空间钢结构三维节点定位测量施工工法

空间钢结构节点平面自动测量快速定位施工工法YJGF162-2006编制单位：主要执笔人：前言随着建筑工程技术的进步，延性多面体空间钢框架结构等应用越来越多、造型越来越复杂。如何保证不规则钢结构三维空间精确测量定位是一个新的技术课题。在国外，一些发达国家利用测量机器人进行三维空间自动测量，但造价昂贵。在国内，解决这一问题的方法有两种：一是GPS-RTK，其精度在2-3cm左右，与施工要求的5mm有很大差距；二是两台经纬仪进行交会，这种方法在通视条件恶劣的施工现场难以达到。国家游泳中心工程结构杆件异常复杂和多样，仅杆件总数就有20670根，焊接球9843个，且只有1％的杆件有规律性，99％的杆件其型号和节点都不一致，杆件及节点总重量约6300吨，且现场通视条件差。为了保证测量的精确性，中建一局建设发展公司经过多次试验论证后将杆件节点三维空间坐标分解为二维平面坐标和高程，采用高精度的Leica全站仪对节点进行平面定位测量；采用高精度水准仪控制其高程；并在节点球上标出杆件连接位置，保证杆件中心线穿过节点球中心，快速高效的完成了国家游泳中心的钢结构三维空间定位测量工作。为此，中建一局建设发展公司编制了《空间钢结构三维节点快速定位测量施工工法》。至2006年11月底，国家游泳中心工程已六次通过结构长城杯验收，2007年5月16日《大型延性多面体钢结构快速定位测量系统》作为《国家游泳中心新型多面体空间刚架结构施工技术研究》创新成果之一，通过北京市建设委员会科技成果鉴定，鉴定结果“国际领先水平”。特点作业效率高 本工法测量作业操作与钢结构安装人员配合简便有效，及时满足现场钢结构安装需要。采用常规方法每天只能测量校正5-6个球节点；采用本工法测量，球节点测量安装速度每天可达到60-70个，提高作业效率，大大加快施工进度。精度高 由于全站仪与计算机实现双向通讯，测量数据自动传输到全站仪内存，系统实时计算出点位坐标和偏差信息数据，保证杆件节点连接安装的准确性。设站灵活 因为全站仪设站灵活，可以在不同的现场条件下选择最佳位置设站，减少其它工序对测量的干扰，反之也减少了测量对其它工序的干扰。适用范围适用于复杂形状、复杂环境的钢结构节点三维空间定位测量，特别是体育场馆等不规则钢结构节点的三维空间定位测量。工艺原理将钢结构节点三维空间坐标简化为二维平面坐标和高程，采用高精度的Leica全站仪对节点进行平面定位测量，采用高精度水准仪控制其高程。精确计算节点球与杆件的安装连接数据，在节点球上标出连接记号，按照节点球上标记安装杆件；保证杆件中心线过球中心。坏工艺流程及操挑作要点工艺流程私测量方案设计本→够控制测量耻→缓计算各样点坐幼标并存入全站煌仪内存建立数何据库张→司球节点三维空境间定位测量鸟→昏杆件就位测量宫→泡三维空间位置菊复测校核及误夺差消除操作要点测量方案设计欧钢结构安装的吩关键是要保证株球节点和杆件僵的准确连接，举因此节点定位大测量的重点就脉是保证杆件中惊心线通过球中浩心点。争空间钢结构三锋维节点定位测枝量思路：采用槐高精度测量仪番器进行球节点逆的空间三维定税位，按照节点浇球上标记安装糟杆件，保证杆菠件中心线过球粪中心。僻精度分析。在扫钢结构定位测咽量中，影响定榆位测量精度的考主要是点位的昨平面定位精度迈，而影响平面卖定位精度的因接素主要是测角拘误差和测距误其差。行采用标称精度未为其1膜″煎2mm嗽+2pp助m蹈的全站仪，设诊控制点至放样季点距离挪为揪D=托80m抛，方位角肝为斤α宏=40然°猫，观测竖直桌角形β歉＝且2愉°框，则放样点的激点位误差计算崖：假放样窝点末X感方向精度：避放样碗点坑Y喜方向精度：舅设站点的点位某误差在嘴2mm槽时，放样点的山点位误差：喜精度分析说明之，选用的仪器勉设备和测量放浮样方法切实可叫行，放样点的裂点位精度满足售《钢结构工程夹施工质量验收并规范》香（娱GB502悬05-200女1巩）定中关于节点球冷中心偏移牛±叔5.0mm业的着施工精度要求润。控制测量平面控制测量腊针对建筑工程闻施工的实际情头况，通常采用遥导线测量的方浊法建立平面控矿制网。烛为保证控制点勿的相对精度，腹导线边长相对神中误差应控制谦在很1/4000苗0波以上。导线点蜻相互之间距离昨不应太远，导艇线平均边长控发制在医100m炊。蜡导线点要根据寻现场实际情况同布设，导线点由与放样点的距样离宜控制在芳80m舟之内，最远不呼应超过絮100m仍。鼠导线等级采用亡《建筑施工测查量技术规程》奖（呀DB11/T宇446-20寿0纺7台）中的一级导经线，导线角度砍和边长各观测社二个测回。便导线水平角观脖测一般采用方图向观测法。当树导线点上只有斑两个方向时，觉以奇数测回和趟偶坝数测回分别观锋测导线前进方搂向的左角和右捏角，观测右角防时仍以左角起签始方向为准变誉换度盘位置。漆采用全站仪观路测水平角，各盘测回间可不配危置度盘。叉导线边长测量补，各测回间应钢重新照准目标及，每测回三次姜读数。各测回设间平均值的较仅差应小于秃3mm粗。尿导线内业平差浪采用严密平差译方法计算。准高程控制测逐量侨筛针对建筑工程涌施工的实际情潮况，通常采用昨水准测量的方撕法建立平面控乒制网。忙水准测量等级呼采用《建筑施崖工测量技术规谣程》蛋（袋DB11/T莫446-20季0殃7日）中的四等水牌准，中丝读数兔法，每站观测甘顺序下为浊“斧后－后－前－吵前膏”系。快水准测量采用酷附合水准路线确，每一测段测虾站数应为偶数只。赶水准测量应在猫成像清晰、稳雷定时进行，同周一测站不应两坚次调焦。均计算各放样点祸坐标并存入全副站仪内存建立除数据库葵以放样节孕点杨1玩、节罪点跨2晶以及中间连接疑杆为例：要计宅算出杆件与球身体接触面的弧买长、两端节点殿球顶点高差、话相邻球节点平巾面投影相对距翻离、相邻球节税点相对距离等喷数据，并将此垃数据与控制点砍坐标数据输入巩全站仪内存。卸钢结构杆件与柜两端节点球数损据计算丧图达-1劣贞杆件与节点球镇数据计算示意义图垂杆件滥与仓1终号节点球连接针点柄1刚之间弧铜长枪△佛L艇1赠△桂L拣1秃=2肆×鹰л顾×R纷1主×浮α桃1损÷360袜(产-1)慢杆件央与目2睛号节点球连接缘点谊2慌之间弧纷长赞△雁L粉2鸣△福L绸2静=2晃×情л杯×R彻2拼×健α或2葱÷360虹(鼻-2)钩杆件两端节点光球顶点高屋差焰△鹊Z迹△劳Z=Z坏2托-Z况1冤+R剑2望-R逮1撞(泰-3)缸相邻球节点平核面投影相对距纲离计算供图告-2浊徒相邻球节点平脱面投影距离计粉算示意图鞭相邻球节点平浅面坐标增量(-4)(-5)(-6)旋凭相邻球节点平湾面投影相对距缴离(-7)(-8)(-9)丙相邻球节点相木对距离计算(-10)(-11)(-12)翻全站仪设站疤点原O象至放样尾点割P糖三维坐标计算橡：抱图码-3剧删三维坐标数据粒数据计算示意杂图它坐标增量计算火：(-13)(-14)(-15)完三维坐标计算苏：(-16)(-17)(-18)条球节点三维空抵间定位测量辞在进行球节点架空间三维定位海时，首先将节慰点球和杆件垂攀直投影到水平桂面上，将节点抓球中心三维坐忽标村（朵X寿、旅Y堤、岭Z嗽）分解为平面艘二维坐标都（史X搁、初Y即）和高程坐标杨（饿Z何）。漂图甲区桐三维坐标投影但分解示意图举采用全站仪自液动测量对节点拔球中心策（寄X学、只Y唉）进行平面定蛾位。尤在控制点架设播全站仪，并后胖视另一控制点踢，锁定全站仪与制动螺旋。蛇将控制点坐标亡、放样点坐标笨等计算数据输释入全站仪内存年，调用全站仪列内置程序自动区计算控制点至须各放样点的方迫位角、距离等吧测量数据。土启用全站仪自渐动跟踪测量程铲序，松开全站仁仪制动螺旋，些全站仪自动测业量放样点并指贿挥安装人员将附节点球进行水其平位置就位。旺采用水准仪测应量球节点高程拢，并将节点球叨调整到设计高脊度。杆件就位测量贴在节点球和杆爱件安装前，首扰先按照设计图摸纸对各节点球钢和杆件进行编摆号，保证节点变球和杆件一一腿对应安装。貌根据互相连接触的节点球半怒径祸R逃和杆件投影计附算杆件与节点舰球连接角度、无弧长等数据。挥使用特制的全另圆仪等工具在货球面上放样杆础件与节点球连仰接点并做好标圣记。坏图良俗京节点球表面连坚接标记放样示弄意图犯节点球安装就竭位后，依照编凳号一一对应连纲接点标记安装剑连接杆件。渠三维空间位置列复测校核及误刚差消除谣为保证杆件中申心线准确通过喘节点球中心，楼应分别复测相枝邻节点的距离层和高差。脸使用锹5帝0轧米搏钢尺丈量相邻乒节点的相对距沙离，读数粥到搅m壁m冶。虏使用水准仪测瓜量相邻节点的称高差，读数江到拾m谷m谨。燃空间钢结构三宗维节点测量的愿误差影响因素脂误差累积。在因测量过程中，衫由测量人员操唤作误差、测量泡仪器本身误差佳等误差源会传捷导和累积到定梨位点。似钢结构焊接。吴钢结构焊接会补引起钢结构构暂件的尺寸变化尿，进而产生误棋差。灰日照影响。太批阳光的日照对既钢结构构件会皆产生位移变化报，产生误差。稠温差影响。由寻于钢构件随着麦温度变化而出习现热胀冷缩现殖象，影响测量练精度，产生误咐差。误差的消除盯固定测量操作控人员和测量仪勇器，减小测量械误差。推测量时间安排毒控制。安排好单测量外业作业迟时间，尽量保振证前后作业时榆间段的外界条袍件一样，如气锯温、气压、风狡力等。曲剩余误差处理篇。平面定位误床差按照相邻节艺点球和杆件的氧距离为权值大漫小进行分配消舰除，高程定位断误差按照各节挖点球之间高差眼为权值大小进粘行分配消除。算放线要求。对费钢结构放线不户采用墨斗弹线椒，应采用钢冲邪打点和钢针划语线。人员与设备人员熊测量人员的技破术能力水平是欲空间钢结构三您维节点定位测走量的基础和关伪键因素，基本案人员构成：舞高级工程虑师所1胸名，负责整体缝测量方案策划裂，施工组织管举理。使工程副师宣2毙名宝，墓1校人负责现场测肝量技术管理，店方案深化，数仓据准备擦；润1剂人负责现场作洁业组织管理，奶现场安全、质击量管理。护助理工程还师疼2畜名，分别负责纽平面坐标定位特测量与高程定务位测量；滋作业人员若干她名，负责现场很测量作业，根加据工程进度和尸测量工作量多德少增减数量。设备组织牛基本仪器设备排，各种仪器设拳备经检定合格糕并在检定有效匹期内。券表肢6.2-1缺织仪器设备统计甲表垂序号浊名称字型号日精度指标网数量岂1搂全站仪斥Leica惧TCRA辩1201吐1跪″米提2mm鹰+2pp植m.D鲁1奏2晌经纬仪魔Topcon心2挖″谨1苍3野水准仪腾Topcon板2.5mm否/km或1匀4失钢尺歪50m错1mm景1趟5罚铝合金塔尺宪5m蠢1mm步1步6牛盒尺铅5m弦1mm影4肺7猫线坠堪3赶8燥钢冲铸1愤9努钢针赛1艰10允对讲机纵4遣全站仪的主要盏性能耀全站仪型号为纲Leica禁TCRA脏1201韵，主要技术性谷能指标如下：马表短6.2-2房裙全站仪技术指单标表脂序号篇项目其技术性能你1聚仪器精度召1拖″丈爽2mm唐+2ppm.珍D薄2来角度测量耳绝对条码对径赞度盘连续测角谢，精蕉度饿1割″箱，鸣最小显尽示猴0.啊1忽″冤3顷距离测量高同轴红外相位商测量，精度带2mm帝+2pp森m走，最小显示洲0.1mm摊4荷无棱镜测距披无棱镜测距最磨大测程剥300m哨5额补偿器暑集成液体双轴借补偿，补偿范未围槽4领′若6党望远镜临放大倍莫数出3丸0她倍抖7绣作业环境温度灰-20°C旺至式+描50°C园8付自动跟踪测量志EG炭L汇电子导向蛙9请内存折128M舌内存元，染RS23峰2更输出质量控制犁质量要求按《斑建筑施工测量彻技术规程》树（柔DB11/T廊446-20批0圆7连）和《钢结构绕工程施工质量嫂验收规范》蚂（突GB502爸0盏5腹－痛200沙1瞒）等规范执行扒。深导线的主要技进术要求兰表逐7.2奇佳导线技术要求趁表瓦等级缝导线长鉴度忠km忠平均边葡长灌m欢测角中误杯差悼杰范″恳边长熊相对中误差懒全长饼相对闭合差裤方位角闭合规差威冲嘱″田一级急2.0感100脸±呈5瞒1/4000返0脚1/2000结0刊±10揪虎永注误：意n鹊庄为测站数矛水准测量的主啦要技术要求稼表护7.3话典水准测量技术兰要求表铸每千米高差中颤数偶然中误差刺m捷Δ叠mm勤仪娃器辛博画型号典水兼准停排标尺慨与已知点联测绞次数上往返较差、附隙合线路或环线樱闭合差佩mm袖平地狂±5河S贸2.5搅双面积往、返接±4忙仿睬注府：惹n态伍为测站数蓄节点球支承面下顶板、节点球化位置的允许偏突差钉（寄m猜m耻）艺表浮7.4蛇匹节点球允许偏生差标段项目扛最大允许偏差拆支承面顶板手位置壮15.0旬顶面标高乐0各－箱3.0泻顶面水平度狂L/1000寒节点球旦中心偏移野±5.0涂钢框架结构安挨装的允许偏差凳（持m挽m烦）模表江7.5者筐钢框架安装允令许偏差表柴项疫习笑目伴最大允许偏差汉纵向、横向长欧度补L/200牙0配，且不应大粪于泻30.0歪-L/200葛0熄，且不应大乘于流-30.0稍支座中心偏移亭L/300挡0楼，且不应大柿于柔30.0期周边支承网架枪相邻支座高差兰L/40犯0悬，且不应大嘉于陪15.0而支座最大高差端30.0燃多点支承网架测相邻支座高差史L焦1缺/80蜓0私，且不应大幸于客30.0鞋注郊：艺L贱为纵向、横向疮长度锦；口L痕1宋为相邻支座间另距。安全措施耐严格遵守施工译现场安全管理哈规定。至测量人员进入拜施工现场时首迫先进行安全培孤训，并进行书绢面安全交底。衔进入施工现场斜必须佩带好安巡全用具，安全锄帽戴好并系好万帽带；不得穿席拖鞋、短裤及羞宽松衣物进入女施工现场。继作业人员处在过建筑物边沿等南可能坠落的区捞域应佩带好安菌全带，并挂在请牢固位置，未族到达安全位置悦不得松开安全软带唯。秀在场内、场外吗道路进行作业朽时，要注意来塔往车辆，防止棋发生交通事故延。贯在建筑物外侧坡区域作业时，挨要注意作业区园域上方是否交援叉作业，防止慌上方坠物伤人宪。脊观测作业时拆匪除的防护网及宣护拦应及时恢崇复。贫作业之前对作豪业人员进行安携全讲话，每周族向本工程测量饿人员进行书面起安全交底，保么证作业过程中舍的安全。劈仪器设备在运面送过程中，仪爬器携带者应将段仪器放在车厢腰上或稳定的位佩置。仪器装箱累时，应按规定折位置安放，望梁远镜和竖轴制诱动应松开。长久途运输仪器时馅，最好进行包敞装，并一定要岗使仪器仪器牢巷固可靠，切勿请相互移动撞击厚。火仪器设备在使印用过程中，必孙须注意安全，增雨、风天气必蔑须要进行外业受作业时，应采吐取防护措施保思证人和仪器的贯安全。渐在三脚架上安湾装仪器时，要鼻一手扶握照准刷部，一手旋动父中心螺旋，防绕止仪器滑落，赵卸下时也是如池此。饺外业观测时，糖操作人员不得桃离开。严禁无仔人看管、闲杂顾人等动用仪器控。忌露天作业时，朗要注意仪器的讨防震、防潮、桨防晒、防尘，简以免影响仪器梁的观测精度；农阴雨渣、重曝晒天气在野掘外作业时一定葵打伞，以防损盏坏仪器。植仪器搬站时，暑可视搬运距离雀的远近及道路繁情况决定仪器捕是否要装箱。客若不装箱搬站率时仪器制动螺乒旋应松开，最针好把脚架挟在符肋下，仪器放退在前面，以手士保护，不得横厦杠在肩上行走货。环保措施例测量作业人员惑进入现场先进剩行环保培训，曲提高人员环保室意识。忍购置环保仪器塞设备，对于全败站仪等红外线故、激光、电磁芹波测量仪器，恩选用环保无放耻射和灼热的类膛型，避免在现药场作业中灼伤肤人眼。孩作业现场测量扣标识用的红油斧漆、墨汁在作故业过程中要妥智善保管，避免忌遗洒在现场。灌对讲机、经纬薄仪所使用呈的姐5慨#蜂电池不得丢置成在现场，应放添置于统一的废公旧电池箱中。酒现场办公室电丹脑、打印机的辅使用要尽量节瞧约用电、用纸掌。效益分析东施工作业效率蚊高岗玩采用钢结构三密维空间快速定盯位测量方法，稍与经纬仪常规莫测量方法相比攀，平均安装一批个球节点的时蝴间节省派了缠80弱%炉左右，大大加秋快了施工进度苏。国家游泳中陶心工程共有钢拐结构球节派点绪984盯3细个，按常规测针量方法，需安腰装住近者5刻年。采用本工远法施工，只用波了登8库个月的时间就康完成了钢结构缎安装。芽设备投入少，啦成本大幅降低赤采用空间钢结筝构三维节点快蜓速定位测量方尸法，全站仪等领主要设备的投亏入降低挽了狭80叶%辱，节省了设备脏投入，原计划诚投入全站浆仪者1好0察－炎1阳5伍台，工艺改进艇后实际投犬入袍2何－还3猫台。程项目经理部原名测量费用蔬预算笋投入堡16矿0割万元，工艺改至进后降低条到汁9您0稼余万元。工程应用实例毛国家游泳中心沉工程整个结构年为立方体，平杠面尺恰寸笋177.33烦8×垦177.33灰8盾m馆，结构墙体底胸标荐高挑+持1.059m笨，屋顶标兄高旨+侄30.587讨m商，外墙的围合谋厚度为远3472mm盒，内墙为效3472mm森和疫5876mm乡两种，屋顶为脾7211mm脉。钢结构为新丛型延性多面体种空间钢框架结彩构，杆件及节挽点总重眉量刺670佛0炕吨，节点棵数格984穷3塘个，杆予件润2067代0刻根。球节点及多向连接杆件球节点及多向连接杆件折照缝片由11-1棚很节点球照片球节点及多向连接杆件球节点及多向连接杆件绪照贯片社11-2辜农节点球照片迎在国家游泳中例心工程延性多础面体不规则钢绸结构施工中，句我们采用空间共钢结构三维节让点快速定位测慎量施工工法对昼钢结构进行空担间三维定位测牺量，极大的提技高了作业效率污，圆满完成了动国家游泳中心鸡工程的