鸟巢钢结构总测量方案.doc
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【国家体育场】[钢结构工程安装测量方案]
1.编制依据
序号
名称
编号
1
《工程测量规范》
GB50026-93
2
《工程测量规范条文说明》
GB50026-93
3
《钢结构制作安装施工规程》
YB9254-95
4
《钢结构工程施工质量验收规范》
GB50205-2001
5
《高层民用建筑钢结构技术规程》
JGJ99-98
6
《建筑工程施工测量规程》
DBJ01-21-95（参考）
7
《国家体育场施工组织设计》
2004年12月
8
《国家体育场钢结构施工质量验收标准》
QB/GJJT-GJCG-2005
9
《建筑变形测量规程》
JGJ/T8—97
10
《建筑钢结构施工手册》
11
《国家体育场钢结构工程主结构安装方案》
12
《国家体育场钢结构立面次结构及钢梯安装方案》
13
《国家体育场钢结构顶面次结构安装方案》
14
《钢结构施工控制测量实施方案》
15
施工设计图纸
2.工程概况
国家体育场看台的放射状混凝土框架结构与环绕它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离。
空间钢结构由24榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成，其中22榀贯通或基本贯通。
结构组件相互支撑、形成网格状构架，组成体育场整体的“鸟巢”造型。
工程±0.000标高相对于绝对标高为43.500m，钢结构屋盖呈双曲面马鞍型，南北向结构高度为40.746m，东西向结构高度为67.122m。
屋顶主结构均为箱型截面，上弦杆截面基本为1000mm×1000mm，下弦杆截面基本为800mm×800mm，腹杆截面基本为600mm×600mm，腹杆与上下弦杆相贯，屋顶矢高12.000m。
竖向由24根组合钢结构柱支撑，每根组合钢结构柱由两根1200mm×1200mm箱型钢柱和一根菱形钢柱组成，荷载通过它传递至基础。
立面次结构截面基本为1200mm×1000mm，顶面次结构截面基本为1000mm×1000mm。
钢结构现场组拼、安装精度要求高，精度控制实现难度大。
3.测量总部署
3.1测量工作是本工程钢结构施工的重要前提与保障。
测量工作的方法和精度直接影响到工程的质量与进度，因此对常规测量方法的优化，减小施测误差，提高施测精度，降低安装误差，保证钢结构的安装精确到位是本工程测量工作的重点。
3.2要通过测量工作监控钢构件安装过程，使测量精度与安装精度匹配，确保其安装误差控制在允许范围内，满足精度要求，确保工程质量。
测量人员要做到“审图细致，内业严谨，实操精准，勿省无遗”。
3.3现场测量工作包括：
建筑物平面控制网的加密及竖向传递；高程控制网的加密及其传递；桁架柱、桁架梁的位置、垂直度及标高的控制，钢构件（柱脚板、预埋件、锚梁板、支撑塔架等）的安装测控等。
4.测量准备
4.1人员准备
根据工程的特点及难点配备相应的管理人员，测量人员不少于4人，持证上岗。
4.2仪器准备
所有仪器设备都应有检定合格证，并按周期检定。
根据本工程的特点和工程放线的精度要求，配备能满足施工需要和精度要求的测量仪器，见附表4.2
表4.2主要测量仪器表
序号
仪器名称
型号
精度
台数
用途
检验
周期
1
电子全站仪
徕卡
2"
1mm+2ppm
1
平面控制网的建立及投递，垂直度及楼层水平位置观测
1年
2
经纬仪
光学
2"
2
安装测控
1年
3
水准仪
徕卡
±0.7m/km
±1.5m/km
2
柱体标高控制、高程传递
1年
4
钢尺
50m
2把
平面控制
高程传递
6月
备注
其它测量仪器
钢尺、墨斗、钢针、线绳、标板、温度计、水平尺、计算器、照明灯、对讲机等
4.3审核设计施工图纸。
4.4与总承包部测量大队进行测量基准点的复核和交接。
4.5根据北京的气候特点，对不同钢构件的几何尺寸、变形进行观测，掌握前期变形数据。
5.控制网布设及投递
5.1总控制网
钢结构施工控制网包括平面控制网和高程控制网。
具体布设方式及要求详见《国家体育场钢结构施工控制测量实施方案》。
5.1.1平面控制网
首级控制网由钢结构分部测量队布设钢结构施工控制网，设计精度为三等导线（见附图5.1.1）。
加密控制网按照钢结构分部测量队提供测量成果为依据进行一级导线加密。
附图5.1.1
5.1.2高程控制网
本工程施工高程控制网由钢结构分部测量队按二等水准网的精度进行设计提供（见附图5.1.2）。
附图5.1.2
5.2控制网的加密
虽然控制网已布设完毕，但并不能保证每一控制点均可直接用于施工，可用的控制点也不能满足所有区域施工测量的需要，因此在现有控制网基础上进行适当加密，使之能直接用于施工测量。
5.2.1平面控制网加密
5.2.1.1外环控制网加密
柱脚定位阶段，外环控制点距承台坑边较远，无法直接测量，因此在每个承台基坑边做一个加密控制点，并与外环首级控制网闭合。
5.2.1.2中、内环控制网加密
考虑顶面及内环主桁架及次结构安装定位需要，在土建第三层看台外侧及内环基坑边上，布设若干个加密点组成中、内环控制网。
点位位置可灵活布置，但要保证与控制网的内环、中环、外环通视，以便于联测。
中、内环控制网加密点在总承部测量大队正式提供内环首级控制网点测量成果后立即开始布设，确保在内环结构正式吊装前具备施焊条件。
平面加密网精度设计为一级导线。
具体精度要求详见本方案第八章8.1节内容。
（附图5.2.1）
附图5.2.1
5.2.2高程控制网加密
为满足顶面桁架安装用钢尺控制高度的需要，同时减少埋点工作量，高程网加密点选择与平面中环加密点共点，精度为四等水准（详见本方案第八章8.1节内容）。
5.3加密控制点标石
加密控制网标石直接在硬化地面采用水泥钉进行标识，四周采用钢管进行保护，并做好警示标识。
标识点坐标及高层定期进行复测，业主测量队及监理也应进行相应核验，以确保加密控制点数据的准确性。
如附图5.3所示：
附图5.3
6.钢结构施工测量
构件安装之前，先将构件设计坐标换算到施工坐标系中，铆工将构件上各控制基准点、线用色笔醒目标出。
测量人员随时检查构件的几何尺寸与设计值是否相符。
6.1柱脚拼装测量
6.1.1.1柱脚拼装胎架测量主要检查平整度和刚度。
平整度控制：
胎架支柱上部四点相对高差允许偏差为±3㎜。
（附图6.1.1.1）
附图6.1.1.1
6.1.1.2拼装过程控制
T形组合体吊装就位时，采用（附图6.1.1.2）方式对拼装垂直度和组对中心线偏差进行控制。
焊接过程中，通视条件不具备时，采用磁力线坠进行控制。
附图6.1.1.2
6.1.1.3拼装外形尺寸验收标准
表6.1.1.3柱脚拼装允许偏差
序号
检查项目
允许误差（㎜）
1
预拼装总长（高度）
±5.0
2
垂直度
H/1000，10
3
任意对角线之差
/2000，且≤8.0
4
中心线偏差
2.0
6.2柱脚安装测量
6.2.1施工前准备工作
6.2.1.1滑移路线定位
根据柱脚吊装施工方案要求，我们首先要定出滑移行走时轨道及提升架的支撑架的位置，以避免安装时出现大的偏差无法使构件就位（见图6.2.1.1示意）。
附图6.2.1.1
6.2.1.2首先采用水准仪对先前施工的每一个预埋钢板进行复测，并对四个角进行标高复测（见附图6.2.1.2）。
以实测的水平标高为依据通过过渡钢板厚度来调整，使四点达到统一的设计高程。
附图6.2.1.2
6.2.1.3预埋钢板位置允许偏差
表6.2.1.3预埋钢板位置允许偏差
项目
允许偏差（mm）
顶面标高
0
-3.0
水平度
L/1000
位置
10.0
6.2.2过程控制
主桁架柱脚施工分两步骤进行吊装施工。
第一步，锚梁板吊装；第二步，吊装柱脚主体，三角形箱体与锚梁板相对接。
6.2.2.1锚梁板平面控制线测放
第一步开始锚梁板的安装，首先采用全站仪以极坐标放样的方式放出锚梁板的四个角点准确位置，用墨线弹出做出明显标记，各条线的线端必须超出构件物边10cm左右，以便吊装时能检查锚梁板安装位置（见附图6.2.2.1）。
其次，在锚梁板的下端与基础控制线相对应位置画出明显标记。
附图6.2.2.1
6.2.2.2锚梁板就位
锚梁板上标记与基础控制线对齐后方可松钩，再利用千斤顶进行调整，使锚梁板上标记与基础控制线完全重合。
垂直度调整，选用两台经纬仪采用正倒镜方法，先瞄准锚梁板下部中心基准线，再扬起望远镜进行观测，看锚梁板中心与经纬仪的竖丝是否始终重合，如重合则说明锚梁板是垂直的，否则应重新调整（见附图6.2.2.2）。
锚梁板安装允许偏差参照柱脚标准，见表6.2.2.4。
附图6.2.2.2
6.2.2.3柱脚安装
首先在箱体下部平面上画出箱体与锚梁板对接时位置的标记，以避免吊装时的错位影响上部结构安装位置的校正。
箱体就位及垂直度控制与锚梁板过程一致（见附图6.1.2.3-1）。
附图6.2.2.3-1
最后利用全站仪以P4点及P4、P3延长线上任意一点（计算出设计坐标）进行坐标复核；再以A、B、C、D进行标高复核（见附图6.2.2.3-2）。
附图6.2.2.3-2
6.2.2.4柱脚安装允许偏差
表6.2.2.4柱脚安装允许偏差值
序号
检查项目
误差允许值
1.
柱脚中心线位置
±5mm
2.
柱脚标高
-8~+5mm
3.
柱脚垂直度
H/1000，且不大于5mm
4.
柱脚底板平整度
5mm
6.3支撑塔架安装测量
塔架在制作阶段，应标出构件截面中心线和标高控制线。
吊装前应用色笔明显标出。
6.3.1支撑塔架基础定位
根据支撑塔架设置位置、桁架平面投影布置和支撑塔架与桁架的位置关系，在平面内求出支撑塔架中心点及支撑塔架支柱的控制坐标（x，y）。
塔架安装偏差允许要求与正式结构验收标准相同。
6.3.2支撑塔架基础测量
6.3.2.1利用全站仪、钢卷尺和各点的控制坐标测设支撑塔架中心点。
6.3.2.2利用全站仪、钢卷尺和各点的控制坐标测设支撑塔架支柱中心点。
6.3.2.3在支撑塔架支座处画出支撑塔架的定位轴线。
6.3.2.4利用水准仪和已知的高程控制点测出基础各点标高。
6.3.3支撑塔架平面位置测量
6.3.3.1支撑塔架就位时支撑塔架支座中心线（附图6.3.3.1示意）必须与基础中心线找准，误差不超过1mm后方可松钩。
附图6.3.3.1
6.3.3.2用千斤顶调整塔架位置，使支撑塔架支柱底座中心线与基础中心线重合。
6.3.4支撑塔架标高测量
本工程塔架标高控制主要为塔架顶部标高。
测量方法如下：
6.3.4.1在地面或看台合适的位置安置水准仪，并从塔架顶部上悬挂钢卷尺至贴近地面的地方，钢卷尺的零点在下边，并在尺子下边配以拉力范围内的重锤，使钢尺呈铅直状态。
6.3.4.2在已知高程点（应该是本区内的临时水准点）上立尺，利用水准仪进行读数，设其读数为Z1，钢尺上读数为Z2，塔架顶部读数为Z3，则根据已知的高程值和Z1、Z2、Z3的值计算出塔架顶部的高程值。
6.3.5塔架垂直度测控
6.3.5.1在塔架支柱中心线的互相垂直的两条轴线上架设两台经纬仪。
（见附图6.3.5）
6.3.5.2先瞄准塔架下部已标注的中线标志，再扬起望远镜进行观测，如经纬仪的竖丝始终与塔架中心线重合，则说明柱子是垂直的，否则进行重新调整。
6.3.5.3待控制塔架垂直度调整完后，选其对角支柱对垂直度进行复测，如垂直度也满足规范要求，则塔架的垂直度满足要求，可进行下一节支撑塔架柱的安装。
否则应按偏差方向作相应调整。
6.3.5.4二节及以上各节支撑塔架安装时，首先应用经纬仪控制千斤顶调整上节支柱柱底中心线与下节支柱柱顶中心线重合，然后按上述测量控制方法逐节安装塔架。
6.3.5.5实测塔架顶的垂直度偏差，首先仰视柱子顶端的中心点，然后在俯视柱子底部中心点，若不重合，则投射出一点，量取该点至塔架底中心标志的距离，即是塔架的垂直偏差值。
6.3.5.6对塔架复测结束后，需在塔架顶上进行中心定位,作好十字线,并另作一条控制线，标记鲜明。
附图6.3.5
6.3.5.7为避免安装误差累积过大，确保塔架重心处在同一垂直线，安装时应按示意图a互相消减误差，避免如图a'情况发生。
（见附图6.3.5.7）
附图6.3.5.7
6.3.6塔架验收标准
塔架虽然只是临时支撑结构，实际施工时仍按照正式结构进行质量控制。
因此，吊装主要验收标准等同主体结构验收标准，在此不再详述。
6.4桁架柱安装测量
根据《国家体育场钢结构工程主结构安装方案》，桁架柱散件运至现场后按照深化图纸分成上下两段进行现场拼装，此项工作由构件制作厂家承担。
在吊装段拼装成形交付我方之前，制作厂家应报监理验收，并提供验收控制尺寸及测量方法。
监理单位验收合格后，我方对制作厂家提供的数据进行复核，重点对与安装息息相关的内容进行检测，误差在规范允许范围内时，构件予以接受。
此时桁架柱的内柱（菱形柱）与外柱之间的相对位置关系已经确定，因此吊装桁架柱时以内柱（菱形柱）为主要测量控制构件，同时通过两个外柱连接断面的三维坐标对安装精度进行校核。
6.4.1定位测量
6.4.1.1根据场内已建立的控制网，利用经纬仪或全站仪在柱脚上放样出桁架柱的定位轴线，标记鲜明。
6.4.1.2根据已有的高程控制点，用水准仪测出柱脚顶处的高程值，并明确标识。
6.4.2桁架柱标高测量
6.4.2.1标高测量控制点：
顶层柱以桁架下弦接口处中线上一点为标高控制点；下部各层柱以接口以下一米处中心线上的点为标高测量控制点。
6.4.2.2在地面或看台合适的位置安置水准仪，并从塔架顶部上悬挂钢卷尺至贴近地面的地方，钢卷尺的零点在下边，并在尺子下边配以拉力范围内的重锤，使钢尺呈铅直状态。
6.4.2.3在已知高程点（应该是本区内的临时水准点）上立尺，利用水准仪进行读数，设其读数为Z1，钢尺上读数为Z2，塔架顶部读数为Z3，则可根据已知的高程值和Z1、Z2、Z3的值可计算出塔架顶部的高程值。
由此来指导标高校正过程。
6.4.3柱垂直度测量
6.4.3.1柱安装垂直度测量控制经纬仪布置如下图（附图6.4.3.1）。
附图6.4.3.1
6.4.3.2经纬仪1和经纬仪2为柱安装时垂直度控制设备，经纬仪3和经纬仪4为垂直度复核设备。
6.4.3.3根部柱垂直度测量：
先（经纬仪1和经纬仪2双向）瞄准基础定位轴线上的控制点，再扬起望远镜，观测柱子下部（基础标高以上）已标注的中线，调整根部柱使柱子中心线始终与经纬仪的竖丝重合，再向上扬起望远镜，观测柱子上部已标注的中线，调整柱使柱子中心线始终与经纬仪的竖丝重合，最后用经纬仪3和4对柱用同样的方法进行复核，如复核完全重合，则说明柱子是垂直的，否则根据偏差方向针对性微调。
6.4.3.4上部各层柱垂直度测量：
先（经纬仪1和经纬仪2双向）瞄准下节柱定位轴线上的控制点，再扬起望远镜，观测柱子下部已标注的中线，调整柱使经纬仪的竖丝始终与柱子中心线重合，再向上扬起望远镜，观测柱子上部已标注的中线，调整柱使柱子中心线始终与经纬仪的竖丝重合，最后用经纬仪3和4对柱用同样的方法进行复核，如复核没有问题，则说明柱子是垂直的，否则将进行重新定位。
6.4.3.5实测柱顶的垂直度偏差，首先仰视柱子顶端的中心点，然后在俯视柱子底部中心点，若不重合，则投设出一点，量取该点至柱底中心标志的距离，即是柱子的垂直偏差值。
6.4.3.6用全站仪测出内柱连接断面角点（与设计图纸对应）的三维坐标，并与设计坐标作比较，误差较大时，在规范允许范围内适当调整内柱的平面位置和垂直度，并将最终误差值及时反馈给构件制作厂家，对后续构件制作及拼装的公差作应调整。
6.4.4验收标准
表6.4.4桁架柱允许偏差值
项目
允许偏差
备注
柱底轴线对定位轴线偏移
<5.0mm
单节桁架柱中内柱垂直度
H/1000，且不大于10mm
塔架卸载前
桁架柱中内柱整体垂直度
<35mm
6.5桁架安装测量
安装测量内容主要包括内环桁架和主体桁架，内环桁架安装过程测量控制基本等同于主桁架。
6.5.1桁架标高控制
6.5.1.1.标高控制点的设置：
A点，桁架与柱的连接处桁架的下弦中心线上；B点，塔架上部桁架下弦中心线上；C点，塔架上部桁架下弦中心线上。
（见附图6.5.1.1）
附图6.5.1.1
6.5.1.2.分别在看台、高空合适的位置安置水准仪，并从钢桁架上悬挂钢卷尺至贴近地面的地方，钢卷尺的零点在下边，并在尺子下边配以拉力范围内的重锤，使钢尺呈铅直状态。
6.5.1.3.在看台已知高程点（应该是本区内的临时水准点）上立尺，利用水准仪进行读数，设其读数为d，钢尺上读数为c，相同的方法在高空平台上读得悬挂钢尺的值为b，则可根据A点设计高程计算出a的值，当高空平台上的水准尺读数为a时，尺子的零点即为该点设计标高位置，如附图6.5.1.3所示：
————A点为按设计高程的放样点
————B点为看台上的已知高程点
————b、c为钢卷尺上的读数
————a、d为水准尺上的读数
附图6.5.1.3
6.5.1.4.内环桁架的标高测量控制点设置在塔架上方桁架的下弦中心线上，采用上述同样的测量方法可测得各点的标高，以便安装控制。
6.5.1.5.用此方法测控的注意事项：
首先要保证钢卷尺的精度，并在实测过程中加入温度改正数，重锤的重量为5kg。
另外，要进行多次测量，取几次的最或然值。
6.5.2桁架垂直度测量
6.5.2.1外圈、中圈桁架垂直度测量选四处控制：
桁架两端和桁架的中部。
（附图6.5.2.3）
6.5.2.2内圈垂直度测量控制选桁架的端头。
6.5.2.3桁架垂直度测量：
在紧靠桁架上弦翼缘外侧吊下一重锤，通过钢尺测出垂线与桁架上、下弦中心线的距离，差值越小说明桁架越垂直，垂直度必须调整到规范允许范围内后方可最后固定。
附图6.5.2.3
6.5.3桁架安装轴线控制
6.5.3.1.利用全站仪将桁架的轴线定位点放样到看台上。
6.5.3.2.利用全站仪将看台上的轴线投射到塔架顶部并标识鲜明。
6.5.3.3.塔架顶部的定位轴线作为安装临时定位轴线。
6.5.3.4.在看台上设全站仪复测看台上的轴线与桁架中心线偏差是否允许范围以内，如在范围内，立即固定，反之，则需再次调整至允许值范围内为止。
6.5.3.5.内环桁架安装，桁架轴线（中心线）在端部标出，在看台上设全站仪复测看台上的轴线与桁架端部中心线偏差是否在允许范围以内。
如在，立即固定；反之，则需再次调整至允许值范围内为止。
附图6.5.3
6.5.4质量验收标准
主结构卸载后，主桁架的高程及平面位置将有较大变化，下表所示误差允许值只是在安装过程的精度控制。
表6.5.4主桁架安装允许偏差值
项目
允许误差
备注
跨中垂直度
h/250，且不大于15㎜
主控项目
侧向弯曲矢高
L/1000，且不大于50㎜
主控项目
主桁架跨度
+5㎜，-10㎜
一般项目
主桁架两端设计相对
高差偏差值△
＜L/1500，且不大于10㎜
规范没有明确条文，本条参照单层结构钢梁允许误差
6.6次结构安装测量
6.6.1施测顺序
在主结构柱脚先行安装的同时进行次结构的后续跟进安装。
次结构的柱脚独立安装后，参照主结构与次结构接口控制坐标和次结构本身端部坐标，以及次结构与次结构接口控制坐标进行施测。
6.6.2测设方法
在进行次结构柱脚、排水柱柱脚、楼梯柱柱脚的吊装前，首先用水准仪检查基础埋件标高是否与设计相符，再用全站仪依据设计坐标放出次结构柱脚、排水柱柱脚、楼梯柱柱脚的基础平面位置线。
构件在加工制作时构件的棱线交点已不存在，所以我们必须找出构件的a、b、c、d四个中点（如图6.6.2-1）。
附图6.6.2-1
安装构件时在原安装完构件上利用全战仪采用三维坐标的方式放出相应的a、b、c、d的四个坐标点，并用红油漆做明显标记，以便在吊装时四点相符重合（如图6.7.2-2）。
附图6.6.2-2
附图6.6.2-3
在测站上设置仪器进行复测,要尽可能让仪器能观测到构件同一截面上的4条中线上的2－3个坐标点,另1－2个坐标点可搬到另一测站上用同样的方法测出。
所测杆件截面上的控制点在验收标准允许误差范围之内时,方可进行焊接，其余杆件中线特征点的测设原理同上。
6.6.3楼梯、平台、马道安装测量
楼梯、平台、马道安装过程中，测量人员主要对平台支柱的垂直度，平台梁的水平度及平台的高度进行控制。
测控方法较为简单、常规，下表列出安装允许误差值。
表6.6.3楼梯、平台、马道安装的允许偏差
项目
允许误差
平台高度
±15.0mm
平台梁水平度
l/1000,且不大于20.0
平台支柱垂直度
H/1000,且不大于15.0
承重平台梁侧向弯曲
l/1000,且不大于10.0
承重平台梁垂直度
h/250,且不大于15.0
7.变形监测
7.1变形监测内容及任务划分
本工程屋架结构体系新颖，施工过程特殊，因此施工过程中的变形监测是一项非常重要的工作，主要包括以下内容：
²主体结构基础沉降观测；
²吊装阶段主体结构变形监测；
²主体结构整体卸载过程变形监测；
²次结构吊装过程中主体结构变形监测；
²支撑塔架基础沉降观测；
²支撑塔架在吊装、承载及卸载过程中变形监测；
²受温度变化影响及焊后收缩结构整体变形；
除支撑塔架在吊装及卸载过程中的变形监测由我方承担，其他监测内容均由业主直接委托第三方测量单位进行全面监控。
所有的变形监测需要各单位的通力配合，测量数据需及时通报各职能单位，使得本工程整个施工过程能真正处于受控状态下。
7.2支撑塔架监测
7.2.1支撑塔架吊装阶段变形监测
塔架吊装阶段监测的重点是塔架垂直度。
塔架吊装的过程也正是垂直度监控的过程。
塔架吊装过程一旦发现塔架整体或单节垂直度偏差超过规范允许值，立即将测量数据报送项目部技术管理人员，为如何采取必要措施提供数据依据。
7.2.2支撑塔架承载及卸载过程中变形监测
支撑塔架承载、卸载过程的变形监测重点仍然集中在垂直度的监测。
现场主要采用经纬仪进行监测。
在塔架承载过程中，按照主桁架吊装的顺序对每个塔架的垂直度进行监控。
监测方法同塔架吊装过程垂直度测量方法（详见本方案6.3章节）。
在主体结构整体卸载之前，将所涉及的塔架的垂直度全部复测一遍。
有偏差超规范允许值的，立即报项目部技术部门以便根据偏差
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