花瓣形大剧院异形抗风桁架三维空间测量定位技术改进
中铁十七局集团建筑工程有限公司李斌
一、工程概况
晋城市文化艺术中心工程位于凤台东街北侧，文化路东侧，总建筑面积㎡，地上建筑面积.1㎡，地下建筑面积.9㎡。南北部结构形式为：主、次双向平面桁架、环向空间立体桁架、立面空间抗风桁架、以及水平支撑和系杆组合而成的结构体系。桁架整体呈倒梯型，桁架水平段悬挑端上扬，上扬最高点标高为28.5m，桁架全长约为39.6m；下部桁架共12榀，最高处标高为27.32m，桁架全长约为24.57m。上部边桁架及下部立桁架由三根规格Φ×8mm、的主弦杆，与规格Φ89×4mm、Φ76×4mm、的腹杆组成空间桁架体系。上部中心桁架由两根Φ×7mm的主弦杆，与规格Φ×5mm、Φ89×4mm、Φ76×4mm、的腹杆组成单排桁架体系，综合考虑选用吨、.75、25吨汽车吊，进行配合安装，BIM效果见图1。
二、传统施工技术
传统施工方法为：在地面标识轴线控制点用铅直仪引测至操作平台，在操作平台上轴线标高控制点控制主桁架安装，主桁架安装完成即可定出次桁架的上下端点。桁架安装就位后，应对其进行直线度和垂直度的校正，将经纬仪架设在弹好的墨线上，转动经纬仪的望远镜，将桁架的直线度和垂直度校正到规范允许范围内。标高控制均采用水准仪抄平和钢卷尺垂直量距方法进行控制，在底层将标高引测至某一垂直并无障碍的立面，采用50m钢卷尺量距，将标高引至支撑顶端，然后在支撑上采用水准仪抄平控制桁架下端标高，次桁架上端标高即根据主桁架实际标高确定。
三、本技术创新点
本技术难点为：桁架结构外倾，上部悬空，需要在屋顶建立高精度的高程平面控制系统，定位测量难度大；桁架定位坐标内业计算量大，并且需要与外业施测数据相互转换，为现场施工提供参考；施工环境复杂，变化大，特别是屋顶，施工环境与地面差异大，一般风力比下部大1-2级，因日照温差影响，应选择有利的观测条件和观测时间，一般为清晨或者傍晚，减少阳光对观测的影响，阴雨天气能见度低，给空中测量精度带来了很大影响；施工工期紧，要求测量工程必须迅速、准确，不能因为测量数据的不准确或延误造成窝工、返工，施工中挑选施工测量经验丰富的测量管理人员进行控制，同时委派相关专家现场指导，以确保整个桁架空中定位测量控制的最终精度。
本技术主要创新点：①利用全站仪放样桁架特征点的地面投影线，根据投影线设拼装台架，根据放样点位，吊桁架弦杆腹杆，并进行临时固定，弦杆安装过程中，不得进行强制装配。②采用三维模型提取坐标，在桁架拼装过程中可以随时监测安装轴线与标高偏差，随时进行调整，直至复核设计及规范要求。③施工过程中进行挠度测量，为施工提供依据，发现问题时及时会商解决。④形成了一套从内业数据计算到外业空中三维空间坐标定位测量技术。
四、关键技术
4.1施工顺序
搭设胎架→首榀主桁架安装，在支撑架定位、临时固定 →依次安装4榀主桁架、次桁架配套安装→安装周边环形倒三角形桁架，临时支撑架定位，临时固定→形成基准单元、以此为基础，依次安装钢柱、钢梁 →安装屋面钢柱、钢梁→桁架胎膜卸载
本工程临时操作平台用量较多，且各吊装单元之间不可循环利用，因此采用*8mm螺旋管做临时支撑。临时支撑平台设置在轴线交点处的柱顶。支撑顶部设置HXX6.5X9型钢，经验算及现场桁架位置确认，上部水平桁架需设立2道临时支撑。见图2。
螺旋管每段为9m、8m、7m，4道支撑长度约为m，共需12节螺旋管。首先将加工厂运输至现场的*8mm标准螺旋管根据现场实际情况下料。用全站仪定位临时支架安置位置，准确定位临时支架处于三个主桁架的受力平衡点。
组装螺旋管：将下料后的螺旋管组装成单根21.74m长螺旋管，通过工字钢将螺旋管组装成整体，因单排螺旋管直立21.74m长细比达不到要求，通过在圆管底部焊接东西通长8m及南北向各一根6m工字钢增加柱脚面积；柱脚增加抗剪件（工字钢）以此达到放大柱脚增加稳定性；在螺旋管12米处焊接**20吊耳，通过吊耳拉设14钢丝绳为缆风绳。顶部为mm工字钢，上部工字钢悬挑出3m，在2.5m支撑位置与圆管相接处加设劲板，防止因上部荷载太大导致钢管变形。钢管中间每隔4m设一道工字钢。在标高22.00m处同看台处拉设4道支撑，增加上部稳定性，在支撑中部增加缆风绳，底部通过加大柱脚增大下部稳定性。将主桁架通过现场胎架拼装完成的桁架通过吨汽车吊安放至提前制作好的支座处，通过临时支撑撑住悬挑出的桁架。在临时支撑上部焊接工字钢，工字钢端头通过工字钢与临时支撑拉设斜撑，达到上部工字钢两端承受重量，通过调节千斤顶来调整上部桁架标高。三榀主桁架为一个单元体，整体吊装至桁架支座处及临时支架处，其余三榀主桁架同上述桁架吊装方案相同，以此进行。
在抗风桁架柱上部边桁架处设置临时支撑依次将此桁架安装完成；安装完成后通过吨汽车吊将抗风桁架柱依次连接；剩余部分桁架同上述方法依次安装。
以下关键技术暂时保密，由于要往上继续报奖，请理解。
4.2三维定位测量
4.2.1建立三维控制网
4.2.2倾斜桁架的位移校正
4.2.3桁架拼装测量
4.2.4桁架安装定位与挠度测量
图3观测点位布置图五、实际效果
5.1经济效益
晋城市文化艺术中心工程由于采用三维空间定位测量控制技术，保证了抗风桁架各节点的安装精度，使得顶部桁架空中三维安装合拢过程完美对接，桁架整体安装效果显著。由于质量保证避免返工及工期提前至20天，节约直接成本与间接成本10万元。
5.2社会效益
该技术使用简单、安装精度可靠性高，提高了安装效率，确保了外围幕墙相应后续工序的顺利施工。由于采用该技术，不仅取得了较好的质量效果与工期成本，也产生了良好的社会经济效益，为今后抗风桁架施工提供了借鉴经验。
六、结束语
晋城市文化艺术中心工程整体外形为花瓣形，是晋城市的又一大地标性建筑，其南北采用桁架结构，施工难度大，整体悬空，对其安装重点、难点进行分析，提出采用三维空间定位控制测量方法，最终达到安装所需的高精度要求，在施工质量、工期、成本取得了良好效果，为以后的类似施工留下了宝贵的经验。
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