超高層鋼結構復雜空間坐標測量定位技術

張淑莉

(中鐵建設集團有限公司， 北京 100000)

中關村金融中心工程為150 m高的全鋼結構,工程造型獨特,施工測量復雜,外輪廓為世界上獨一無二的雙曲面結構,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不再適用。

1 施工測量特點

1.1 控制網的建立

工程配樓、連廊、塔樓整個控制網交相呼應,由多條曲線組成。在確定控制網時,除了三部分獨立編制各自測量網外,必須將三部分結合起來綜合考慮,建立統一的定位控制網。現場不可能按照圖紙的定位方法建立控制網,普通工程控制網的建立方法在本工程中也不再適用，必須根據圖紙和現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

該工程鋼結構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構,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進行柱子的測量定位。

1.3 鋼結構安裝測量

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

2 控制網的建立

2.1 平面控制網建立

(1)基礎平面控制網建立

采用內控制網和外控制網相結合的測量控制措施,即內控制網由4個點組成,布置在樓內的核心筒內,實際施工時,根據結構梁的位置關系,避開梁的位置,在每層板上預留4個200 mm×200 mm的激光垂直儀孔洞。外控制網由14個控制點組成,其中主樓部位設有7個控制點,連廊設有4個控制點,配樓設有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有足夠的距離,以便于放樣和變形觀測。內外控制網連成一體并統一在建筑坐標系下,同時還要與北京城市坐標系聯測,以確定城市坐標系與本工程建筑坐標系之間的轉換參數。樓外的點位設置于基坑外比較穩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至少3個水準基準點組成高程點組。樓內外控制點位見圖1。

圖1 基礎測量控制點位

(2)塔樓地上平面控制網

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

外控網建立：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(見圖2)。

圖2 核心筒外控平面控制網(單位：mm)

內控網建立：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留孔洞，以便用激光鉛垂儀進行測設。a、b、c、d四個軸線的交點作為本工程的內控網,每層板上預留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 內控平面控制網(單位：m)

(3)外圍鋼柱測量平面控制網

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

圖4 南北外控平面網(單位：m)

圖5 東西外控平面網(單位：m)

圖6 高層鋼結構測量定位

2.2 高程控制網的建立

(1)用校核無誤后的水準點向現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。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,必須經常進行現場高程點的復測工作,確保引測的高程點正確無誤。在現場布設4-5個同等高程的高程點作為地下地上高程的依據,要在距離本工程一定位置的地方埋設至少3個水準基準點組成高程點組。

3 鋼柱測量控制技術

3.1 地腳螺栓埋設測量

在地腳螺栓的頂端臨時安裝一定位鋼板,與預埋鋼板平行并與地腳螺栓垂直。利用架設在柱縱、橫軸線交點上的兩臺經緯儀垂直交匯,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,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級的電子經緯儀,作為塔樓南北鋼柱的主控點。定出A、B、C控制線,根據圖紙尺寸把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級電子經緯儀架設在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級電子經緯儀架設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 鋼結構安裝測量校正技術

4.1 測量校正工作與鋼結構施工關系(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(樓板50 mm控制線)→鋼筋、混凝土施工。

4.2 構件進場復測

在安裝測量前,對柱、梁、支撐等主要構件尺寸與中線位置進行復核。

吊裝前,根據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。

4.3 定位復測

在基礎混凝土面層上第一節鋼柱安裝前,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進行檢查、調整，其偏差應小于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緯分別置于相互垂直的軸線控制網上,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。然后用經過檢定的鋼尺；量出墨線到柱頂的實際尺寸,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

首先根據設計圖紙,在計算機中把任意兩個鋼柱的平面位置距離計算出來。用全站儀架設在任意位置(必需能夠看到兩個鋼柱),使用距離聯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 結束語

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

[1]GB50026—2007 工程測量規范[S]

[2]GB50205—2001 鋼結構工程施工質量驗收規范[S]

[3]JGJ8—2007 建筑變形測量規程[S]

[4]JGJ99—98 高層民用建筑鋼結構技術規程[S]