号解调仪、光开关或光合波器、光纤跳线、光纤适配器、传输光缆、系统软件等部分组成，其中光纤光栅传感器（传感探头）、光纤光栅信号解调仪、光开关（合波器）与系统软件（包括与用户相关数据库/系统的通讯接口）是核心部分。
2．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。
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胎架各个节点上，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。
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，选择了胎架标准件与标准件连接部位布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，布置方式见图1。
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。
图1监测系统布置图
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。
8.7.2拉索及桅杆应力监测
拉索的内力监控采用FRP-OFBG筋式光纤光栅智能拉索，其基本原理为将减敏FRP－OFBG智能复合筋布设到平行钢丝或钢绞线拉索，然后利用锚固FRP筋的两端，在索力作用下，智能筋与平行钢丝的协同变形，光纤光栅传感器感知拉索应力，从而得到索力，并可以直接进行损伤分析，具有量程大、整体成本低、系统集成容易、整体损伤与局部损伤同时监测等优点。
FRP-OFBG--SC01在20℃下的主要性能指标如下表所示：
性能
指标
标定测试典型曲线
最大应变
>10000
索力精度
<1％
分辨率
1（解调仪决定）
应变灵敏度（
）
标定确定
弹性模量
50GPa（GFRP）
切趾光栅波长范围
1510nm～1590nm
（可选择）
反射率
≥90%
尾纤
铠装光缆FC/APC
工程施工时，分别对S1-1、S1-6、S2-2、S3-1和S5-2（共20条索，总长约为939米）进行应力监测，其平面布置情况如下图所示（品红色拉索表示施工时将作应力监测的索）：
桅杆的应力监测采用布设光纤光栅传感器，每个桅杆布置三个，其位置为距桅杆顶部、底部2米处，及中间处。
具体如下图所示：
8.7.3拉索张拉时变形监测及屋盖桁架下挠监测
本工程结构的监测主要包括了桅杆、拉索相交节点、桁架中间下挠变形。
拉索分五级张拉，每一级按20%加载施工，均通过经纬仪对桅杆及拉索相交节点进行位移监测（测控点如下图圆点所示），保证位移变形控制在合理范围内。
监测桁架关键点标高变化，掌握桁架的变形数据，并将其与施工安装模拟计算结果及设计变形结果比对，从而实现控制屋盖的变形的目标，对结构安全度做出正确评价。
在监测横加下弦挠时，将经纬仪架设于控制点上（见测量平面控制网），直接观测桁架关键点标高。
8.8测量管理
（1）树立测量人员的争创高精度意识，对控制点的设计、计算、施测做到步步有校核，严格贯彻测量工作的检查制度。
（2）加强对仪器设备爱护、保养，为工程施工提供高精度的测绘成果做好基础，消除仪器设备的故障，做到仪器自检经常化。
（3）落实测量资料归档制度，为工程竣工验收。
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