钢结构安装测量技术 毕业设计.doc

黄河水利职业技术学院毕业论文（设计）钢结构安装测量技术 学生姓名： 学号： 2009020509 指导教师： 职称： 高级测量工 专 业： 工 程 测 量 技 术（0904） 系（部）： 测 绘 工 程 系 黄河水利职业技术学院毕业设计登记表 年 月 日学生姓名 专业工程测量班级0904设计题目钢结构安装测量技术指导教师评语： （签字）答辩委员会考评小组评语： 答辩组长：成绩： 答辩委员会主任：钢结构安装测量技术 摘要 随着建筑业的发展以及建筑技术水平的提高，高层和超高层钢结构建筑工程越来越多。在钢结构工程安装中，测量是一项专业性极强且非常重要的工作。测量精度的高低直接影响到工程质量的好坏，是衡量钢结构工程质量的一项重要指标。本设计的主题为：钢结构安装测量，结合实际钢结构工程，从控制测量和安装测量两方面进行探讨；也阐述了经纬仪和全站仪在工程中的运用。关键词：钢结构；控制测量；安装测量2黄河水利职业技术学院毕业设计目录第一章 绪论4第二章 高层钢结构测量52.1 主要任务52.2 钢结构测量定位52.1.1测量重点及难点52.1.2针对性方案简述62.1.3标准和依据62.1.4原则和要求62.3 测量定位工艺流程72.4 测量仪器选用82.5 测量人员配备92.6 平面控制网的建立92.7 高程控制网的建立112.8 控制网的竖向传递112.9 钢结构安装测量142.10 测量控制措施18第三章 大跨度空间钢结构精密工程测量203.1 大跨度钢结构测量的一般技术特征203.2精密三维控制网测量203.3钢结构坐标检测技术223.3.1“切线投影法”坐标检测223.3.2“切线平分法”坐标检测24第四章 大型钢结构安装测量264.1.地面拼装测量264.2空中吊装测量28技术总结29致 谢30参考文献31第一章 绪论钢结构是环保住宅，钢结构符合“可持续发展概念”21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下，钢结构体系必将成为住宅结构体系的主流。展望未来，随着经济建设的蓬勃发展和交流的进一步扩大，要建造更多的高层建筑、桥梁和大型公共场所、新型的智能化小区等，建筑物的需求十分旺盛。这将为钢结构的发展提高更多的机会，现在我国钢结构研究已进入一个新阶段，有关规范和标准也出台，国内钢产量充足，为钢结构住宅的发展提高了较好的物质和技术基础。相信我国钢结构住宅的发展前景是美好的。钢结构产业兴旺发展的新局面就在眼前 。我国30多年的改革开放和经济发展，已经为钢结构体系的应用创造极为有利的发展环境。然而在钢结构工程中，钢结构测量方法与精度至关重要，直接影响到钢结构施工质量和结构安全。在钢结构工程安装过程中，测量是一项专业性较强又非常重要的工作，测量精度的高低直接影响到工程质量的好坏，测量效率的高低直接影响到工程进度的快慢，测量工序的繁琐程度又直接影响操作工人的安全性，因此安装测量技术水平的高低是衡量钢结构工程施工水平的一项重要指标。第二章 高层钢结构测量2.1 主要任务 尽管高层钢结构的形式有所差异，但是高层建筑钢结构安装测量校正技术是相通的，任务主要有下面三项：a.建立一个精度高、牢固可靠的测量控制网，此控制网是以后所有测量工作的依据；b.平面及高程控制点的竖向传递，传递精度的高低是整个钢结构安装测量工作的关键；c.楼层平面放线及钢柱安装校正测量，准确快速地为校正工作提供测量数据，是整个钢结构安装测量工作的主要任务，工作量大，也是保证钢结构安装施工进度的前提。2.2 钢结构测量定位为了既保证施工进度又满足钢结构安装精度，因此测量方法必须进行优化，且技术先进、测量操作方法简单可靠。整个工程的钢结构测量采用分级布网、逐级控制的原则进行，对观测结果进行平差，并保证工程的质量和进度。2.1.1测量重点及难点(1) 钢结构工程整体精度要求较高，尤其在钢结构施工部分要求十分严格，不但要重视其空间绝对位置，更需要精确控制各施工环节的相对精度。(2) 作为高层钢结构，分段分节较多，测量前必须充分考虑钢柱焊接收缩、安装偏差、结构变形、环境温度的变化及日照对安装精度的影响，并需妥善处理。(3) 作为高层钢结构，高空架设仪器及棱镜困难，且稳定性差，需设计和制作适用于该工程测量的辅助装置和设施，以满足测量操作及精度控制的需要。(4) 需在充分考虑构件工厂制作误差、工艺检验数据、测量及安装误差、各类变形数据(如日照、温度、沉降、焊接等)的基础上制订钢结构安装控制方案，并根据施工中实时反馈的实际监测数据，及时调整和制订阶段性控制方案2.1.2针对性方案简述(1) 根据工程特点，结合以往高层钢结构安装成熟经验，采用高精度全站仪建立平面控制基准网并采用激光准直仪和全站仪进行平面控制基准的竖向传递；采用电子水准仪建立高程控制基准网并采用全站仪测天顶距法进行高程控制基准的竖向传递，以及用电子水准仪进行校核。(2) 对累积误差的处理，采用在每一节钢柱安装时在柱连接缝处进行调整的办法，逐节消除，防止因累积量过大一次性消除对结构产生影响。对测量数据，应在设计值的基础上加上预变形值后使用，并根据施工同步监测数据，及时调整预变形值。(3) 由于环境温度变化及日照影响使测量定位十分困难，在精确定位时必须监测结构温度的分布规律，规避日照效应，并通过计算机模拟计算结构变形及调整。2.1.3标准和依据(1)钢结构工程施工质量验收规范(gb50205-2001)；(2)高层民用建筑钢结构技术规程(jgj99-98)；(3)工程测量规范(gb50026-2007)；(4)建筑变形测量规程(jgj/t8-2007)；(5)国家一、二等水准测量规范(gb12897-2006)；(6)精密工程测量规范(gb/t1531494)；(7) 业主提供的有关测量资料和实物, 工程图纸及其它相关技术文件。2.1.4原则和要求(1) 在测量控制过程中应着重控制各环节的安装误差，即注重中间过程的控制，当各个施工过程控制精度均在误差要求范围内并通过验收时，才能保证结构整体安装的最终精度。(2) 为确保安装过程及最终结果的控制精度，在测量工作中应注意：选择合适的控制点确保通视；充分考虑安装过程中的结构位移加强复测；阳光照射及温度变化对结构的影响，在控制测量过程中必须考虑消除。(3) 针对工程特点，施工中将配置先进、精密的测量仪器及相应的数据处理软件，借鉴国内外最新测量控制科研成果及以往高层钢结构安装的经验，结合施工中建筑物的变形监测信息，采用科学合理的测量方法，确定最佳的测量时间段。2.3 测量定位工艺流程 钢结构测量定位工艺流程见下图。平面和高程控制网的布设控制网的竖向传递楼层控制网测量、平差改化钢柱、梁安装定位线放样钢柱、梁安装定位线复核构件检查返 修复核测量标志钢柱吊装合格合格合格确定上下标高线间距超标处理记 录合格不合格不合格不合格钢梁安装图 2.1 钢结构安装测量定位工艺流程垂直度调校标高调校钢柱垂直度监控焊接过程监测下节柱测量准备不合格2.4 测量仪器选用为保证工程的钢结构测量精度，在测量控制基准网建立和竖向传递时，主要使用高精度自动导向全站仪和电子水准仪进行，辅以其他测量设备作为校核和辅助引测。(1) 拟对工程配备的主要测量仪器见下表。序号仪器名称精度及性能数量1全站仪具有自动导向功能、自动数据处理和输出等功能，能保证施工精度和效率，其对点方式为激光对点。1台2全站仪主要用于轴线的测量放样，仪器测量精度高，操作简单。1台3激光准直仪仪器精度、稳定性高，测量速度快。2台4电子水准仪施测时使用配套铟钢尺及专用高程传递用钢尺，以保证观测精度。2台表2.1主要仪器设备(2) 所有的测量仪器必须按适当精度采用，以保证工程的质量；仪器均应按规定在年检有效期内使用。为保证工程质量，主要电子仪器在到达现场后，应按仪器内置程序进行自检及阶段自检以保证仪器始终处于良好状态。2.5 测量人员配备工程配备的测量人员，必须具有类似高层钢结构工程的施工经验，且经过良好的培训能使用各种类型的先进仪器，才能胜任工程的测量工作要求，具体人员配备见下表。序号职 务人 数任务及工作责职1测量工程师1名测量策划及专业技术施工管理方案编制、理论分析、测量控制网的布设和传递、楼层测量作业、技术资料编制、内业计算2测量员2名配合测量工程师工作及测量细部作业表2.2钢结构安装测量人员配备及分工2.6 平面控制网的建立(1) 平面控制网的布设原则因为建筑物高，测量精度受风振、日照的影响大。平面控制网进行平面测量控制基准点的竖向传递转换，这样可以减少投测高度过高的影响，保证控制测量的精度。地上部分平面控制基准点的竖向传递仪器拟采用高精度激光准直仪。在传递时，利用制作的激光捕捉辅助工具，可以提高点位捕捉的精度，减少分阶段引测误差积累，尤其在夜间作业更好，具体流程见下表。 +1透明塑料薄片，中间空洞便于点位标示。雕刻环形刻度。2第一次接收激光点。3蒙上薄片使环形刻度与光斑吻合。4通过塑料薄片中间空洞捕捉第一个激光点在激光接收靶上。5分别旋转激光准直仪在90、180、270，用上述同样的方法捕捉到另外三个激光点。6取四次激光点的几何中心即为本次投测的真正点位位置。 表2.3平面控制点接收流程表(2) 地下部分平面控制网的布设地下室施工前，根据业主提供的测量控制基准点的坐标及设计图纸提供的建筑物坐标，经换算后运用高精度全站仪，按照工程测量规范所规定控制网的要求，在基坑边稳定位置布设地下部分钢结构安装平面控制网。(3) 地上部分平面控制网的布设在地下室施工完成后，依据基坑边布设的平面控制网，运用全站仪，按照工程测量规范中所规定的控制网的精度要求，在1层楼面布设地上部分平面控制基准网，即内控网。对内控点组成的闭合导线进行角度和距离的测量，并且将闭合导线与布设在基坑周围稳定位置处平面控制网中的控制点进行联测。通过内业计算平差，得到内控点的坐标。把内控点计算的坐标值与理论的坐标值比较后进行改化，并检测角度和边长。当角度和边长的偏差值满足规范要求后，内控点才能作为地上部分首层钢结构测量和控制点竖向传递的基准点。图2.2控制点的埋设及保护示意图 (4) 在平面控制点预埋钢板上做好“十”字线标记，且需要对布设的平面控制点加以保护，示意见下图。控制点控制点维护栏杆2.7 高程控制网的建立首级高程控制点应设在不受施工情况影响的场外，并加以保护。以精密电子水准仪检测首级高程控制网，用闭合水准的方式将高程控制点引入场内，并设定固定点作为高程点。场内地面高程点经复核无误后，在塔楼施工时分别引测到各个层面上，每个层面引测46个标高控制点，控制点应引测到稳固的构件上，在每一层上对引测点校核，误差应在精度要求范围内。高程引测时可使用水准仪以水准路线引测，高程基准网的传递以悬挂钢尺或全站仪测天顶距法进行，并相互校核。2.8 控制网的竖向传递(1) 平面控制网的竖向传递根据本工程的特点，平面控制网的竖向传递拟采用内控法，投点仪器选用激光准直仪。楼板施工时，在控制点的正上方开设20cm20cm方形孔洞（见下图）。先在需要传递控制网的楼面水平固定好激光靶，然后在控制点上架设激光准直仪，经严密对中、整平之后，从0、120、360三个角度分别向光靶投点(见下图)，取三点对角线的交点作为平面控制点的传递点。投测的平面控制网必须进行角度和距离检测，并进行经典自由网平差，对平差的结果进行投测点的归化改正。 图2.3穿过楼层做法示意 图2.4 测量平台进行激光点位接收示意 (2) 高程控制网的竖向传递1) 本工程拟采用全站仪来进行高程控制网的竖向传递。即以引测到钢柱侧面上的标高控制点的高程为基准，在首层平面控制点预留孔洞正下方架设好全站仪，精确测定仪器高，转动全站仪进行竖向垂直测距，通过计算整理求得反射片的高程；然后用精密水准仪按工程测量规范（gb50026-2007）中所规定的二等水准测量的要求把反射片的高程传递到核心筒外壁或者已经固定好的钢柱侧面上，见下图：反射片钢梁激光钢柱标尺 图2.5高程控制网传递示意全站仪高程控制点图2.6 高程控制网传递示意2) 高程控制网的传递点不得少于4个，传递的控制点组成闭合水准网，并对其进行二等水准测量复核，经过平差改正，作为作为地上部分钢结构安装的高程控制依据。另外，高程控制网的竖向传递不得从下层楼直接丈量上来，避免累积误差。2.9 钢结构安装测量(1) 柱脚的定位测量钢柱柱脚定位测量关系到后续钢柱和钢梁的安装，其定位的好坏是以后测量工作能否顺利进行的先决条件。根据钢柱的分布特点，采用“十”字放样法，确定出“十”字的四个点，并由该四点确定钢柱柱脚的中心线。即按照图纸提供的数据，计算出钢柱柱脚中心线的“十”字四点坐标。以基坑边布设的平面控制网作为测量依据，采用全站仪极坐标法放样出这些钢柱柱脚中心线控制点，根据高程控制点和中心线控制点再进行钢柱柱脚的安装。(2) 钢柱安装测量钢柱的安装主要包括钢柱吊装就位和钢柱校正测量，这是钢结构安装过程中的重要环节，直接关系到整个建筑的施工质量。钢柱的安装测量主要指钢柱的校正测量，钢柱的校正测量由钢柱的标高、扭转和垂直度校正测量三部分组成，主要利用塔吊、钢楔、垫板、撬棍及千斤顶等工具。 1) 钢柱安装前的准备工作 运用全站仪以“十”字放样法，将第一节钢柱的定位轴线在混凝土表面上放样出，第二节以上钢柱的定位轴线在其下面已经固定好的钢柱柱顶上放样出，标识要做到柱身上。 每节钢柱必须按实际情况作好安装测量标识，主要包括钢柱柱身各面上下的安装标识线和标高控制线，以此作为钢柱校正测量的依据，标识制作要求必须色泽明显、位置统一、大小相同或相近、同一类型标识符号必须一致、边缘必须整齐美观，制作精度必须满足现场施工要求。2) 首节钢柱的校正测量 首节钢柱在吊装就位后，应按先调整钢柱标高，再调整钢柱扭转，最后调整钢柱垂直度的顺序进行校正测量。 标高校正钢柱在吊装就位之前，用水准测量的方法已经将预埋螺栓上调平螺母的标高调整到了设计标高处；待钢柱吊装就位后，用水准测量的方法复核钢柱柱身上的标高控制线，通过调整钢柱柱底板下面的调平螺母使钢柱至少三个面的标高控制线达到设计要求即可。 扭转校正钢柱的扭转是在制造与安装过程中产生的，即钢柱在安装过程中，由于制造上的误差，造成钢柱上下两端型心中心不在同一条线上，影响了钢柱的安装质量，要校正到规定范围内。可以采取将经纬仪架设在钢柱的定位轴线上，以定位轴线为基准线，把钢柱柱顶的安装标识调整到与定位轴线重合，望远镜再向下照准柱底安装标识，通过量取钢柱柱底安装标识与定位轴线的距离测得。钢柱扭转校正测量时，使该距离调整到规定范围内即可。 垂直度校正经纬仪钢柱的垂直度校正可以用磁性线坠或者经纬仪来完成。如果通过吊磁性线坠的方法来校正，就需要将磁性线坠吊在钢柱柱顶各面的安装标识上，通过在柱底量取线坠到柱身的距离，调整钢柱，使钢柱的垂直度校正到规定范围内；若是采用经纬仪（见下图），则需要在柱身相互垂直的两个方向上架设经纬仪（或者架设在偏离角度不大于15的范围内），用望远镜照准钢柱柱顶处的安装标识，把望远镜向下照准柱底的安装标识，并在柱底安装标识上放置钢板尺，在望远镜中观察柱顶安装标识投影下来后与柱底安装标识的距离，调整钢柱，使钢柱的垂直度校正到规定范围内，垂直度偏差值应不大于h/1000且10mm ，h为柱高。钢柱安装标识线仪器视线钢柱钢柱定位轴线钢柱垂直度校正测量示意图2.7钢柱校正示意图3) 首节以上钢柱的校正测量 首节以上钢柱校正测量顺序也是按先调标高，再调扭转，最后调垂直度来进行。 首节以上的钢柱采取相对标高进行安装，钢柱标高的校正是通过量取下一节钢柱柱底标高控制线与上一节钢柱柱顶标高控制线的距离是否满足设计值来进行的。 扭转校正通过将下一节钢柱的定位轴线在上一节已经固定好的钢柱柱顶上放样出后，可以量取上一节钢柱各个面与定位轴线的偏差值。利用该偏差值可以求得钢柱在x与y方向上的扭转值。如果在x方向上，钢柱北面的偏差值为a，南面的偏差值为b。则钢柱在x方向上的扭转值为（a-b）/2；同理，钢柱在y方向上的扭转值为（c-d）/2，见下图，记录上一节钢柱的扭转值与方向，在下一节钢柱进行扭转校正时，以柱底的安装标识为基准，将下一节钢柱向相反方向扭转予以调整，但一次不得大于3mm，若扭转值过大，超过了3mm应分几次调整，不允许一次到位。 图2.8 钢柱扭转分析示意此外，根据现场的实际施工状况，也可以结合全站仪测量钢柱柱顶坐标来校正，使钢柱柱顶的安装标识线调整至定位轴线上。 垂直度校正在满足单节柱垂直度的前提下，将钢柱与定位轴线的偏差校正至零。根据规范的规定，单节柱垂直度允许偏差为h/1000且不超过10mm，h为柱高。若上节柱偏离定位轴线值较大，也应分次校正以避免单节柱垂直度超标。钢柱校正后的测量数据应在钢柱的自由状态下测得，即夹紧上下柱的连接板，解除千斤顶等校正工具，未安装钢梁时的状态。只有自由状态下测得的数据才是有效的。 垂直度监测在钢梁就位后高强螺栓安装的过程中，钢柱的垂直度将会发生变化，因此要用仪器对相邻钢柱进行监测。若钢柱的单节柱垂直度以及偏离定位轴线的数值都不超出规范要求，则做好记录，不再调整。若超出规范要求，则要分析原因，再做调整。在钢柱垂直度的监测过程中，要考虑到梁柱接头的焊接造成垂直度偏差变化的趋势。一般一个梁头焊接后造成1-2mm的收缩量，因此要预测到在钢梁安装时，钢柱垂直度虽没有超标，但焊后可能因焊接收缩而超标，提前预留焊接收缩值。(3) 钢梁安装测量 钢梁安装测量主要是水平度校正。可用水准仪测量出同一根钢梁不同位置处的标高，然后计算得出钢梁的水平度。若水平度超标，则原因应该是耳板位置或螺栓孔位置有偏差，需要针对不同情况割除耳板重焊或填平螺栓孔重新制孔。(4) 结构中间验收每个安装节所有构件节点高强螺栓安装完毕且焊接工作完成后应进行安装精度复测并组织中间验收。2.10 测量控制措施(1) 严格按规范要求操作并认真执行监理工程师要求的各项测量技术及验收程序。(2) 为防止视线过长，目标模糊，晃动等影响，当土建施工到一定高度时，基准控制点向上转置，严禁逐层传递。(3) 每一道测量工序完成后必须按三级验收制度执行，自检后方可上报监理工程师复验，合格确认后方可进入下道工序施工。(4) 班组施测前，做好技术交底工作，责任工程师对整理的测量成果必须进行会审，并做好记录及施工日志。(5) 钢柱垂直度监控时，仪器应尽可能架在轴线上，如果做不到，也可稍架偏，但最大偏差角应控制在15以内。(6) 平面控制主轴线投放应在每一节的钢梁形成框架后进行，严禁交叉投点。(7) 测量放线前后，及时对测量仪器进行检验，确保仪器在可知度状态下运行。(8) 工程中距离丈量所使用的钢尺及全站仪，其尺长必须以同一把钢尺作为比较，一般是以制造厂提供的标准钢尺为准。(9) 外框架一个节点安装完成后，需机对整体安装情况进行较核，且每隔一定阶段需要与核心筒的相比较。第三章 大跨度空间钢结构精密工程测量3.1 大跨度钢结构测量的一般技术特征（1） 内容复杂多样：如南通市体育会展中心包括主拱钢结构三维坐标检测、主拱钢结构变形监测、轨道梁三维坐标检测；园博园温室涉及了钢构件的地面拼装测量、吊装监控测量和安装后的坐标监测，各项任务均需要因地制宜采取合适的测量技术方案。（2） 测量精度要求高、技术难度大：地面控制测量、钢结构测量的点位中误差等精度指标一般为毫米级；钢结构测量目标多为钢结构中心，无法直接测量，需采用“过渡”方式测量。（3） 测量工期紧：施工项目多为政府标志性工程，其工期往往紧迫。而钢结构施工单位为了减少施工人员窝工现象，常要求测绘人员在短期内超常规完成测量任务。测量方案设计、方案试验、测量和施工几乎同步“套作”进行。（4） 测量环境恶劣：由于钢结构形式复杂，高空作业危险，施工期间脚手架林立，尘土飞扬，通视条件不好，且易造成控制点破坏，以上诸因素造成现场观测条件很差。3.2精密三维控制网测量为满足高精度的钢结构测量必须首先建立精密三维控制网，三维控制网的预设精度根据钢结构测量精度要求进行估算，一般为0.4m左右（m为控制网误差和钢结构测量引起的点位总误差）。平面控制网布设主要原则：（1） 平面控制网根据需要一般分两级布网，首级网以三角形和大地四边形为主建立边角网，次级网在首级网基础上插点或插网加密；（2） 平面控制网多以土建控制点为起算点，因其精度难以满足毫米级的钢结构测量需要，必须根据检测边长对起算点坐标进行必要的修正而布设独立控制网；（3） 在尽量保证网形结构强度的前提下，控制点因地制宜地选择在地面稳定、便于保存和易于观测的地方；（4） 控制网的点位初步确定后，应进行控制网精度的模拟估算，通过对边角数、测回数增删等手段，使控制网各点满足预设点位精度。图3.1 南通市体育会展中心体育场首级控制网平面控制测量必须有效减弱对中误差的影响，采用强制归心装置为最佳选择。场地限制或时间不允许时，选用对中性能良好的全站仪和觇标牌观测，或采取在控制点上直接设置标志（如棱镜片）等措施。为有效减小大气折光，通常选择不同时段取平均值或阴天气候减弱折光差对测角影响，测距应进行棱镜常数、温度和气压的改正。高程控制网一般与平面网点重合（或部分点重合）布设，以土建高程点为起算点，构成结点水准网或附合水准路线，按二等或一等水准观测要求测量。当两高程控制点间落差过大时，以及在对高空钢结构进行高程测量过程中，我们广泛采用 “全站仪水准”方式进行钢结构高程测量，能有效消除仪器高、棱镜高量取带来的厘米级误差，作业方法简介如下：（1） 在需传递高程的两点（a、b）中间位置架设全站仪，后视点a设置观测标志（为短棱镜杆或棱镜片，高度为i）；（2） 全站仪后视a测量斜距s1和垂直角a1，则全站仪中心（o）高程为hohais1sina1；（3） 将观测标志从a点移到b点安置，全站仪前视测量斜距s2和垂直角a2，则b点高程为：hbh0s2sina2i；（4） 综合（2）、（3）后，b点高程简化为：hbhas1sina1s2sina2；（5） 为提高精度和检核需要，我们采用后视观测两个高程点，获取两组高程后取中数的方法。经大量数据比较验证，高程测量中误差2mm（视距在200m以内）。3.3钢结构坐标检测技术钢结构测量一般要求观测圆柱中心、圆球中心或节点（即多个钢构件交点）的三维坐标，必须根据钢结构的几何、重力等特性将测量点“引出”到钢结构表面等可测区域形成若干过渡点，观测过渡点坐标后，再参照钢构件的几何尺寸（如半径、截面中心距等）推算出测量点的三维坐标。由于钢结构观测多为高空目标，为避免高空设置观测标志带来人身安全隐患，因此采用免棱镜全站仪、不设观测标志的“非接触式”测量技术方案成为首选。结合南通市体育会展中心钢结构测量项目，介绍两种非接触式测量方案如下。3.3.1“切线投影法”坐标检测以南通市体育会展中心的体育场主拱三维坐标检测项目为例，如图2所示：体育场东西向共6根主拱，每根分为3条弦，其中2条上弦与活动屋盖系统连接，最高处达50m。根据要求对12根上弦中心（约100个焊接节点附近）进行坐标检测，其中：平面观测精度要求5mm，高程观测精度要求3mm。 图3.2 南通市体育会展中心体育场主拱照片为完成该任务，我们先后研究并讨论分析了悬挂垂球法、法截面设标观测法、加工套管法 、铅垂截面观测法、细部点拟合法、激光扫描仪法、视准轴法截面运动观测法等多种方案，均因有操作不便、危险性大、成本高、精度不够、计算复杂等原因放弃，最后选用独创的“切线投影法”，其测量原理如下：（1） 采用精密全站仪和弯管目镜在地面上垂直投影弦管任意处南北两侧切点（经试验其投影精度为12mm），两切点地面投影点连线中点即为弦管中心地面投影点；（2） 直接在地面上两台仪器“按双极坐标方式”观测弦管中心投影点平面坐标（即两台全站仪架设在两个控制点上，按极坐标方法同步观测，获取观测目标的两组坐标，检核后取坐标中数）；图3.3 切线投影法测量原理图（3） 在弦管中心投影点上安置免棱镜精密全站仪垂直向上直接测量弦管下方端点高程h1，在主拱设计电子图上直接量取该点截面上（截面为近似椭圆形）至弦管中心的距离h2，则h1+h2即为弦管中心高程。我们对体育场主拱所有切线投影点的两组坐标成果较差（共计396组）进行了精度统计分析：平面观测中误差和高程观测中误差分别为2.51mm和1.15mm。即便考虑全站仪的对中误差、切线投影差及仪器竖向测高差等影响，亦能完全满足主拱三维坐标检测的精度要求。切线投影法由于其作业方法简单、设站灵活，采用“非接触”的测量方式避免了高空作业危险，可以广泛应用于各类高空钢结构坐标检测和变形监测。3.3.2“切线平分法”坐标检测南通市体育会展中心的体育会展馆钢结构桁架中心轴线间距为9米的网架，如图4所示：网架结构分上下两层，上下弦钢结构节点安装位置的准确性对飘逸顶蓬的美观和安全有很大的影响。图3.4南通体育会展中心体育会展馆钢结构施工场景照片及桁架结构图 在体育会展馆节点坐标检测过程中，主要采取了另一种“非接触式”测量三维坐标的方法“切线平分法”，共计测量1164点，达到所测节点三维坐标点位精度 1.5cm的要求。其测量方法如下：（1） 在体育会展馆网状桁架钢结构施工前，施工方在屋顶面采用墨线设置了网格状轴线，经检测轴线交点坐标满足作为钢结构检测控制点的精度要求；（2） 在偏离地面轴线交点一侧（约50厘米处），内分出临时控制点，设置免棱镜全站仪，后视某高程控制点，在需观测的桁架垂直方向照准另一地面临时控制点；（3） 将全站仪在垂直面上分别观测该桁架的上（下）弦管上、下切线位置的垂直角；（4） 最后将仪器垂直角精确调整为某弦管上、下两切线平分线位置，直接测量至该弦管外径的距离，将该距离添加弦管半径后，计算一处出上（下）弦管中心三维坐标；（5） 仪器倒镜后再重复（3）、（4）两步骤观测一次，获取弦管中心两组三维坐标取中数；（6） 同样方法测出节点周边4个点，在cad展点连线即可求出节点中心坐标。由于体育会展馆钢结构的空间姿态为平缓的曲面网架结构，采用切线平分法检测其节点坐标是一种近似观测方案：即切线平分视线并不严格通过近似椭圆形的弦管截面中心，在autocad中采用坡度最大的桁架模拟该观测方案，发现最坏情况是平分线偏离弦管中心约4mm。因此该项目采用的切线平分法虽然作为一种近似的观测方案，已经完全能够满足观测精度要求。切线平分法对于竖向的钢结构测量同样适用（如我们在园博园钢结构基座定位测量就采用该方案标定其球面中心），由于其免去了人员攀爬危险、且无法精确设置标志到结构中心等问题，配套自动采集计算软件，可以在钢结构测量中得到广泛应用。第四章 大型钢结构安装测量大型钢结构安装测量一般分为：地面拼装测量、空中吊装测量和安装后检测等测量工作。如南通市园博园温室钢结构测量的主要内容有：精密地面三维控制网测设；支座测量定位；钢结构网格地面拼装测量；下弦第一排焊接球测量定位；下弦部分节点球标高检测；上弦节点球吊装定位、坐标检测及支撑架拆除后上弦节点球坐标检测。其中365个上弦网壳节点球（如图5所示）要求其定位误差5mm，否则造成价格昂贵的网格状太阳膜拉裂或起皱，是该测量项目的重点和难点所在。图4.1 南通园博园钢结构施工场景照片及“鸭蛋形”钢结构网壳示意图4.1.地面拼装测量为确保大部分节点球内精度可靠，施工方决定在地面预先拼装部分网格（五边形1个，六边形36个，共计37个网格）。需预拼的钢结构网格分处于“鸭蛋形”上弦网壳的各个位置，在空中形态各不相同，需要将其空间设计坐标精确投影转换到便于观测和拼装的地面坐标系统，公司专门研制了“空间坐标转换系统”软件，逐网格将各球心空间三维设计坐标平移、旋转为地面三维拼装坐标。投影后确保同一网格中三个球心位于同一水平面，其余球心基本水平，便于地面拼装，转换后的网格内部几何形态结构保持不变。 图4.2 南通园博园钢结构拼装场景及特制的球心观测标志照片钢结构网格地面拼装测量方法如下：（1） 地面间距数米安置两台1秒级全站仪，采用平行光管技术相互观测十字丝，建立一条控制基准线；根据转换后的球心地面坐标成果，采用全站仪按极坐标法放样各支撑点平面位置；（2） 在支撑上安置钢球，并在球顶面安放特制的球心观测标志（如图6所示），精确观测球心平面坐标，指挥施工方调整钢球平面位置；（3） 采用s05级精密水准仪器测量各球顶面高程，指挥施工人员调整支撑高度；（4） 最后采用两台全站仪按双极坐标法测量球心坐标后，焊接连接杆件固定各钢球。由于全站仪距离观测目标仅数米，采用“双极坐标法”测量两组坐标结果表明：点位中误差2mm。采用