雙曲面鋼化玻璃典型應用

北京天文館以建筑風格現(xiàn)代、特異而獨領(lǐng)風騷，玻璃幕墻工程是該工程的主要組成部分，四個玻璃旋體和馬鞍形雙曲面玻璃通道等特殊建筑形態(tài)充分表達了建筑師通過天體物理學的數(shù)學模型來表現(xiàn)宇宙天文世界的美學創(chuàng)意。旋體和馬鞍通道鋼結(jié)構(gòu)均為空間三維彎曲，加工復雜，安裝控制精度要求高。在安裝過程中，測量是一項專業(yè)性較強且又非常重要的工作。

平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的測設(shè)

1.1平面控制網(wǎng)的測設(shè)

首先，對總包公司提供的控制點和有關(guān)起算數(shù)據(jù)(C軸軸線和C軸與1-18軸交點)，用SET2110全站儀分別進行兩測回測角測距，檢測無誤后即將其作為該工程平面控制網(wǎng)的基準點和起算數(shù)據(jù)。

以天文館西南角1軸與A軸交點為原點，1軸為X軸，A軸為Y軸，建立獨立施工平面坐標系。

施工坐標與城市坐標的換算關(guān)系:

以C軸軸線為基準點，根據(jù)現(xiàn)場通視條件和四個旋體、馬鞍形通道、D軸幕墻的位置，采用極坐標法，用全站儀放樣出平行于C軸的矩形平面控制點。用全站儀按一級導線技術(shù)要求，對控制點進行閉合導線測量，建立平面控制網(wǎng)。

矩形平面控制網(wǎng)的四個頂點實測坐標分別為:

1.2高程控制網(wǎng)的測設(shè)

首先，對總包公司提供的施工現(xiàn)場控制點與城市水準進行聯(lián)測，然后用DSG320自動補償水準儀按照四等水準測量規(guī)范要求，把高程點引測到每個平面控制點上，并以此作為高程控制網(wǎng)。

全站儀三維坐標應用

傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀+鋼尺測量法，是目前鋼結(jié)構(gòu)安裝及校正測量所采用的普遍方法，其原理簡單、直觀，容易被大多數(shù)人所接受，但細部放線工作較多，工作量較大，對現(xiàn)場的通視條件要求較高，工程耗費大量的人力、物力，而且效率較低。在高新技術(shù)日益發(fā)展的今天，全站儀和計算機得到了廣泛的應用，運用接口技術(shù)使二者相連，建立一套完整的全站儀實時測繪系統(tǒng)，對鋼結(jié)構(gòu)進行測量校正。

根據(jù)北京天文館玻璃幕墻工程的特點，對相對簡單的D軸立面幕墻和采光頂棚的結(jié)構(gòu)安裝采用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀+鋼尺測量法，對相對較復雜的四個玻璃旋體及馬鞍形玻璃通道鋼結(jié)構(gòu)安裝、檢校采用全站儀三維坐標放樣的方法。

2.1基本原理

(1)根據(jù)該工程的特點和平面圖的具體情況，以天文館獨立施工坐標系為基準，計算各鋼構(gòu)柱中心和控制點在該坐標系下的理論坐標，運用極坐標原理對鋼柱進行測量放樣;

如下圖所示，O(Xo,Yo,Zo)為測站點，P(Xp,Yp,,Zp)為放樣點，io為儀高，vp為棱鏡高，L為平距，S為斜距，V為天頂距，α為水平方向值，則P點相對測站點的放樣參數(shù)為:

放樣原理圖

(2)運用全站儀、反射貼片對已初步安裝的鋼構(gòu)件進行三維坐標檢測;檢測結(jié)果與鋼構(gòu)件控制點的理論坐標進行比較;對誤差超限的鋼構(gòu)件進行校正;

鋼結(jié)構(gòu)檢測示意圖

(3)運用全站儀、反射貼片對已安裝完成的鋼構(gòu)件進行三維坐標實測，運用全站儀數(shù)據(jù)采集器、接口技術(shù)使全站儀和計算機二者相聯(lián)，在計算機上建立準確的鋼構(gòu)件三維立體圖，并以此作為玻璃下單的依據(jù)。

三維直角坐標系

2.2全站儀三維定點的精度分析

全站儀測定空間某點P的三維坐標計算公式為:

因測站點亦為高程控制點，儀器高采用鋼卷尺精密測量，取mi=2mm

對于SET2100型全站儀，采用盤左盤右坐標取平均，且m0=2〃，

ms=2+2pp·D代入(2)式計算，結(jié)果見下表

在實測過程中，最大天頂距為650，最大視距為78m，故待測點(采用盤左盤右取平均)的平面最大點位中誤差和高程中誤差分別為:

2.3無儀高測量法

精密全站儀測定目標點的三維坐標, 目標點標高是三角高程測得的。從以上精度分析中可看出，三角高程測量中儀器和目標高的誤差是高程中誤差的主要來源。用反射貼片代替棱鏡基本可消除目標高誤差，為確保精度并消除三角高程測量中量測儀器高的誤差對觀測成果影響，可采用了高程測量無儀高作業(yè)法。其基本原理是:假設(shè)測站高程為H0，儀器高為i，從測站觀測第一個目標點設(shè)為已知高程點，高程為H1，目標高為0，則觀測第一點的高程和傳遞表達式為:

(3)式說明;第j點高程=已知高程H1+已知高程點至第j點的間接高差⊿h1j。由于h1或hj均為全站儀望遠鏡旋轉(zhuǎn)中心至目標點的高差，并不涉及儀器高，故間接高差 h1j也與儀器高無關(guān)。根據(jù)這一原理，觀測方案如下:

首先觀測測站到基準點間的高差h1，然后將全站儀置于三維坐標測量狀態(tài)，輸入測站點的坐標X0，Y0，而Z0以虛擬高程H0(H0=基準點高程-h1)輸入，儀器高，棱鏡高均輸入0。最后，測量起始方向即可進行觀測。

總結(jié)

(1)全站儀三維坐標放樣法可以同時進行多根鋼結(jié)構(gòu)柱的放樣、檢校，提高了工作效率，提高了測量精度，在空間結(jié)構(gòu)復雜的工程放樣、檢測中，應得到推廣應用。

(2)在天文館四個玻璃旋體及馬鞍形玻璃通道的玻璃下單中，運用全站儀、反射貼片對已安裝完成的鋼結(jié)構(gòu)進行實測，建立準確的鋼結(jié)構(gòu)電腦三維立體圖，可保證下料單的精度，避免鋼化玻璃因下單誤差而造成的損失。

(3)全站儀三維坐標放樣法的標高放樣采用無儀高、反射貼片代替棱鏡的三角高程測量，精度、效率較高，在空中定位測量有較好效果，在復雜的空中結(jié)構(gòu)安裝中較水準儀+鋼尺法應用更便捷。

下面由杭州福隆鼎玻璃有限公司提供雙曲面鋼化玻璃施工及設(shè)計方案:鋼制龍骨首先分兩步進行，首先將龍骨的外形按設(shè)計要求的曲線制作成形，并保證將誤差控制在±2.5mm之內(nèi)，并安裝到位，再按每隔100mm作一個與玻璃面的切線對應點，確定扭曲度數(shù)并逐級校正成形，確保玻璃邊緣與龍骨槽口吻合;同時鋼構(gòu)制作中，細節(jié)問題必須經(jīng)過設(shè)計與玻璃生產(chǎn)廠家的同時配合，確保工程準確、速度按時完工。

異形玻璃雙曲面鋼化玻璃的加工采用特殊雙曲面彎鋼爐加工而成(一次成形)，避免了傳統(tǒng)鋼制模具制作的方法，從而有效的減短生產(chǎn)周期，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，保證玻璃的曲面偏差在一定范圍之內(nèi)，外形尺寸偏差在±5mm之內(nèi)，保證玻璃的曲面外形尺寸和鋼構(gòu)的吻合，達到設(shè)計的最終要求，合二為一。

最大尺寸:4000×2200

最小尺寸:500×500

最小半徑:5mm-12mm R>1000

15mm-19mm R>2000

玻璃組合:6mmLOW-E+12A+6mm+1.9PVB+6mm