大型钢结构安装高精度控制技术

大型钢结构安装高精度控制技术

刘联伟　赵资钦　张宜圣

(广东省建筑工程集团有限公司,广州510013)

[摘　要]　造型独特的广东奥林匹克体育场,是第九届全国运动会的主会场。在大型屋盖钢结构安装中,通过采取一系

列有效措施,使得42榀主桁架与支撑钢屋盖的钢筋混凝土塔柱的连接安装精度控制在±2mm 以内;同时,应用计算机技术指导施工,满足了本工程飘带式波浪状大型钢结构的高精度控制要求。

[关键词]　大型钢结构;高精度;控制

[中图分类号]　T U39313 [文献标识码]　B [文章编号]　10012523X (2004)022*******

HIGH 2PRECISION CONTROL TECHNIQUE

IN THE INSTALLATION OF LARGE 2SCAL E STEE L STRUCTURE

Liu Lian 2wei Zhao Z i 2qin Zhang Y i 2sheng

[Abstract ]　The stylish G uangD ong Olympic S tadium ,where the opening cerem ony of the 9th National G ames was held.The large 2scale

steel roof shaped like ribbon and wave ,which connected with rein forced concrete pillar ,the connection should be controlled in ±2mm.With the application of computer and a series valid measures ,the high 2precision of the installation of the special shaped large 2scale steel structure is controlled perfectly.

[K eyw ords ]　Large 2scale steel structure ;High 2precision ;C ontrol 收稿日期:2003-11-02

作者简介:刘联伟(19692),男,中国矿业大学建筑工程学院博士研究

生,高工,现任广东省建筑工程集团有限公司总工程师室副主任。

1　前言

广东奥林匹克体育场,位于广州市天河区东圃镇,占地面积为304350m 2,总建筑面积为145600m 2(不包括看台面积42500m 2),设有固定观众座位80012席,总投资1213亿元,由美国NE B 设计集团与华南理工大学建筑设计研究院设计,广东省建筑工程集团有限公司总承包施工。1999年1月15日开工,2001年9月13日竣工。

体育场造型新颖,钢屋盖为独特的两条飘带式波浪状造型,总长约854162m ,宽7714m ,最高点72145m ,最低点

33126m ,总用钢量12000t 。整个钢屋盖由钢筋混凝土塔柱

支撑,为带拉索的钢桁架悬臂结构(见图1)

。

图1　广东奥林匹克体育场北向剖面

塔柱顶部分叉成Y 形,靠体育场内侧(直立侧)的支座为前铰支座,靠体育场外侧(收坡侧)的支座为后悬浮支座,前

铰支座与后悬浮支座间距约5m (图2),钢屋架中42榀径向主桁架分别与预埋在21组塔柱(东南片12组,西北片9组)顶部的前、后支座直接连接

。

图2　大型径向主桁架安装示意

按照设计要求,飘带式钢屋盖中大型径向主桁架和钢筋混凝土塔柱的连接安装精度均要求三维控制在±2mm 以内;同时,飘带式波浪状钢屋盖由10013根互不通用的杆件和66300m 2的钢屋面组成,必须按图纸准确进行加工制作

并在高空予以精确组装,这都对本工程大型钢结构安装的高精度控制提出了高标准要求。

2　高精度测量控制网的建立

为实现大型钢结构安装的高精度控制,首先必须建立精

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1第31卷第2期2004年2月

建　筑　技　术　开　发

Building T echnique Development

V ol.31,N o.2

Feb.2004

确可靠的高精度测量控制网。

a)本工程轴网复杂,主体结构的平面轴网全部由圆弧线和对应的放射线组成,共有控制性的圆心点23个,圆弧最大半径561905mm;其中主体结构平面轴网近似于椭圆形,南北相距316m、东西相距268m,由8个圆心放射出的92条相互不平行的径向轴线和7条不同轴率的环向轴线组合而成。

b)结合工程复杂造型的特点和高精度的施工要求,选用高精度测量仪器进行测量作业。采用索佳NET2全站仪(M a=±2″,M s=0.8mm+1ppmD),索佳SET2100全站仪(M a=±2″,M s=0.8mm+1ppmD)和高精度激光垂准仪LV1 (上视5″,相对精度1/40000;下视1″,相对精度1Π70000),高程控制采用WI LD N3水准仪配合二米铟钢合金标尺。

c)针对整个体育场的测量控制需要,与广东省地质测绘院共同建立了科学合理的整体网(高精度环形三等导线网)和高精度局部控制网(场内独立网)。按《工程测量规范》的要求作业,通过导线测量方法,所有点均往返测距,采用清华三维NASEW软件进行平差计算。整体网精度达到点位中误差1.69mm,测距中误差0.5mm,测距相对中误差1/169000;建立的Ⅱ等水准结点网,平差后最弱点高程中误差为±0.6mm,高差中误差为±0.85mmΠkm。

d)本体育场的中心点由规划局给出,该点亦为施工采用的独立坐标系原点。由于21组塔柱具有高出看台并环绕体育场布置的特点,尽量利用体育场的中心点(即施工用独立坐标系原点)直接对各塔柱顶钢屋盖前后支座进行预埋定位,减少了其它控制点的误差影响,提高了塔柱顶前后支座的定位精度。

e)通过体育场的实践,我们体会到在进行高精度测量定位时,对同一个空间结构,要充分考虑日照以及气候温度变化所产生的变形影响,必须固定时间进行测量,同时,在烈日、雨天环境下作业,要用太阳伞遮掩;全站仪的各种参数应依据具体气候情况设置准确。

3　钢构件加工制作的精确控制

屋盖钢结构所有构件都需要先制作、预拼装,运至现场再组装,然后使用大型吊机进行高空对接安装。不同杆件选用不同截面的H型钢焊接加工而成,为满足安装精度要求,所有构件均由专业工厂制作,钢材的切割均采用等离子数控切割机;对H型钢桁架杆件的连接,优化焊接顺序,减少焊接内应力,以降低焊接变形量,提高了桁架的焊接质量;钢桁架的高空连接,则采取适当预留(如环向桁架杆件预长60mm 左右)和实测下料的办法解决。在加工制作中,特别注意控制好关键环节,如重点控制好塔柱顶预埋件的精度,以及与塔柱顶前后支座直接连接的大型径向主桁架前后轴孔的精度。

加工制作中,全面贯彻IS O9000标准,严格执行IS O9000质量保证体系,并专门成立了大型钢屋架焊接质量攻关小组。由于管理严格、环环紧扣、全方位控制加工制作质量,同时严格控制了重点环节,确保了塔柱顶预埋件和大型径向主桁架轴孔的加工制作精度,为高空精确安装打好了基础。4　大型径向主桁架吊装的高精度控制

该部分需要重点控制的是塔柱顶前、后支座的高精度预埋以及大型径向主桁架高空吊装就位的高精度控制。

4.1　塔柱顶支座的高精度预埋

美国NE B设计公司设计的屋盖钢结构主桁架,通过预埋在塔柱顶的前、后支座来连接,而每个塔柱顶的前铰支座位置又预埋有14条M56锚栓,后悬浮支座预埋有8条M56锚栓和4条M24锚栓。因而,塔柱顶锚栓的高精度预埋,是整个钢屋盖安装实现高精度控制最关键的一个环节。

在每个塔柱施工至距离柱顶约5m时,暂停混凝土浇灌,预留主钢筋,通过高精度测量控制网指导塔柱顶锚栓的高精度预埋。为此,需要协调好塔柱内密集粗大的钢筋与预埋锚栓的位置关系,通过专门制作的限位钢模板限定锚栓的准确位置,并采取有效措施控制混凝土振捣时对锚栓定位的影响。实践证明,通过优化测量定位与施工措施,精心控制好各个施工环节,确保了塔柱顶支座预埋三维控制在±2mm以内的高精度要求。

4.2　大型径向主桁架吊装的高精度控制

塔柱顶的前支座上预留有直径为Φ202mm的轴套,大型径向主桁架上也预留有直径为Φ202mm的轴套,大型径向主桁架吊装就位时,直径为Φ200mm铰轴要同时穿过上述两个轴套,铰轴与轴套的间隙只有2mm(图3)。同时,后悬浮支座上预留的8个M56螺栓孔也必须和大型径向主桁架上对应的8个预留孔同步精确就位

。

图3　间隙仅2mm的大型钢桁架穿铰轴作业

大型径向主桁架是超长、片状大型钢构件,长75.1m、宽0.407m、高5.2m,平均重量约120t,向场内悬挑52.4m。由于飘带式波浪状钢屋盖的造型要求,塔柱顶标高各不相同,大型径向主桁架在塔柱顶就位的倾角各不相同,在高空悬吊情况下(吊装高度53.6m),精确移位难度大,危险性高。

经过多次方案论证比较,结合工期和施工安全控制的需要,选用具有电脑程序自动控制的500t吊机,严格按照桁架在塔柱顶就位的不同倾角,预倾角整体吊装大型径向主桁架,通过高精度测量仪器的精确监测,利用机载电脑精确控制大型桁架的空中移位,从地面、空中和塔柱顶作业平台等不同角度进行全方位动态作业监控和协调指挥,在桁架还处于悬吊的情况下,在塔柱顶的高空进行高精度安装作业。由 (下转第41页)

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第2期刘联伟等:大型钢结构安装高精度控制技术第31卷