深圳大运中心主体育场铸钢节点验收及拟合预拼装技术

深圳大运中心主体育场铸钢节点验收及拟合预拼装技术

陈江，陈韬，徐聪，严小霞

[摘要]:深圳大运中心主体育场采用内设张拉膜的钢屋盖体系，钢结构形式为单层折面空间网格结构，分为铸钢节点和焊接节点两种形式。运用计算机拟合技术，成功解决了超重、复杂、多分支铸钢节点验收难题，并通过实测坐标与理论坐标的拟合，将其应用到构件预拼装方面，在限定的较短工期内达到了快速、精准的构件拼装效果，确保了施工质量和施工进度，同时指出节点、构件的误差来源及消除措施。 [关键词]:深圳大运中心；铸钢节点；拟合；验收；预拼装

Acceptance and Fitting Pre-assembling Technology for Cast Steel Joints in

Shenzhen Universiade Sports Center Main Stadium

ChenJiang，ChenTao，XuCong，Yan Xiaoxia

[Abstract] Steel roof system with inner tensioned membrane is applied in Shenzhen Universiade Sports Center Main Stadium，whose steel structure is single-layer folded-surface spatial grid. The steel structure includes cast steel joints and welding joints. By computer fitting technology，the acceptance for overweight，complex and multi branches cast steel joints are successfully completed. Besides，through fitting of actual coordinate and theoretical coordinate，this technology is also used in pre-assembling of construction progress and quality. Furthermore，the error causes and elimination measures for joints and structures are put forward.

[Keywords] Shenzhen Universiade Sports Center；cast steel joint；fitting； acceptance；pre-assembling

1 工程概况

深圳大运中心主体育场采用了内设张拉膜的钢屋盖体系，钢结构形式为单层折面空间网格结构，平面形状为285m×270m椭圆形，最高点的高度为44.1m，在不同的区域悬挑长度分别为51.9～68.4m。

钢结构构件通过支座、背谷、背峰、肩谷、肩峰、冠谷、冠峰、内环等承力节点进行连接，形成稳定的复杂空间结构体系（见图1）。

姿态各异，铸钢节点的精度直接影响到节点-主杆件组合构件拼装、后续构件安装质量，是保证钢结构整个结构安装精度的重点。因此，铸钢节点安装前的检查验收尤为重要。 2 工作思路

由于本工程采用大量铸钢节点，而且外形尺寸及重量在国内建筑领域均为首创，节点最多10个支管（见图2），因此现场使用全站仪对大批量铸钢节点的拟合验收及预拼装做出详细价绍。

图1 铸钢节点分布示意（红色部分）

图2 肩谷节点示意

结构的支座、背峰、背谷、肩峰、肩谷、冠谷位置采用铸钢节点，共120个，单件最重约90t，总重4000t。冠峰、内环位置为焊接节点，共40个。

本工程铸钢节点形状复杂、多支腿、体形大，单件重、

采用高精度全站仪，对到场的铸钢节点逐一测量检查，检测出铸钢节点各管口的相对三维坐标，将记录的各支管三维坐标值输入计算机，连接各点形成三维线模，与设计模形

中建钢构有限公司科技成果汇编（2009-2010年度） 反复拟合，找出铸钢件实物支管中心点与模型的偏差，从而做好安装与构件拼装的预控，保证钢结构整体的安装精度。 3 节点验收 铸钢节点的主要测量验收工作包括：节点各支管的圆度、各支管端口圆心的空间坐标、连接耳板的定位点、各组合构件的现场拼装定位，现场主要组合吊装构件：①杆件与背峰、支座节点 背峰节点与杆件在地面焊接（见图3a）；②杆件与肩峰节点 肩峰节点与两杆件地面焊接（见图3b）；③杆件与冠峰节点 在地面两个接口焊接，另两个接口临时螺栓连接（见图3c）。

a背峰—支座组合构件 b肩峰组合构件

c冠峰组合构件 图3 现场主要组合吊装构件

3.1 验收测量人员及仪器配备

为确保现场安装进度，钢结构测量配备8人。 测量仪器、工具准备齐全，其中全站仪、钢尺等工具必经指定的计量所检定，现场检测仪器保证在使用有效期内，配备仪器和工具如表1所示。

表1 测量仪器、工具

序号 名称 型 号 数量 备注 1 全站仪(配弯

索佳

管目镜) Setl130R3 2 控制测量 2 激光反射片 20×20 100 接收反射点 3 三脚架 公英制通用 4 架设仪器 4 磁力线锤 0.5kg 4 圆心定位 5 钢卷尺 5m 2 肢管直径检查 6

自制十字架

/

1

圆心测量定位

3.2 节点外形尺寸

铸钢节点的外形尺寸检查重点是直径、各支管长度、各支管端部中心间距，其中直径可直接通过拉钢尺的方法检查，首先将支管端部做四等分，在等分点a，b，c，d 4点用油漆笔做好醒目标记（见图4），然后量取该4点直线距离取平均值。支管长度以及各支管中心距采用全站仪测量端点圆心坐标进行拟合得出偏差。

图4：铸钢节点端部尺寸定点测量检查

3.3 节点空间坐标检测

对到场的铸钢节点分别进行相对三维空间坐标（即节点自身各支管相对位置）测量，由于各支管朝向各不相同，全站仪无法一次对所有支管端口进行观测，所以对于每一个节

点都要建立独立的坐标系，当全站仪进行转点测量时，以保证2个或3个测站点处于同一坐标系内（见图5）。

图5 铸钢节点相对三维空间坐标测量

3.4 测量要点

对于测量坐标系的建立要以测站点、后视点地面坚硬，架设仪器不下沉，各测站点互相通视为原则。

端口圆心定位的准确性至关重要，根据之前对支管端部的直径、周长检查，定出支管端部4个象限点，拉上磁力线锤确定圆心，然后将激光反射薄膜十字心与磁力线锤十字线重合。

激光反射薄膜厚度不超过1mm，在全站仪数据面板显示的坐标读数即为该点的实际坐标值，省略了棱镜对中测量时的坐标换算的麻烦。另外，由于现场地面不可能保证绝对平整，每次转点全站仪的高度都不想同，用钢尺测量又不能保证精度，因此，每次转点前对周边一固定点作一次高程测量，完成后以第1次测量度度为准，之后每次转点均以该点反算出全站仪高度。另外测量时，应充分考虑外界因素的影响，如太阳照射，风力、温度、气压等因素。

4 内业验收与拟合预拼装过程 4.1 节点拟合操作

将实测坐A1，B1，C1，D1，E1，F1，G1，H1三维坐法逐个输入计算机。将实测点连线，将测线模与设计的标准三维

中建钢构有限公司科技成果汇编（2009-2010年度）

线模以最大限度地拟合对齐。

首先以B点为起始点、BC、BF为起始边对齐，然后以E为起始点，EC、EF为起始边进行对齐拟合操作，需注意的是拟合起始边尽量选择空间距离最大的两条边，并且不断地更换起始边重复拟合，选择最小偏差值。通过不断对比重合，实测节点的支管长度，也可得出支管端部间距。如图6所示。

a 实测坐标连线 b 理论坐标连线 图6 实测节点与理论节点坐标拟合

4.2 构件拟合预拼装

本结构大部分构件在地面进行拼装组合吊装，从而避免大量的高空焊接，最大限度保障施工人员的安全，但是对于如此大的地面拼装工作量，如合确保构件拼装精度和速度，钢结构拼装采用计算机拟合拼装法进行。

计算机拟合预拼装法是运用节点拟合验收法的改进，将需地面拼装的构件中节点三维空间坐标测量输入计算机还原实物后，再将此组合构件整体标准模型与安装现场节点拟合对齐，将各分支构件从安装坐标转换至拼装坐标，从而达到快速、精准的现场拼装。

1）节点坐标现场测量

此方法是以节点坐标换算出节点拼装的名支管端部中心坐标，因此从测量开始一直到拼装结束需保持节点固定，采用硬性加固措施以保证节点稳固。

2）电脑拟合

以肩峰组合构件现场拼装为例，道先将肩峰节点各支管圆心实测坐标输入计算机，并连线形成线模；然后将该组合构件通过拟合方式与实测节点坐标对齐，从而将组合构件的安装坐标转换到现场拼装坐标；最后量取两杆件的外端圆心三维坐标，返还现场进行拼装施测，如图7所示。

a 输入现场已固定节点端口圆心三维坐标

b 将安装状态下的给合构件模型与实测坐标组成的线模对齐

c 量取组合构件端部圆心坐标

图7 组合构件从安装状态转换到现场拼装状态

5 误差来源及消除措施

1） 误差来源

通常情况下，节点、构件的误差来源于构件自身加工误差、构件在运输和转运过程中的碰撞变形、因日照和温差造成的缩胀变形等。若不采取相应措施消除累积误差，将会给结构安装带来严重的质量隐患。

2）消除措施

首先在构件的运输、倒运过程中，采取合理的保护措施，布设合理吊点；对于超重、超长构件（肩谷节点）在深化设计时采用分段制造；构件堆放时采用自制马凳等减小构件自身变形。对于构件自身加工误差，按照节点拟合测量验收的数据对与其相接的杆件进行修整预调，从而将构件的拼装、安装误差降至最低。 6 结语

在深圳大运中心在短短两个月时间完成120件铸钢节点拟合验收与60件构件拟合件预拼装，完全满足施工现场需求，现场安装经预调修整构件和节点，加快钢结构安装进度，施工效率与施工质量均得到提升，成功解决了超重复杂多支节点验收、拼装的难题，为其他类似构件形式提供借鉴。

参考文献：

[1] 陆建新，冯长胜，党保卫.复杂X形节点钢柱外观尺寸的测量验收[J].施工技术，2008，37（5）.

[2] 陆建新，戴立先，冯长胜，等.广州珠江新城西塔超高层钢结构施工测量关键技术的研究与应用

[3] 戴立先，尹昌洪，张根宝，等.河南省广播电视发射塔钢结构安装技术[J].施工技术，2008，37（5）

注：本论文发表在《施工技术》2010年 第8期