一、工程簡介
北京首都國際機(jī)場3號航站樓工程為中國對外的重要門戶和窗口，同時(shí)也是2008年舉辦奧運(yùn)會的重要配套項(xiàng)目，其中3號航站樓中的T3B大型屋面鋼網(wǎng)架工程,為雙曲面外形，呈飛行體狀；南北方向長約958m，東西方向?qū)捈s775m，其投影面積約為13萬平方米，屋頂標(biāo)高為42m。在航站樓的指廊和主體連接處，設(shè)置一道溫度縫，將整個(gè)航站樓屋頂鋼結(jié)構(gòu)分為三部分。如下圖：
另外為配合屋頂邊緣的曲邊形式以及和內(nèi)部屋頂?shù)倪B接過渡，設(shè)置了邊桁架。邊桁架內(nèi)部部分節(jié)點(diǎn)為直接相貫連接。
屋頂網(wǎng)殼由124根梭形鋼管柱支承，除指廊內(nèi)側(cè)直鋼柱外，其余外側(cè)支撐屋頂?shù)匿摴苤蛲鈨A斜14.5°，共74根。支座采用板銷節(jié)點(diǎn)與柱頂連接，為釋放溫度內(nèi)力，在每個(gè)翼部分別設(shè)置了六個(gè)可沿屋頂切向滑動的支座。
本工程為大面積、大跨度抽空三角錐鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，建筑造型新穎、獨(dú)特，平面布置呈“人”字型。網(wǎng)殼下弦支撐在鋼柱柱頂上與網(wǎng)殼、邊桁架相連，成巨型網(wǎng)殼-支撐結(jié)構(gòu)體系。屋面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由雙向多根不同曲率半徑的圓弧線相交而成，整個(gè)屋蓋只有沿縱向中軸線基本對稱，因此上下弦球節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)在安裝時(shí)必須單獨(dú)定位，由于屋蓋曲面的曲率半徑大，相鄰節(jié)點(diǎn)最小高差小，安裝時(shí)必須精密定位。內(nèi)部網(wǎng)架大部分為標(biāo)準(zhǔn)抽空I型三角錐網(wǎng)殼，局部為三角錐網(wǎng)殼，形成圓滑的曲面，整體球桿連接形成微彎的過渡，外觀看似正三角形和六邊形的網(wǎng)格，相鄰的桿件尺寸和螺栓球的規(guī)格、坡面角度都不一樣。
二、測量難點(diǎn)分析
本工程作為國門工程及2008年北京奧運(yùn)會重點(diǎn)工程，為保證其施工質(zhì)量，控制好施工過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是非常重要的，而測量工作將是項(xiàng)目施工管理的重要環(huán)節(jié)，測量成果準(zhǔn)確與否，直接影響工程的施工進(jìn)度、施工質(zhì)量，同時(shí)也是項(xiàng)目創(chuàng)優(yōu)的必要保證。
工程測量有利方面:
1、指廊部分結(jié)構(gòu)南北方向高差一致；
2、 整體結(jié)構(gòu)以36x42m的棱形柱網(wǎng)分割成若干單元；
3、邊桁架及連桁架均為正方結(jié)構(gòu)，即桁架與柱子連接的一端上下弦投影位置相同。
工程測量不利方面：
1、本工程屬于大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，國內(nèi)首例，結(jié)構(gòu)變形比較復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)本身造型比較復(fù)雜；
2、安裝方案采用桁架整榀吊裝，網(wǎng)架采用散裝方法，測控的范圍和方法不統(tǒng)一；
3、節(jié)點(diǎn)類型較多，定位和控制點(diǎn)的確定難度大。
測量儀器、工具必須準(zhǔn)備齊全，其中全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀及大盤尺等重量儀器、工具必須送甲方指定的計(jì)量所檢定，送檢過的儀器、工具必須保證在符合使用的有效的有效期內(nèi)，并保留相應(yīng)的檢驗(yàn)合格證備查。
工程測量使用的主要儀器
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名稱
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精度
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數(shù)量
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用途
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全站儀
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2″
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1
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主軸線測設(shè)、安裝測量
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經(jīng)緯儀
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2″
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1
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次要軸線的測設(shè)
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水準(zhǔn)儀
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S3
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2
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高程控制
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5m塔尺
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mm
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1
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高程傳遞
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5m鋼卷尺
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mm
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1
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高程傳遞
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50m鋼卷尺
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mm
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1
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控制點(diǎn)檢核
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計(jì)算機(jī)
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2
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內(nèi)業(yè)計(jì)算
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對講機(jī)
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5km
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5
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通訊聯(lián)絡(luò)
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土建測設(shè)的施工控制網(wǎng)及水準(zhǔn)點(diǎn)，鋼柱基礎(chǔ)沉降量記錄經(jīng)現(xiàn)場移交后，作好標(biāo)記，并保留相應(yīng)資料。
本鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝測量工作內(nèi)容包括：邊桁架軸線定位,投影線幾何尺寸控制、標(biāo)高控制，變形觀測、網(wǎng)架安裝測量等。由于本鋼結(jié)構(gòu)安裝大部分是建立在土建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)安裝測控網(wǎng)就依據(jù)土建施工的測量控制網(wǎng)布設(shè)，測控儀器：全站儀、經(jīng)緯儀和水平儀。具體操作為：
1、全面復(fù)核土建的測量控制網(wǎng)和軸線及標(biāo)高。
2、復(fù)測基礎(chǔ)預(yù)埋件的預(yù)埋尺寸、平整度、及標(biāo)高。
3、復(fù)測預(yù)埋螺栓組的縱橫軸線及螺桿的垂直度。
4、設(shè)置好墊板組，控制好構(gòu)件安裝的標(biāo)高和軸線。
五、測量控制措施
（一）、邊桁架拼裝測量
邊桁架拼裝場地應(yīng)選擇水平堅(jiān)硬處，同時(shí)為減小邊桁架拼裝過程中胎模架著力點(diǎn)的沉降，在地面上鋪設(shè)一層鋼板。然后按邊桁架尺寸在鋼板上測設(shè)出各節(jié)點(diǎn)投影點(diǎn)。預(yù)拼裝所用的支撐凳和平臺應(yīng)測量找平，檢查時(shí)應(yīng)撤除全部臨時(shí)固定和拉緊裝備。
1、測量方法
地面拼裝主要采用常規(guī)測量，以直角坐標(biāo)及距離交會法等常規(guī)測量方法。用經(jīng)緯儀放出主控線，然后根據(jù)各球節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，在地面作出各球節(jié)點(diǎn)的投影點(diǎn)，為了提高劃線精度，各節(jié)點(diǎn)的投影點(diǎn)用鋼針在鋼板上刻劃；邊桁架的平整度、上下弦標(biāo)高的對應(yīng)關(guān)系采用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行控制，地面拼裝水準(zhǔn)基準(zhǔn)采用相對基準(zhǔn)。
2、檢查方法：
（1）節(jié)點(diǎn)平面位置
主要用鋼尺和小垂線球，檢查桁架節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)投影點(diǎn)是否符合限差。
（2）節(jié)點(diǎn)高程
用水準(zhǔn)儀和塔尺檢核各節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高，由于節(jié)點(diǎn)是球狀，所對應(yīng)的標(biāo)高為球體中心，為了減小誤差，實(shí)測球體下端，用塔尺0m處頂住球體的切點(diǎn)，使塔尺下沿中線靠近投影點(diǎn)，為了更好的消除誤差，對每個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行多次測量。（本工程標(biāo)高控制每節(jié)點(diǎn)測量3次，最后取平均值）
再根據(jù)不同球的半徑，加上實(shí)測標(biāo)高即為節(jié)點(diǎn)理論標(biāo)高。（以下節(jié)點(diǎn)標(biāo)高控制方法相同）
3、地面拼裝測量精度要求：邊桁架總長（總長約32米）允許誤差±5.0mm；節(jié)點(diǎn)部位，要求節(jié)點(diǎn)中心偏移≤±1.0mm。為提高刻劃精度，采用鋼針刻劃，刻劃寬度小于0.1mm。
4、邊桁架地面拼裝結(jié)束后，要按以上精度要求對桁架進(jìn)行全面復(fù)核，并做好記錄，合格后方可進(jìn)入下道工序的施工。一榀桁架拼裝完成下胎后進(jìn)行下一榀桁架拼裝前，必須對胎膜架的幾何尺寸進(jìn)行復(fù)核。
（二）、中軸線的控制
1、斜柱相對應(yīng)中軸線的控制點(diǎn)
(1)、斜柱相對應(yīng)中軸線的控制點(diǎn)具體概算
根據(jù)柱底坐標(biāo)（6874.615,6663.239）、柱頂坐標(biāo)(6880.78785,6666.80302)與柱底到中軸線的距離d，反算控制點(diǎn)的坐標(biāo)。具體概算步驟：
①、計(jì)算出起始方位角αab；
αab=arctgΔYab/ΔXab=30°0′03″
所以柱底到中軸線控制點(diǎn)的方位角為210°0′03″
②、柱底到中軸線的距離S
S=D-d=18-((5.25-(-4.5))* tg14.5°=15.478m
③、計(jì)算坐標(biāo)增量
ΔX=COS210°0′03″*15.478=-13.404
ΔY=SIN210°0′03″*15.478=-7.739
所以:控制點(diǎn)A1坐標(biāo)X=柱底X座標(biāo)+ΔX=6861.2108
Y=柱底Y座標(biāo)+ΔY=6655.4998
④、其它鋼柱控制點(diǎn)的計(jì)算方法和以上相同。
⑤、在指廊及兩翼部部分鋼柱所對應(yīng)的控制點(diǎn)的連線及為建筑中軸
（2）、實(shí)地放樣
①、在一級控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用全站儀坐標(biāo)放樣法施測控制點(diǎn)，在+5.25m樓面做出標(biāo)識，定位精度1/4000。在測設(shè)出中軸線控制點(diǎn)后，由于相鄰兩控制點(diǎn)距離為41.569m，為了減小彈線誤差，在一控制點(diǎn)上精確整平經(jīng)緯儀，用相鄰控制點(diǎn)定向，卡緊儀器水平微動螺旋，調(diào)節(jié)垂直微動螺旋，在兩控制點(diǎn)間加密若干點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上彈出中軸線。
②、施測控制點(diǎn)的精度按Ⅰ級平面控制實(shí)施，測角中誤差為±9″，邊長相對中誤差1/25000，相鄰兩點(diǎn)的距離誤差≤±2.0mm
（三）、高程的測量
1、本工程高程基準(zhǔn)面采用一級控制點(diǎn)高程系統(tǒng)，以30.950m為±0.00m；
（1）高程的傳遞
a、高程的傳遞采用水準(zhǔn)儀引測，原則上從一級控制點(diǎn)上按支水準(zhǔn)引測，現(xiàn)場有±0.000標(biāo)高，對±0.000復(fù)核達(dá)到精度可采用次基準(zhǔn)，施工樓面上按施工需要測設(shè)若干個(gè)高程控制點(diǎn)，標(biāo)識出實(shí)際標(biāo)高，高程點(diǎn)間用水準(zhǔn)儀檢核，誤差≤±1″。
b、為了方便施工，在測量出的高程控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，用水準(zhǔn)儀將高程引測到柱體上，為方便計(jì)算，一般取整數(shù)。
c、在引測時(shí)，每個(gè)施測面至少要從三處向上傳遞，校準(zhǔn)合格后方可使用。
（四）、邊桁架控制測量
1、邊桁架與斜柱中心點(diǎn)定位
（1）、由于邊桁架及與之聯(lián)系桁架均為正放結(jié)構(gòu)，即桁架與柱子連接的一端上下弦管投影為一條線，但由于翼部兩側(cè)柱子均為14.5°的斜柱，按三角關(guān)系算出桁架下弦與柱子連接的一端投影到柱底中心的偏移量，見（圖1—1）。即中軸線到柱高16328mm斜柱中心距離為22223mm,用全站儀測距確定斜柱中心點(diǎn)。
（2）、測量方法:在中軸線A點(diǎn)處架設(shè)全站儀,精確對中、整平儀器，以中軸線上另一點(diǎn)B定向，以水平角90°，平距22223mm測設(shè)出點(diǎn)C，點(diǎn)C即為邊桁架與斜柱中心點(diǎn)定位點(diǎn)。見（圖1—2）
（3）、安裝精度保障
鋼結(jié)構(gòu)安裝精度要求支座中心偏移L/3000，支座最大高差為30.0mm
2、邊桁架下弦節(jié)點(diǎn)定位
（1）、 根據(jù)中軸線與斜柱中心點(diǎn)的關(guān)系，在中軸線確定點(diǎn)1、2，按桁架球節(jié)點(diǎn)間距離在中軸線上確定A、B、C、D等點(diǎn)，由于邊桁架在地面拼裝時(shí)各節(jié)點(diǎn)已有精密控制，所以安裝時(shí)不需要考慮節(jié)點(diǎn)的平面控制；（見圖1—3）
（2）、邊桁架標(biāo)高的控制
①、胎架在承重沉降穩(wěn)定后，可進(jìn)行高程控制。在樓面架設(shè)水準(zhǔn)儀，后視水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，采用鋼尺配S3水準(zhǔn)儀,將標(biāo)高傳到各控制節(jié)點(diǎn)。
②、測量方法：將水準(zhǔn)儀架設(shè)在+5.25m樓面，后視以+6.00m為基準(zhǔn)，將塔尺下端貼在+6.00m線處，測得差值為1m，再將水準(zhǔn)儀前視節(jié)點(diǎn)102，用鋼卷尺0m放于球節(jié)點(diǎn)中心位置，讓鋼卷尺下垂，使13m與水準(zhǔn)儀中心視線重合，即102點(diǎn)標(biāo)高就達(dá)到理論標(biāo)高。（見圖1-4）
（3）、下?lián)隙瓤刂疲乐硅旒芟鲁?/span>
a、為防止桁架在與之相關(guān)網(wǎng)架連接前后的變形，在邊桁架撤除支撐前后要對（圖1—5中）節(jié)點(diǎn)A、B節(jié)點(diǎn)的高程的測控。
b、具體方法：在邊桁架安裝固定后，用水準(zhǔn)儀配鋼卷尺測出相應(yīng)球節(jié)點(diǎn)標(biāo)高，用支撐調(diào)節(jié)到理論高度，并作好記錄，在與之相關(guān)的網(wǎng)架安裝完后撤除支撐后，再測量其標(biāo)高，使其標(biāo)高變化符合精度。
c、精度保障
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項(xiàng) 目
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允許偏差
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節(jié)點(diǎn)中心偏移
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±2.0
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焊接球節(jié)點(diǎn)的偏移
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±1.0
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桁架跨中高度
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±3.0
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（五）、網(wǎng)架安裝測量
根據(jù)施工方案與施工要求，網(wǎng)架安裝采用高空散裝法。根據(jù)安裝經(jīng)驗(yàn)，網(wǎng)架控制主要以焊接球?yàn)橹饕刂?，由于GPS點(diǎn)距施工區(qū)較遠(yuǎn)，不方便放樣各球節(jié)點(diǎn)，所以在施工區(qū)域布設(shè)平面控制網(wǎng)。
1、施工控制網(wǎng)的布設(shè)是根據(jù)施工進(jìn)度與施工現(xiàn)場需要，它的布設(shè)原則是滿足各細(xì)部控制測量的需求，網(wǎng)形視施工現(xiàn)場而定，T3B工程平面控制網(wǎng)形根據(jù)各部形狀而定。
以E～D軸區(qū)域內(nèi)為例
在平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)球節(jié)點(diǎn)9784、9925、9931、9790的坐標(biāo)，用坐標(biāo)反算在樓面測設(shè)出球節(jié)點(diǎn)9784、9925、9931、9790的投影點(diǎn)。
1、平面控制網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)
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等級
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邊長（m）
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測角鐘誤差
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邊長相對中誤差
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相鄰兩點(diǎn)距離誤差
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Ⅰ
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100～200
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±5″
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1/4OOOO
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±2mm
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|
Ⅱ
|
50
|
±10″
|
1/20000
|
±2mm
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2、高空平臺拼裝測量
由于網(wǎng)架采用散裝，測量平臺在滿膛腳手架上，測量平臺采用鋼板與腳手架焊接，平整度好、固定性強(qiáng)，拼裝精度誤差要求不大于±2mm。
3、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的允許偏差
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項(xiàng)目
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允許偏差
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縱向、橫向長度
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L/2000，且不應(yīng)大于±30.0
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