工程建筑物的施工放样.ppt

第六章工程建筑物的施工放样 老师的联系方式 电子邮件 Email xzzhang QQ 19844268 工程建筑物的施工放样 6 1概述6 2建筑限差和精度分配6 3常用施工放样方法 基本的测设工作 6 4特殊施工放样方法6 5曲线测设6 6施工放样一体化 6 1概述 施工放样的任务是将图纸上设计的建筑物 构筑物的平面位置和高程按设计要求 以一定的精度在实地标定出来 作为施工的依据 放样的结果是得到实地上的标桩 标桩定在哪里 庞大的施工队伍就在哪里进行挖土 浇捣混凝土 吊装构件等一系列工作 如果放样出错且没有及时纠正 将会造成极大的损失 当工地上有好几个工作面同时开工时 正确的放样是保证它们衔接成整体的重要条件 由此可见 工程测量工作者责任重大 应该采取有效措施杜绝工作中的一切错误 并保证施工所需的精度 在放样前 测量人员首先要熟悉建筑物的总体布置图和细部结构设计图 找出主要轴线和主要点的设计位置 以及各部件之间的几何关系 再结合现场条件 控制点的分布和现有的仪器设备 确定放样的方法 测绘与测设的区别SurveyingandStakeout 测绘 地面图上测设 图上地面 测设 测绘 6 2建筑限差和精度分配 6 2 1建筑限差工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工之后实际位置相对于设计位置的极限偏差 通常对其偏差的规定是随建筑材料 施工方法等因素而改变 按精度要求的高低排列为 钢结构 钢筋混凝土结构 毛石混凝土结构 土石方工程 按施工方法分 预制件装配式的方法较现场浇灌式的精度要求高一些 钢结构用高强度螺栓连接的比用电焊连接的精度要求高 对一般工程 混凝土柱 梁 墙的施工总误差允许约为10 30mm 对高层建筑物轴线的倾斜度要求高于1 1000 1 2000 钢结构施工的总误差随施工方法不同 允许误差在1 8mm之间 土石方的施工误差允许达10cm 对特殊要求的工程项目 其设计图纸都有明确的限差要求 6 2建筑限差和精度分配 6 2 2精度分配及放样精度要求对于相当多的工程 施工规范中没有具体的测量精度的规定 这时先要在测量 施工 施工制造几方面之间进行误差分配 然后才可知测量工作应具有怎样的精度 设设计允许的总误差为 允许测量工作的误差为 1 允许施工产生的误差为 2 允许加工制造产生的误差为 3 如果还有其他重要的误差因素 则再增加项数 若假定各工种产生的误差相互独立 则可写出 式中只有 是已知的 1 2 3都是待定量 在精度分配处理中 一般先采用 等影响原则 忽略不计原则 处理 然后把计算结果与实际作业条件对照 或凭经验作些调整 即不等影响 后再计算 如此反复直到误差分配比较合理为止 6 2建筑限差和精度分配 根据等影响原则 假定 1 2 3 则 由此求得的 1是分配给测量工作的最大允许偏差 通常把它当作测量的极限误差来处理 从而根据它来制定测量方案 由 等影响原则 配赋给各方面的允许误差是相同的 这种等量配赋 在实际工作中有时显得不太合理 可能对某方面说来显得太松了 而对另一方面却显得太紧了 因此常须结合具体条件或凭经验作些调整 以求配赋合理 只要求最终各方面误差的联合影响不超限 6 2建筑限差和精度分配 以上我们讨论了 等影响原则 而另一种误差分析时采用的方法是 忽略不计原则 若某项误差由m1和m2两部分组成 即其中m2影响较小 当m2小到一定程度时可以忽略不计 即认为M m1 设 通常取k 3时 M 1 05m1 m1 因而可认为M m1 在实际工作中通常把作为可把m2忽略不计的标准 6 2建筑限差和精度分配 建筑限差按不同的建筑结构和用途 应遵循我国现行标准执行 如 1 混凝土结构工程施工及验收规范 2 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程 3 建筑安装工程施工及验收技术规范 等 特殊要求的工程项目 应根据设计对限差的要求 确定其放样精度 6 3常用施工放样方法基本的测设工作BasalTaskofSettingout 概述 Introduction 施工测量 把图纸上设计好的建 构 筑物位置 包括平面和高程位置 在实地标定出来的工作 即按设计的要求将建 构 筑物各轴线的交点 道路中线 桥墩等点位标定在相应的地面上 这项工作又称为测设或放样n SettingOut 待测设的点位是根据控制点或已有建筑物特征点与待测设点之间的角度 距离和高差等几何关系 应用测绘仪器和工具标定出来的 因此 测设已知水平距离 测设已知水平角 测设已知高程是施工测量的基本工作 Introduction Theseembraceallthesurveyworkrequiredbefore duringandafteranyengineeringworks Beforeanyworksarestartedlarge scaletopographicalmapsorplansarerequiredasabasisfordesign Theproposedpositionofanynewitemofconstructionmustthenbemarkedoutontheground bothinplanandheight anoperationgenerallytermedsettingout andfinally asbuilt surveysareoftenrequired 6 1测设已知水平距离的方法SettingoutofHorizontalAngle 测设已知水平距离 是从地面一已知点开始 沿已知方向测设出给定的水平距离以定出第二个端点的工作 根据测设的精度要求不同 可分为 一般方法 CommonlyMethod 精密方法 PreciseMethod 6 1 1用钢尺测设已知水平距离1 一般方法在地面上 由已知点A开始 沿给定方向 用钢尺量出已知水平距离D定出B 点 在起点A处改变读数 同法测量已知距离D定出B 点 由于量距有误差 B 与B 两点一般不重合 其相对误差在允许范围内时 则取两点的中点B作为最终位置 AB B D B 例 如图 6 1 所示 欲测设水平距离 AB 所使用钢尺的尺长方程式为 测设时的温度为 5 C AB 两点之间的 高差为 1 2m 试求计算测设时在实地应量 出的长度是多少 解 根据精确 量距公式算出 3 项改正 尺长改正 温度改正 倾斜改正 则实地测设水平距离为 测设时 自线段的起点 A 沿给定的 AB 方向量出 S 定出终点 B 即得设计的水平距离 D 为了检核 通常再放样一次 若两次放样之差在允许范围内 则取平均位置作为终点 B 的最 后位置 A h 1 2m B D 60m 图 6 1 已知水平距离测设 6 1 2光电测距仪测设已知水平距离用光电测距仪测设已知水平距离与用钢尺测设方法大致相同 如图6 2所示 光电测距仪安置于A点 反光镜沿已知方向AB移动 使仪器显示的距离大致等于待测设距离D 定出B 点 测出B 点反光镜的竖直角及斜距 计算出水平距离D 再计算出D 与需要测设的水平距离D之间的改正数 D D D 根据 D的符号在实地沿已知方向用钢尺由B 点量 D定出B点 AB即为测设的水平距离D D AB B D D 6 2光电测距仪放样距离 6 2测设已知水平角的方法SettingoutofHorizontalAngle 测设已知水平角就是根据一已知方向测设出另一方向 使它们的夹角等于给定的设计角值 按测设精度要求不同分为 一般方法 CommonlyMethod 精确方法 PreciseMethod 6 2 1一般方法 当测设水平角精度要求不高时 可采用此法 即用盘左 盘右取平均值方法 如图6 3所示 设OA为地面上已有方向 欲测设水平角 在O点安置经纬仪 以盘左位置瞄准A点 置水平度盘读数为0 转动照准部使水平度盘读数恰好为 值 在视线方向定出B1点 然后用盘右位置 重复上述步骤定出B2点 取B1和B2中点B 则 AOB即为测设的 角 该方法也称为盘左盘右分中法 A O B 1 B B 2 图 6 3 一般方法测设水平角 6 2 2精确方法 当测设精度要求较高时 可采用精确方法测设已知水平角 如图6 4所示 安置经纬仪于O点 按照上述一般方法测设出已知水平角 AOB 定出B 点 然后较精确地测量 AOB 的角值 一般采用多个测回取平均值的方法 设平均角值为 并测量出OB 的距离 按下式计算B 点处OB 线段的垂距B B 然后 从B 点沿OB 的垂直方向调整垂距B B AOB即为 角 如图6 3所示 若 0时 则从B 点往内调整B B至B点 若 0时 则从B 点往外调整B B至B点 6 3测设已知高程的方法SettingoutofElevation 1 水准仪法测设已知高程 根据已知点的高程 通过引测 把设计高程标定在固定的位置上 已知高程点A 其高程为HA 需要在B点标定出已知高程为HB的位置 方法是 在A点和B点中间安置水准仪 精平后读取A点的标尺读数为a 则仪器的视线高程为Hi HA a 由图可知测设已知高程为HB的B点标尺读数应为 b Hi HB将水准尺紧靠B点木桩的侧面上下移动 直到尺上读数为b时 沿尺底画一横线 此线即为设计高程HB的位置 在建筑设计和施工中 为了计算方便 通常把建筑物的室内设计地坪高程用 0标高表示 建筑物的基础 门窗等高程都是以 0为依据进行测设 因此 首先要在施工现场利用测设已知高程的方法测设出室内地坪高程的位置 a H i b HA HB A B 6 5已知高程测设 在地下坑道施工中 高程点位通常设置在坑道顶部 通常规定当高程点位于坑道顶部时 在进行水准测量时水准尺均应倒立在高程点上 如图6 6所示 A为已知高程HA的水准点 B为待测设高程为HB的位置 由于HB HA a b 则在B点应有的标尺读数 b HB HA a 因此 将水准尺倒立并紧靠B点木桩上下移动 直到尺上读数为b时 在尺底画出设计高程HB的位置 同样 对于多个测站的情况 也可以采用类似分析和解决方法 如图6 7所示 A为已知高程HA的水准点 C为待测设高程为HC的点位 由于HC HA a b1 b2 c 则在C点应有的标尺读数 c HC HA a b1 b2 B a b A 6 6高程点在顶部的测设 A C a b 1 b 2 c B 6 7多个测站高程点测设 当待测设点于已知水准点的高差较大时 则可以采用悬挂钢尺的方法进行测设 如图6 8所示 钢尺悬挂在支架上 零端向下并挂一重物 A为已知高程为HA的水准点 B为待测设高程为HB的点位 在地面和待测设点位附近安置水准仪 分别在标尺和钢尺上读数a1 b1和a2 由于 HB HA a b1 a2 b2 则可以计算出B点处标尺的读数 b2 HA a b1 a2 HB 同样 图6 9所示情形也可以采用类似方法进行测设 即计算出前视读数b2 HA a1 a2 b1 HB 再划出已知高程位HB的标志线 a 1 b 1 H A A a 2 b 2 B H B 图 6 8 测设建筑基底高程 b 2 a 2 H B B b 1 a 1 H A A 图 6 9 测设建筑楼层高程 2 全站仪无仪器高作业法测设已知高程 对一些高低起伏较大的工程放样 如 大型体育馆的网架 桥梁构件 厂房及机场屋架等 用水准仪放样就比较困难 这时可用全站仪无仪器高作业法直接放样高程 如图6 5所示 为了放样B C D 等目标点的高程 在O处架设全站仪 后视已知点A 设目标高为 当目标采用反射片时 0 测得O A的距离S1和垂直角 1 从而计算O点全站仪中心的高程为然后测得O B的距离S2和垂直角 2 并顾及上式 从而计算B点的高程为将测得的与设计值比较 指挥并放样出高程B点 从上式可以看出 此方法不需要测定仪器高 因而用无仪器高作业法同样具有很高的放样精度 A O S1 B S2 1 2 h2 h1 3 已知坡度线的测设 已知坡度线测设 就是在地面上定出一条直线 其坡度值等于已给定的设计坡度 在交通线路 管线等项工作中经常涉及到该问题 如图所示 设地面上A点的高程为HA AB两点之间的水平距离为D 要求从A点沿AB方向测设一条设计坡度为 的直线AB 即在AB方向上定出1 2 3 4 B各桩点 使其各个桩顶面连线的坡度等于设计坡度 i 倾斜视线 1 2 设计坡度 3 4 i B D 图 已知坡度线测设 AHA 具体测设时 先根据设计坡度 和水平距离D计算出B点的高程 HB HA D计算B点高程时 注意坡度 的正 负 在图中 应取负值 然后 按照前面所述测设已知高程的方法 把B点的设计高程测设到木桩上 则AB两点的连线的坡度等于已知设计坡度 为了在AB间加密1 2 3 4等点 在A点安置水准仪时 使一个脚螺旋在AB方向线上 另两个脚螺旋的连线大致与AB线垂直 量取仪器高i 用望远镜照准B点水准尺 旋转在AB方向上的脚螺旋 使B点桩上水准尺上的读数等于i 此时仪器的视线即为设计坡度线 在AB中间各点打上木桩 并在桩上立尺使读数皆为i 这样的各桩桩顶的连线就是测设坡度线 也可利用经纬仪 全站仪 定出中间各点 6 4测设点的平面位置的方法SettingoutofPlanePositionofPoints 点的平面位置测设 是根据已布设好的控制点的坐标和待测设点的坐标 反算出测设数据 即算出控制点和待测设点之间的水平距离和水平角 再利用上述测设方法标定出设计点位 根据所用的仪器设备 控制点的分布情况 测设场地地形条件及测设点精度要求等条件 可以采用以下几种方法进行测设工作 n极坐标法PolarCoordinatesMethodn直角坐标法RectangularCoordinatesMethodn角度交会法AngleIntersectionMethodn距离交会法DistanceIntersectionMethodn十字方向线法PerpendicularReticuleMethod 6 4 1直角坐标法直角坐标法 是建立在直角坐标原理基础上测设点位的一种方法 当建筑场地已建立有主轴线或建筑方格网时 一般采用此法 如图6 10所示 A B C D为建筑方格网或建筑基线控制点 1 2 3 4点为待测设建筑物轴线的交点 建筑方格网或建筑基线分别平行或垂直待测设建筑物的轴线 下面以测设1 2点为例 说明测设方法 首先计算出A点与1 2点之间的坐标增量 即 xA1 x1 xA yA1 y1 yA在A点安置经纬仪 照准C点 沿此视线方向从A沿C方向测设水平距离 yA1定出1 点 再安置经纬仪于1 点 盘左照准C点 或A点 转90 给出视线方向 沿此方向分别测设出水平距离 xA1和 x12定1 2两点 同法以盘右位置定出再定出1 2两点 取1 2两点盘左和盘右的中点即为所求点位置 同法 测设3 4点的位置 检查时 可在已测设点上架设经纬仪 检测各个角度 或丈量各条边长 如果待测设点位的精度要求较高 可以利用精确方法测设水平距离和水平角 B D 2 x 2 y 2 4 x 4 y 4 1 x 1 y 1 3 x 3 y 3 A 1 C 6 10直角坐标法测设点位 6 4 2极坐标法极坐标法 是根据控制点 水平角和水平距离测设点平面位置的方法 在便于钢尺量距情况下 采用此法较适宜 精度也较高 如图6 11 A xA yA B xB yB 为控制点 1 x1 y1 2 x2 y2 点为待测设点 根据已知点和测设点坐标 按坐标反算方法求出测设数据 即 D1 D2 1 A1 AB 2 A2 AB 360 测设时 经纬仪安置在A点 后视B点 置度盘为零 按盘左盘右分中法测设水平角 1 2 定出1 2点方向 沿此方向测设水平距离D1 D 则可在地面标定出设计点位1 2两点 检核时 可以采用丈量实地1 2两点之间的水平边长 并与1 2两点设计坐标反算出的水平边长进行比较 如果待测设点的精度要求较高 可以利用前述的精确方法测设水平角和水平距离 2 N1 D 1 D 2 1 2 A B 6 11 极坐标法测设点位 6 4 3角度交会法角度交会法 是在控制点上分别安置经纬仪 根据水平角交会定出点位的方法 此法适用于测设点离控制点较远或量距有困难的情况 如图6 12所示 根据控制点A B和测设点1 2的坐标 反算测设数据 A1 A2 B1和 B2角值 将经纬仪安置在A点 瞄准B点 利用 A1 A2角值按照盘左盘右分中法 定出A1 A2方向线 并在其方向线上的1 2两点附近分别打上两个木桩 俗称骑马桩 桩上钉小钉以表示此方向 并用细线拉紧 然后 在B点安置经纬仪 同法定出B1 B2方向线 根据A1和B1 A2和B2方向线可以分别交出1 2两点 也可以利用两台经纬仪分别在A B两个控制点同时设站 交会出1 2两点 检核时 可以采用丈量实地1 2两点之间的水平边长 并与1 2两点设计坐标反算出的水平边长进行比较 2 1 A1 A2 B1 B2 A B 6 12角度交会法测设点位 6 4 4距离交会法距离交会法 是从两个控制点利用两段已知距离进行交会定点的方法 当建筑场地平坦且便于量距时 用此法较为方便 如图6 13所示 A B为控制点 1点为待测设点 首先 根据控制点和待测设点的坐标反算出测设数据DA和DB 然后用钢尺从A B两点分别测设两段水平距离DA和DB 其交点即为所求1点的位置 同样 2点的位置可以由附近的地形点P Q交会出 检核时 可以实地丈量1 2两点之间的水平距离 并与1 2两点设计坐标反算出的水平距离进行比较 2 1 D B P Q D A A B 6 1 3 距离交会法 测设点位 6 4 5十字方向线法十字方向线法 是利用两条互相垂直的方向线相交出待测设点位的方法 如图6 14所示 设A B C及D为一个基坑的范围 P点为该基坑的中心点位 在挖基坑时 P点则会遭到破坏 为了随时恢复P点的位置 则可以采用十字方向线法重新测设P点 首先 在P点架设经纬仪 设置两条相互垂直的直线 并分别用两个桩点来固定 当P点被破坏后需要恢复时 则利用桩点A A 和B B 拉出两条相互垂直的直线 其交点即可重新定出P点 为了防止由于桩点发生移动而导致P点测设误差 可以在每条直线的两端各设置两个桩点 以便能够发现错误 B A PA B 6 14 十字方向线法测设点位 6 4 6全站仪坐标测设法全站仪不仅具有测设精度高 速度快的特点 而且可以直接测设点的位置 同时 在施工放样中受天气和地形条件的影响较小 从而在生产实践中得到了广泛应用 全站仪坐标测设法 就是根据控制点和待测设点的坐标定出点位的方法 首先 仪器安置在控制点上 使仪器置于测设模式 然后输入控制点和测设点的坐标 一人持反光棱镜立在待测设点附近 用望远镜照准棱镜 按坐标测设功能键 全站仪显示出棱镜位置与测设点的坐标差 根据坐标差值 移动棱镜位置 直到坐标差值等于零 此时 棱镜位置即为测设点的点位 为了能够发现错误 每个测设点位置确定后 可以再测定其坐标作为检核 2 1 A 全站仪坐标测设法 设A B为已知点 P为待放样点 其设计坐标为已知 极坐标法的两个放样元素 和S是由A B P三点的坐标反算求得 A B P S 6 5铅垂线放样 建造高层建筑 铁塔 烟囱 电梯井 地下铁道竖井等高耸建筑物或深入地下的建筑物时 需要保证建筑物的垂直度 因而就需要放样铅垂线 目前大多采用以下三种方式来放样铅垂线 1 经纬仪 弯管目镜法只要将通常所用的经纬仪 全站仪或激光经纬仪 卸下目镜 装上弯管目镜如图所示 望远镜的视线就可以指向天顶 实际操作时 通常使照准部每旋转90 向上投一点 这样就可得到四个对称点 取其中点为最终结果 就可提高投点精度 这种方法由于可利用现有仪器 只需配一个弯管目镜即可实现 因而目前在高层建筑的施工中用得最多 6 5铅垂线放样 2 光学铅垂仪法光学铅垂仪是专门用于放样铅垂线的仪器 如图所示为日本索佳公司出的PD3型铅垂仪 它有两个相互垂直的水准管用于整平仪器 仪器可以向上或向下作垂直投影 因此有上下两个目镜和两个物镜 垂直精度为1 40000 光学铅垂仪还有瑞士徕卡公司出的型号为WILDNZL WILDZL等 垂直精度为1 30000 1 200000 6 5铅垂线放样 3 激光铅垂仪除了以上光学铅垂线以外 目前还有高精度激光铅垂仪 如图所示 为日本索佳公司出的LV1型激光铅垂仪 仪器可以同时向上和向下发射垂直激光 所以用户可以很直观地找到它的垂直投影点 垂直精度为1 30000 6 6刚体的放样定位 一个刚体在三维空间中有六个自由度 即三个平移量X Y Z和分别绕x y z轴旋转的三个量 x y z 要确定刚体在三维空间中的位置 也就是要固定这六个自由度 假如有一个方案 计划采用多种测量仪器和方法 它们提供的定位数量多于六个 但是如果有些方法只是重复测定某些定位元素 而仍有某个定位元素未被测定 这样刚体还具有自由度 仍可移动或转动 则这个测量方案显然是错误的 又如用多种测量方法重复测定某个定位元素 一方面 这些重复测定可提供校核 防止发生粗差 但另一方面由于测量误差的存在 不同方法测定的结果之间必然会产生矛盾 如何处理这些矛盾 我们可将六个定位元素作为目标函数对诸测量方法作误差分析 然后对同一定位元素的诸方法进行比较 选出精度最好的那一种方法为基本的放样方法 其它方法作为校核 6 6刚体的放样定位 1 如果刚体有一个水平的底面 则可以利用图所示的可调节螺杆放样三个高程点 这三个点的平面位置是任意的 只要位于刚体底面范围内就行 见图 把刚体吊装就位 底面搁在这三个点上 该刚体的Z x y三个定位元素就达到设计要求了 为了能承受物体的重压 必须采取适当措施来保护这三个放样出来的高程点 不致在吊装就位时改变其高度 简言之 三个高程点可决定三个元素Z x y 2 如果刚体有一个光滑的水平的顶面 则可以用水准器决定 x y两元素 一般采用机械安装上常用的方框水准器 按精度要求可选择不同格值的水准器 如6 10 20 30 1 等等 首先把水准管轴调整得与其底面平行 然后把这水准器放在物体的顶面上 按气泡指示调整物体 一直到顶面水平为止 顶面达到设计所规点的水平状态表示物体的 x y元素已正确安置 6 6刚体的放样定位 3 如果刚体很高 且能标出其竖轴 例如在上下两处用标志指出竖轴位置 则可用两架经纬仪投影 使竖轴放到铅垂位置 这意味着刚体的 x y元素已正确安置 4 采用定位销 设在叠在一起的两块钢板上钻了一个孔 另备一个定位销 当这两块钢板分离后重新叠在一起时 只要把销钉同时插入两板上的定位孔内 两板就精确地恢复原先的状态即定点叠在一起 见图6 18 通常板平放 所以用一个定位销可以实现X Y的精确定位 用两个定位销可以决定X Y和 z三个元素 从数学的角度看两个点可以决定四个元素 在这里 它除了能决定上述三个元素外 尚能决定两点之间的长度 刚体上两孔的间距和底板上两孔的间距总是一致的 所以用两个定位点只能固定三个自由度 如果能够把底板上的孔预先固定在设计的X Y Z上 即不仅平面位置 而且高度也在设计位置上 则两个孔可以决定五个定位元素 X Y Z及两个转角 还存在一个自由度就是刚体还可以绕两点的连线转动 6 6刚体的放样定位 5 方向线法定位 如图所示的刚体 在其表面刻划中心及方向线 就可以方便地用方向线法决定其中心点位置及轴线方向 从而可以把三个定位元素X Y z固定下来 如果先用方法1中所述的方法在底板上预先放样好三个高程点 可决定Z x y三个元素 再加上用方向线法定位 则刚体就定位到设计的空间位置上了 以上是一些常用的空间物体放样定位的方法 实际工作中可以从实际条件出发灵活地加以处理 但不管采用哪些方法 最终都必须把六个自由度完全确定 6 7特殊施工放样方法 对于一些特殊的工程 在其施工过程中 往往需要采取一些特殊的放样方法 如 1 为建造大佛 就需要采用摄影测量的方法 2 对超长型跨海大桥工程 其定位就必须采用网络RTK法放样 3 而对某些不规则的建筑 可综合一些常规技术进行三维坐标法放样等特殊放样方法 下面结合一些实例来加以阐述 例1 香港宝莲寺天坛大佛施工中的特殊测量放样 香港宝莲寺天坛大佛为露天青铜大佛 大佛外表呈古铜色 盘膝端坐在由20块青铜铸成的莲花瓣台上 佛像高23 2m 莲花座高26 6m 最大外围直径约为18m 佛像外壁由202块厚度约为1cm的各种造型的锡青铜壁板拼组焊接而成 为建造天坛大佛 雕塑家创造了一尊高约4 6m的1 5的大佛艺术原形 作为造型放大和工程建造的依据 大佛施工采用分块造型铸造技术 主要工艺过程为 首先塑造1 5的泥塑石膏小样 再对小样按坐标面等间距打格网线 测绘每个分块壁板型面曲线图 放大制模 分块壁板铸造 现场拼接安装 其中测绘每个分块壁板的型面曲线图是测量的主要任务 由于所处理的信息大部分是格网信息 采用近景摄影测量方法既体现了近景摄影测量方法的优点 又发挥了计算机辅助制图技术 当然还要用到精密控制网的布设与计算 精密工程空间放样技术等 例1 香港宝莲寺天坛大佛施工中的特殊测量放样 1 控制与摄影根据大佛放样的精度要求和现场具体情况 本工程采用全野外像片控制 首先在1 5佛像艺术原形周围建立像体坐标控制系统 该系统纳入 佛像坐标系 如图6 19 然后用前方交会法测定了均匀分布于模型各部分 用专门标志设置的纵 横剖面线交点共40余个 作为摄影测量内业处理的像控点 使用全能摄影经纬仪UMK10 1318分别在像四周进行正直摄影 基距比约为1 4 1 5 对佛像的头 手等重要部位还进行了较近距离的专门拍摄 例1 香港宝莲寺天坛大佛施工中的特殊测量放样 2 放样造型 制模 1 从1 5佛像艺术原形到完成1 1的青铜大佛 首先必须制作一个严格忠于1 5艺术原形的1 1实大模型 用其翻制阴模用于铸造 2 放样造型需要足够多的忠于1 5原形的数据和图纸 在数据和图纸的控制下使造型准确和简单 同时能实现将放大后的造型按一定的单元分解 在工艺上保证其各分解后的单元的误差与变形能达到重新组合时忠于1 5原形的艺术效果 同时还要考虑在狭小的场地上的施工作业面 能保证更多的人员投入工作 便于使工艺过程流水作业 为此在大佛造型中采用了立体摄影测量技术的经验和一整套控制测绘技术 3 将佛像按X Y Z坐标的一定间隔 分割为若干层 若干块 每块具有佛像的一个或多个型面 称为箱式模块 控制测量提供每个模块的制造尺寸和控制每块型面剖面制作的四周和中间纵或横剖面线 按型面复杂情况及雕塑人员准确再现此型面的需要 决定剖面线的数目与方向 对每一个模块设计一种框架结构 它能保证每块模块具有分割时设计的准确尺寸并具有保证其形状的足够强度 其型面采用能迅速凝固 并具有一定强度的石膏材料一次成型 箱式模块按其四角坐标在统一的佛像坐标系内精确拼装 在完成型面造型后可分解 直接用于翻制铸造用的阴模 例1 香港宝莲寺天坛大佛施工中的特殊测量放样 2 放样造型 制模 4 在考虑制造工艺的需要与可能的情况下 如分块外型要考虑铸造中便于脱模 尽可能保持艺术形像的完整 同时也要顾及壁板受力情况与副支架的连接方案等进行分块 大佛表面共分为202块 全身脸部分块面积最大约4m 6m 左手小指头分块面积最小约0 5m 0 35m 一般身部每块面积为1 75m 3m 5 1 1石膏佛像模型制作完成后 大佛工程进入铸造阶段 其任务包括 1 1石膏模块 翻阴模 用树脂砂 锡青铜浇铸 砂箱浇铸和砂芯浇铸 锡青铜壁板的校形和加工 例1 香港宝莲寺天坛大佛施工中的特殊测量放样 3 壁板拼装 调整与检测此项工作是在建立的钢架三维控制网的基础上 以空间测边交会为主要测量手段 指导壁板角点准确安装到位 对脸部 手部 胸部 左右手的拼装 吊装到位和精调工作同时进行 确保关键性部位壁板安装位置准确无误 每层壁板拼装完成并调整后 对壁板角点坐标和安装特征线进行检测 壁板角点最终到位误差 不大于10mm时认为合格 安装结束后检测结果 经统计其平面坐标中误差为 8 7mm 高程中误差为 7 6mm 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 大型不规则场馆的施工放样 有别于一般建筑物的放样 一般来说 其占地面积较大 造型新颖 结构复杂 给施工放样造成的难度 要远高于一般建筑物 现以上海国际会议中心为例 阐述其放样过程 上海国际会议中心位于浦东的黄浦江畔 她是由两个大型球体与建筑连成一体 造型十分新颖 别致 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网壳 由9根主经杆和63根次经杆 以及22圈纬杆构成 钢结构呈穹隆型 并镶嵌玻璃幕墙 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 按设计要求 所有杆件节点位置要求误差不得超过 5mm 为确保明珠钢球满足设计要求 把此项误差当作极限误差 也就要求所有杆件节点位置的中误差控制在 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 拟定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 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 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 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 如图6 21 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 CR1 CR2 CR3 CR4四个位置设置仪器基座 用全站仪标定出4个仪器基座与加工轴线的关系 CR1 CR2 CR3 CR4 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 为保证各期控制网点位的相对精度 使各期控制网实现最佳吻合 在17 3m的平台以上的各期控制网采用了拟稳平差的模型 各层施工放样控制网 1 5 4 3 2 9 8 7 6 10 11 13 12 在各期控制网的平差中将各控制点的设计坐标作为近似坐标输入 平差后得各点坐标的改正数 各点的归化量即为各点改正数的反号 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 2 三维坐标法放样 1 点位放样精度如图6 24所示 O为测站点 P为放样点 S为斜距 Z为天顶距 为水平方向值 则P点相对测站点的三维坐标为 X H Y 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 由于计算工作由仪器的计算程序自动完成 因而减少了人工计算出错的机会 同时提高了速度 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 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 采用精度为的全站仪 当测站至放样点的距离为10 30m时 的精度均可高于 1mm 为验证上述分析 对实际放样点的精度进行了检测 采用经检验后的钢尺 丈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 同样对放样点高程与等级水准测量的结果进行了比较 均小于 2mm 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 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 还须安装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 对此我们采用一种简单的方法 可以很快地建立63个临时控制点 方法是利用已建立的9个主经杆方向上的控制点来建立临时控制点 如图6 25 每两个主经杆控制点 A B 之间就有7个次经杆控制点 并且各点之间与球心间隔角度为5 在两个主经杆控制点之间连接一长条钢板 并用膨胀螺丝将其固定在楼板上 然后计算出各临时控制点沿AB方向与A点的距离 从而在钢板上将临时控制点进行标记 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 其临时控制点坐标及距离的计算如下 AB的直线方程为 过球心O 方向为的第i个临时控制点直线方程为 上式联立求得第i个临时控制点的坐标为 第i个临时控制点到A点的距离为 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 3 经 纬杆节点坐标的计算太湖明珠球钢结构主要是由经杆和纬杆组成 其材料采用特殊的矩形钢管 这样就无法直接观测到矩形钢管节点的中心 因此只能通过观测其经 纬杆表面位置来计算中心点的坐标 或以设计图纸上经 纬杆中心位置坐标来推算其表面位置的放样坐标 安装放样时 将平面反射片标志粘贴在钢杆表面位置 如图所示 设为钢管几何中心的坐标 钢管表面放样点的坐标 b为钢管的厚度 由图得 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 4 球与钢筋混凝土墙面不规则相交放样坐标计算如图 明珠钢球与土建垂直墙面在3 6层有两处相交 并在该两处墙面各设置11只垂直支座 从而与各纬圈相连接 在竖直平面1处相交 得交线方程如下 式中 XO YO 0 HO 22 600m R为球半径 由于上式为Y H平面曲线 故只要设定H就可求出相应的Y值 同样 在竖直平面2处相交 得交线方程如下 式中 XO YO HO为球心坐标 R为球半径 由于式 6 22 为X H平面曲线 放样分两步 第一步在混凝土墙面浇筑前 放样22只预埋件 第二步是混凝土浇筑后 在预埋件上精确放样出22只垂直支座 以使其能与各纬圈精密相连接 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 2 钢结构球体网架安装步骤 1 先在地面将径向杆件在胎模上预拼装成大约6 5m左右长的构件 球体径向构件分成5至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径向杆件吊起 就位 2 安装第一根径向杆时 须待4层 23 90m 砼浇筑完成 在该层砼板侧向设置预埋铁 以便径杆安装时作固定支撑点 用脚手管 扣件组成空间桁架固定径杆上部 见图6 28所示 3 通过测量仪器及样棒确定系统径杆端点的空间位置后 固定径杆 依次烧焊端顶之纬杆 端顶纬杆焊完围成圈后 复测第一层径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径杆 以后逐层向上安装 例2 大型不规则场馆的施工放样 上海国际会议中心 2 钢结构球体网架安装步骤 4 球体构架安装至6层时 需搭设满堂脚手架来临时固定径杆及焊接安装 因6层至球体构架距离较远 及脚手管固定径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径杆固定 5 第三段径杆用槽钢固定在5层钢筋混疑土楼板外沿 第四 五段用槽钢固定在6层钢筋混疑土楼板及外沿处 6 球体顶部第一节之径纬杆在地面进行预拼成形 第六段径杆安装时 与第五段径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径杆对第六段径杆进行校正 校正完毕后满焊固定 7 每段径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 8 网壳由下而上逐段安装