超高層鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜空間坐標測量定位技術(shù)

張淑莉

(中鐵建設(shè)集團有限公司， 北京 100000)

中關(guān)村金融中心工程為150 m高的全鋼結(jié)構(gòu),工程造型獨特,施工測量復(fù)雜,外輪廓為世界上獨一無二的雙曲面結(jié)構(gòu),豎向為半徑750 m的圓弧,平面圓弧最大半徑為100 m。鋼柱全部為三維坐標定位,核心筒以外的定位軸線全部為弧線。通常的施工測量方法在本工程中已經(jīng)不再適用。

1 施工測量特點

1.1 控制網(wǎng)的建立

工程配樓、連廊、塔樓整個控制網(wǎng)交相呼應(yīng),由多條曲線組成。在確定控制網(wǎng)時,除了三部分獨立編制各自測量網(wǎng)外,必須將三部分結(jié)合起來綜合考慮,建立統(tǒng)一的定位控制網(wǎng)?，F(xiàn)場不可能按照圖紙的定位方法建立控制網(wǎng),普通工程控制網(wǎng)的建立方法在本工程中也不再適用，必須根據(jù)圖紙和現(xiàn)場的測量儀器采取適合本工程的測量方法。

1.2 塔樓柱子測量定位

該工程鋼結(jié)構(gòu)柱子全部為坐標定位,且±0.00 m以上外柱為四層一折形成，折線角度變化9次形成一個雙曲面結(jié)構(gòu),所以柱子的定位每層均不相同,必須采取特殊的空間定位技術(shù)進行柱子的測量定位。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量

鋼結(jié)構(gòu)工程的測量和一般混凝土結(jié)構(gòu)工程的測量方法不同,大量的測量工作是對鋼結(jié)構(gòu)安裝的跟蹤測量校正。鋼結(jié)構(gòu)安裝的測量校正技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)工程的特點也是難點。

2 控制網(wǎng)的建立

2.1 平面控制網(wǎng)建立

(1)基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)建立

采用內(nèi)控制網(wǎng)和外控制網(wǎng)相結(jié)合的測量控制措施,即內(nèi)控制網(wǎng)由4個點組成,布置在樓內(nèi)的核心筒內(nèi),實際施工時,根據(jù)結(jié)構(gòu)梁的位置關(guān)系,避開梁的位置,在每層板上預(yù)留4個200 mm×200 mm的激光垂直儀孔洞。外控制網(wǎng)由14個控制點組成,其中主樓部位設(shè)有7個控制點,連廊設(shè)有4個控制點,配樓設(shè)有3個控制點(不同部分的控制點可以相互借用,以此達到相互校核的作用),外控制點到建筑物應(yīng)有足夠的距離,以便于放樣和變形觀測。內(nèi)外控制網(wǎng)連成一體并統(tǒng)一在建筑坐標系下,同時還要與北京城市坐標系聯(lián)測,以確定城市坐標系與本工程建筑坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。樓外的點位設(shè)置于基坑外比較穩(wěn)固且通視良好的部位。另外,在高程控制上,要在距離本工程一定位置的地方埋設(shè)至少3個水準基準點組成高程點組。樓內(nèi)外控制點位見圖1。

圖1 基礎(chǔ)測量控制點位

(2)塔樓地上平面控制網(wǎng)

為方便施工測量,提高施測效率,施工測量可分為兩個區(qū)域進行。核心筒的施工測量是一個單獨區(qū)域,核心筒外的鋼柱施工測量是另一個區(qū)域。根據(jù)工程的高度(150 m)和工程的特點,采用內(nèi)控法和外控法相結(jié)合的方法。

外控網(wǎng)建立：將核心筒最外邊的四條軸線分別向外擴1 m,形成核心筒外控平面網(wǎng)(見圖2)。

圖2 核心筒外控平面控制網(wǎng)(單位：mm)

內(nèi)控網(wǎng)建立：從首層(±0.000 m以上)開始往上的所有層,必須要在核心筒每層頂板上預(yù)留孔洞，以便用激光鉛垂儀進行測設(shè)。a、b、c、d四個軸線的交點作為本工程的內(nèi)控網(wǎng),每層板上預(yù)留4個200 mm×200 mm的激光鉛垂儀孔洞,用來投測施工時使用(見圖3)。

圖3 內(nèi)控平面控制網(wǎng)(單位：m)

(3)外圍鋼柱測量平面控制網(wǎng)

因本工程南北柱子為斜柱,東西兩側(cè)為直柱,因此南北和東西分別建立兩個平面外控制網(wǎng)(見圖4和圖5)。

圖4 南北外控平面網(wǎng)(單位：m)

圖5 東西外控平面網(wǎng)(單位：m)

圖6 高層鋼結(jié)構(gòu)測量定位

2.2 高程控制網(wǎng)的建立

(1)用校核無誤后的水準點向現(xiàn)場較永久的建筑物上外測本工程的±0.000 m,用紅色油漆作“▲”標記,作為本工程的高程依據(jù)。為提高精度,在引測過程中必須保持前后視等長。

(2)在施工過程中,必須經(jīng)常進行現(xiàn)場高程點的復(fù)測工作,確保引測的高程點正確無誤。在現(xiàn)場布設(shè)4-5個同等高程的高程點作為地下地上高程的依據(jù),要在距離本工程一定位置的地方埋設(shè)至少3個水準基準點組成高程點組。

3 鋼柱測量控制技術(shù)

3.1 地腳螺栓埋設(shè)測量

在地腳螺栓的頂端臨時安裝一定位鋼板,與預(yù)埋鋼板平行并與地腳螺栓垂直。利用架設(shè)在柱縱、橫軸線交點上的兩臺經(jīng)緯儀垂直交匯,定位鋼板上的縱橫軸線允許誤差為0.3 mm。

3.2 外控法控制鋼柱的位置

利用圖4和圖5作為外控法的軸線控制依據(jù),采用全站儀進行鋼柱的定位(見圖6)。

(1)南北鋼柱定位(見圖4)

用全站儀把o點坐標定出來,在o點放置一臺DJD2A級的電子經(jīng)緯儀,作為塔樓南北鋼柱的主控點。定出A、B、C控制線,根據(jù)圖紙尺寸把TR2-TR7各軸線與c軸的交點定出來,同樣把TR8-TR14軸線與a軸的交點定出來。

DJD2A級電子經(jīng)緯儀架設(shè)在o點,用來控制TRBs軸和TRGs軸上鋼柱的垂直于TR1-TR14軸方向的位置。萊卡全站儀(TCA2003)架設(shè)在TR1-TR14軸與a、c軸線的交點上,用來控制鋼柱的軸線徑向位置。

(2)東西兩側(cè)鋼柱定位(見圖5)

用全站儀把o點坐標定出來,在o點放置一臺DJD2A級的電子經(jīng)緯儀,作為TRBs軸和TRGs軸上鋼柱的主控點。把TR1、TR7、TR8、TR14、TRC-TRF、TRJ-TRN軸線上的各個坐標點，同樣用全站儀定出來。

用兩臺DJD2A級電子經(jīng)緯儀架設(shè)在任意一根柱子的兩個軸線上,用正交法即可把鋼柱位置精確定位出來。

4 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量校正技術(shù)

4.1 測量校正工作與鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)系(以一柱二層為例)

鋼柱安裝(先校正高程,再校正位移、最后調(diào)整鋼柱的垂直偏差)→測量校正→下層框架梁→上層框架梁→測量→螺栓初擰→下層次梁、小梁→下層壓型鋼板堆放→上層次梁、小梁→測量校正→高強度螺栓終擰→壓型鋼板鋪設(shè)(樓板50 mm控制線)→鋼筋、混凝土施工。

4.2 構(gòu)件進場復(fù)測

在安裝測量前,對柱、梁、支撐等主要構(gòu)件尺寸與中線位置進行復(fù)核。

吊裝前,根據(jù)鋼柱原有的沖眼標出軸線或中心線,并用紅色三角作出標記,以便校測用。在吊裝前,必須對鋼柱的長度及截面幾何尺寸做檢查,以作為吊裝測量控制高程的依據(jù)。

4.3 定位復(fù)測

在基礎(chǔ)混凝土面層上第一節(jié)鋼柱安裝前,要對鋼柱地腳螺栓部位的柱十字定位軸線控制點組成的柱格網(wǎng)進行檢查、調(diào)整，其偏差應(yīng)小于1 mm。安裝時柱底面的十字軸線對準地腳螺栓部位的柱十字定位軸線，其偏差應(yīng)小于0.5 mm。

4.4 鋼柱垂直度校正

(1)將檢定過的兩臺電子經(jīng)緯分別置于相互垂直的軸線控制網(wǎng)上,從兩個垂直法方向上同時測量、校正,兩個方向上均校正在正確垂直位置后,將四個方向的攪風(fēng)繩拉緊,進行焊接。

(2)在焊接時,隨時跟蹤測量、校正,防止引焊接收縮造成的柱子偏移(如圖7所示)。

圖7 鋼柱測量校正

4.5 鋼柱安裝復(fù)測

在梁柱連接用高強度螺栓初擰前、初擰后、終擰后、焊接后均要進行測量校正,防止連接過程造成的鋼柱偏位。

4.6 鋼柱頭高程檢驗

用校核無誤的當前施工層的控制高程作為基點,用水準儀將低于柱頂300 mm的高程線投測到鋼柱上,并彈上墨線。然后用經(jīng)過檢定的鋼尺；量出墨線到柱頂?shù)膶嶋H尺寸,進行核對(見圖8、圖9)。

圖8 鋼柱高程檢驗

圖9 鋼柱垂直校正

4.7 鋼柱之間水平距離的檢驗校正

首先根據(jù)設(shè)計圖紙,在計算機中把任意兩個鋼柱的平面位置距離計算出來。用全站儀架設(shè)在任意位置(必需能夠看到兩個鋼柱),使用距離聯(lián)測程序測量出兩個鋼柱間的實測距離。兩者進行核對校正。

5 結(jié)束語

中關(guān)村金融中心工程通過采用該技術(shù),保證了工程四角柱整體垂直度偏差最大為8 mm,主體結(jié)構(gòu)曲面偏差最大為7 mm,總高度的偏差為9 mm，為6個月完成15 000 t的鋼結(jié)構(gòu)安裝提供了有利的保證。

[1]GB50026—2007 工程測量規(guī)范[S]

[2]GB50205—2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]

[3]JGJ8—2007 建筑變形測量規(guī)程[S]

[4]JGJ99—98 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]