国家体育场钢结构卸载变形测量技术实践

1、国家体育场钢结构卸载变形测量技术实践刘增希 秦长利 龙正武 李久林 邱德隆万里程摘 要：本文结合国家体育场钢结构工程卸载变形测量实践，介绍了该工程变形 测量的基本特点和方法，供从事施工测量和相关技术人员参考。关键词：卸载；变形点；监测1工程概况国家体育场主体钢结构，采用78个临时支撑点（塔架）分段（共分成182段） 高空散装焊接而成。在主体钢结构合拢后，需对临时支撑塔架进行分阶段整体卸 载，使鸟巢钢结构屋面由临时塔架的支撑逐步转换为自身承重状态。（见图1）e 1内环桁架梁与支撑塔架国家体育场钢结构支撑塔架卸载工程总卸载量大，屋盖总面积约6力平方米、卸 载吨位约1.4万吨，卸载点数较多，根据设计

2、要求钢结构整体分级同步卸载，严 格进行比例控制，钢结构支撑塔架卸载步骤共分为七大步，每一大步分为五小步, 支撑力最大点卸载吨位约300吨，卸载工作有一定的难度。为了能够确保卸载工 作的安全，及时了解卸载过程中每一个步骤钢构件的变形情况是否与设计的油缸 升降数据量同步升降，需要对钢结构卸载前、后进行定时监测，卸载过程中随卸 载过程作跟踪变形监测，并即吋向卸载指挥屮心提交监测成果，为决定下-步卸 载动作提供依据。2变形观测点的位置卸载过程屮钢结构变形最大的部位是内环桁架梁，根据国家体育场钢结构工程 支撑塔架卸载监测方案的要求，在主结构内环桁架梁0度、90度、180度和 270度四个轴线方向及四个像

3、限的45度方向附近上、下弦各置一个结构变形监 测点，并尽可能让同一方向线上的上、下弦监测点处在同一垂直线上，主结构内 环桁架梁共布设16个监测点（见图2）。另外在东、西、南、北方向四个支撑 塔架上，各布设了一个支撑塔架变形监测点，总共布设了 20个监测点。国珮体育场期笔鞫工程即鱼冷呦点示电图2变形监测点位置示意图3变形测量方法的选择由于卸载步骤为每小时进行一步，其中包括油缸升降、对监测点进行观测、监测 数据计算及对三个监测单位的数据汇总分析整理，并报告信息屮心，信息屮心专 家综合研究确定下一步卸载动作并报告指挥部，由指挥部下达卸载指令。卸载过 程屮出于安全原因结构上面不能有人，观测数据又必须在

4、20分钟内提交信息屮 心，时间很紧，要求监测数据准确及时，立棱镜不仅不安全而11速度慢，时间来 不及，还有棱镜的对点谋差也会影响到位移精度，因此我们决定用贴反射片的方 式来设置监测点，用三台仪器同时观测。反射片虽然测距精度低一些，但同一点 两次观测的观测值是同精度的，因此这一点位移量的精度是高的。由于现场条件 无法满足仪器视线垂直于监测点反射片的要求，为了了解观测数据准确性，卸载 前七天左右在模拟条件进行了测试。首先在地面上，采取旋转反射片使仪器视线 与反射片形成不同角度，检查返回信号的强弱和测距精度；然后在现场将返射片 设置在偏角和倾角最大的监测点上，用两台仪器进行多次观测和数据对比。随后

5、乂选用三台精度基本相同的全站仪，分别由三个人在三个控制点上架设仪器，选 择不同的吋间段同吋对所有监测点进行观测，将所观测的三组数据进行比较，同 点的两组观测数据之间最大差值为2mmo可以满足卸载监测需要。4变形测量实施4. 1变形测量程序和方法在卸载前三天开始，连续三天对所有监测点分早、中、晚三次观测，同时记录时 间和温度，掌握钢结构日变形情况。从卸载开始卸载结束，对变形监测点的观 测频率严格按照总指挥部下达的指令进行观测，卸载过程中共观测了 24次。为 了确保观测数据的及时性、准确性，每一监测点均由两台仪器同时监测，每一步 卸载监测工作的时间必须在20分钟内完成。数据采集时，仪器自动采集和人

6、工 记录同时进行。对两种方法采集的数据分别进行处理并对结果进行核对无误后, 再与其他两台仪器观测所得的监测数据进行对比分析，确认三台仪器观测所得到 的变形趋势一致，变形量很接近，且变形趋势和变形数据与千斤顶油缸升降成正 相关时，将监测数据捉交给信息处理屮心。4. 2监测点变形状况4.2. 1内环上、下弦水平位移变形根据观测数据绘制的内环监测点上、下弦水平位移变形情况（见内环上、下弦水 平位移变形矢量示意图）。从图中可以看出南北方向内环上弦两监测点向环内变 形移动，分别为24価和32叫 下弦两监测点向环外方向变形移动，位移量相对 较小，分别为12mm和2mm。表明南北方向内环桁架在卸载过程中受应

7、力影响， 向场内方向倾斜变形。东西方向内环上弦两监测点分别向东、西方向（场外方向）变形移动，分别为 5mm和9mni；卜'弦两监测点也同时分别向东、西方向（场外方向）移动，分别为 54mm和58mm,远远大于上弦两监测点的位移量，说明东、西方向内环桁架上、 下弦监测点向外位移变形的同时，向场外方向倾斜变形。4. 2. 2支撑塔架水平位移变形在卸载过程中，观测数据反映的临时支撑塔架的水平位移变形情况见内环支撑塔 架水平位移变形矢量示意图。从图中可以看出南北方向上与监测点相对应的支撑 塔架，卸载后均向外环方向位移，其位移量为8 mm16 mm；东西方向上监测点 两侧的支撑塔架同时向外环方向

8、位移9 mm15 mm；4. 2. 3垂直位移曲线图根据观测数据绘制的国家体育场钢结构工程卸载内环卜弦监测点沉降曲线图可 以看出监测点在钢结构支撑塔架卸载的过程中与油缸同步下降，最终下降量与理论计算 值基木一致（理论计算值为286mm,实际观测值为271mm）。国家体育场羽结枸工程卸戟内环下菠监测点沢降曲姣画322212 o2 w127161515121a11098765 d324. 2. 4卸载结束后的监测卸载结朿后每天在相同吋间段对结构的稳定性进行监测，用同样的方法对监测点 持续进行观测，根据三天的观测数据比较(气温在19°c22°c)，钢结构内环 环桁架齐变形监测点的

9、标高互差值最大为2 mm,依据观测数据分析，认为卸载后 的钢结构屋而基本稳定，微小的变化量也是由温度差和观测误差所引起的，至此 停止对监测点的观测。5观测结论此次国家体育场钢结构工程卸载变形测量实践中由于采用强制对中点设站，监测 点(反射片)固定在内环上、卜弦结构和支撑塔架上，消除了仪器和棱镜的对中 误差；卸载过程屮仪器、人员同定，方法一致，使得观测数据的相对精度较高; 使用三台全站仪在不同的控制点上设站同时进行观测和数据对比，保证了观测成 果的可靠性。为信息处理屮心的正确决策提供了依据。国家体育场钢结构工程卸载变形测量除采用全站仪进行变形监测外，还利用当前 测绘先进的激光扫描仪进行变形测量，对整个钢结构的变形状况都有详细的记 录，取得了可靠成果，为今后类似工程的设计、施工和变形测量积累了经验。参考文献1 北京市标准，建筑工程施工测量规程