球体钢结构施工方案

摘要：球体结构建筑物的施工放样有别于一般建筑物的放样。球体结构具有造型新颖，结构复杂，所以其施工放样造成的难度要远高于一般建筑物。

关键词：球体结构建筑物施工放样

0 引言

球体结构建筑物的施工放样有别于一般建筑物的放样。球体结构具有造型新颖，结构复杂，所以其施工放样造成的难度要远高于一般建筑物。为了保证其施工质量安全，必须建立一个可靠的施工放样控制网及施工方案。施工方案要密切配合土建施工，要具有快捷、精度高的特点。现以某国际会展中心为例，阐述其放样过程。

该国际会展中心是由一个大型球体与建筑连成一体，造型十分新颖别致。球体结构位于17.3m高楼顶。球体网架材料采用特殊的矩形钢管，球体网架下部支撑于3层平台、上部支撑于6层平台并设置水平支座，球体内部有四层，球体与主建筑不规则相交，3—6层间约有3／4个球面镶嵌在建筑物上，6层以上为完整球面。球体边部与剪力墙相交处设置垂直支座；在4、5、6层钢筋混凝土楼板上设有与球体相连接的水平梁。球体为双向正交肋环单层壳，由9根主经杆和63根次经杆，以及22圈纬杆构成，钢结构呈穹隆形，并镶嵌玻璃幕墙。

按设计要求，所有杆件结点位置要求误差不得超过土5mm。为确保精度满足设计要求，把此项误差当做极限误差，也就要求所有杆件结点位置的中误差控制在土2.5mm以内。由于工程工期紧，测量工作必须与快速施工要求相一致。又由于球体中心位置需建钢筋混凝土立柱而无法架设仪器等特点，并考虑精度要求以及现场脚手架遮挡等施工干扰因素，拟订以三维坐标法为主的施工放样方案，由袖珍计算机配合全站仪组成实时三维放样测量系统。

1 施工放样控制网的布设

平面控制网建立在球体内部。由于本工程是网架安装与建筑土建同时施工，建筑楼板又是分期浇筑，因而，控制网只能分期布设。当土建施工到17.3m平台时，根据土建平台与球体网架基座的关系，测设十字控制线和圆心点，并在17.3m 平台上的十字控制线从圆心向两边各量9.5m(因为最上面一层平台半径仅有11.5m)，定出1—4号四个基准控制点，通过传递，这四个控制点也是上面4、5、6层控制网的基准控制点。高程传递采用悬挂经鉴定后的钢尺，由精密水准仪将高程传递到各层，以形成各层的高程控制。

在17.3m平台以上的三层平台土建施工时，要求土建施工单位配合，在1—4号四个控制点正上方的楼板上预留0.3×0.3m的矩形孔，在1-4号基准控制点上用垂直投点仪将平面点位传递到上层，为使各期控制网坐标系统一，就将传递上去的四个点作为上一层施工控制网的基本控制点，并与上一层9个主经杆方向上的安装控制点构成边角网。经平差后，最终算得各控制点的实测值。

2 三维坐标法放样

2.1 点位放样精度。O为测站点，P为放样点，S为斜距，Z为天顶距，α为水平方位角，则P点相对测站点的三维坐标为：

X＝SsinZcosα

Y＝sinZsinα

Z=ScosZ

上述计算结果立即显示在全站仪的显示屏上，并可记录在袖珍计算机中。按照测量误差理论，从上述计算式可求得三维坐标法放样的精度为:

Mx2=ms2s inz2cosα2+s2cosz2cosα2mz2/ρ2+s2sinz2sinα2.mα2/ρ2

MY2=ms2sinz2sinα2+s2cosz2sinα2.mz2/ρ2+s2sinz2cosα2.mα2/ρ2

MH2=ms2cosz2+s2sinz2.mz2/ρ2,ρ=206 265〃

采用精度为mz=mα=2、ms=土1mm+2×10-6s的全站仪，当测站至放样点的距离为10—30m时，MX、MY、MH的精度均可高于土1mm。

为验证上述分析，对实际放样点的精度进行了检测。采用ME3000高精度测距仪，测量了放样点间的相对距离，与理论值比较，验证了放样点的平面位置精度MP≤土2mm；同样对放样点高程与等级水准测量的结果进行了比较，均优于土2mm。

2.2 临时控制点的放样以上已建立了用于放样9根主经杆的控制点，这样就便于控制指挥9根主经杆沿球的切线方向和法线方向安装就位。但除了9根主经杆以外，还需安装63根次经杆，这63根次经杆也同样要求有相应的临时控制点来指挥安装就位。当然，如果再按前面所述的方法来建立63个控制点，其工作量很大，也没有必要。

3 钢结构球体网架安装步骤

3.1 先在地面将经向杆件在胎模上预拼装成大约6.5m长的构件，球体经向杆件分成5—6段。自支座起向上逐条安装。安装时，在6层以下部位以外脚手架为主支撑，用手拉葫芦将预拼的经向杆件吊起、就位。

3.2 安装第一根经向杆时，须待4层(+23．90m)砼浇筑完成，在该层砼板侧向设置预埋件，以便经杆安装时作固定支撑点。用脚手钢管、扣件组成空间桁架固定经杆上部。

3.3 通过测量仪器确定系统经杆端点的空间位置后，固定经杆，依次烧焊端顶之纬杆。端顶纬杆焊完围成圈后，复测第一层经杆及端顶纬杆之空间位置，合格后可进行端顶至支座之纬杆并开始安装第二根经杆，以后逐层向上安装。

3.4 球体构架安装至6层时，需搭设满堂脚手架来临时固定经杆及焊接安装。因6层至球体构架距离较远及脚手钢管固定经杆强度及稳定性不够，故采用10#—20#槽钢双拼组成临时支撑杆进行经杆固定。

3.5 第三段经杆用槽钢固定在5层钢筋混凝土楼板外沿，第四、五段用槽钢固定在6层钢筋混凝土楼板及外沿处。

3.6 球体顶部第一节之经、纬杆在地面进行预拼成形。第六段经杆安装时，与第五段经杆连接采用点焊固定，然后利用塔吊将预拼的球体顶部第一节吊装就位，以球体顶部构件及第五段经杆对第六段经杆进行校正，校正完毕后满焊固定。

3.7 每段经向组装构件安装时采用专用夹具初步就位，在测量、复查合格后，用刚性连接零件点焊固定构件。

3.8 网壳由下而上逐段安装，内、外钢管脚手架、顶撑及斜撑、拉杆等配合工作同步跟上施工进度；

4 该球体结构建筑物施工放样的特点

4.1 实现全站仪与袖珍计算机的连接通信，实测数据可直接传输给计算机，避免了数据抄记、输入过程中的错误；

4.2 所有计算及平差全由袖珍计算机程序完成，大大减轻了人工计算的复杂性；

4.3 本项目每层所有的控制点(每层72点，共4层)成果均存入袖珍计算机，使用时只要输入点号就能调出三维坐标；

4.4 所有经、纬杆结点的放样坐标均存入袖珍计算机中，放样时，只要输人测站号、后视方向号及放样点号，就能调出相应的放样坐标及放样元素，以供直接放样，大大简化了外业步骤。

4.5 此施工放样与土建施工结合密切，所以放样中要求测量人员配合土建施工，加强自检、