高層鋼結(jié)構(gòu)施工測量技術(shù)淺析

摘要:高層鋼結(jié)構(gòu)施工中的放線測量與精度監(jiān)控技術(shù)有以下幾個特點(diǎn):施測作業(yè)環(huán)境比較特殊，需配備專用卡具夾具;鋼結(jié)構(gòu)安裝精度要求高，控制誤差一般以mm計(jì);測量工作量大，對每根鋼柱都需全程跟蹤監(jiān)測;鋼結(jié)構(gòu)對外界影響較敏感，應(yīng)綜合考慮陽光、溫差等不利因素。國內(nèi)大量的工程實(shí)踐使得該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，同時也暴露出我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程有關(guān)條文有待完善之處。

關(guān)鍵詞:高層鋼結(jié)構(gòu) 測量技術(shù)

1 高層鋼結(jié)構(gòu)測量監(jiān)控的一般工藝程序

1.1 建立平面控制點(diǎn)與標(biāo)高控制點(diǎn):控制點(diǎn)宜從城市控制網(wǎng)直接引測，并設(shè)置在建筑物主體范圍內(nèi)。平面控制點(diǎn)構(gòu)成建筑物的控制網(wǎng)。對控制網(wǎng)應(yīng)進(jìn)行平差和改化，要求測距相對中誤差小于L/20000，測角中誤差小于5”。標(biāo)高控制點(diǎn)一般布設(shè)2個以上，運(yùn)用精度水準(zhǔn)測量方法測得，測定高差中誤差小于1.0mm。

1.2 控制點(diǎn)的豎向傳遞:每節(jié)鋼柱安裝時，樓層平面放線的控制網(wǎng)應(yīng)從地面控制網(wǎng)直接引上，不得利用下節(jié)柱的軸線。平面控制點(diǎn)的豎向傳遞一般采用內(nèi)控法，投點(diǎn)儀器宜選用天頂準(zhǔn)直儀。當(dāng)按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝時，每節(jié)柱的標(biāo)高都應(yīng)從地面?zhèn)鬟f上來;若按相對標(biāo)高安裝，則無需進(jìn)行標(biāo)高傳遞。

1.3 柱頂放線:利用投測點(diǎn)，運(yùn)用全站儀或J2經(jīng)緯儀進(jìn)行排尺放線。柱頂軸線放樣應(yīng)在鋼柱柱頭的4個面標(biāo)示出來，既方便施工中監(jiān)測，又便于推算鋼柱的扭轉(zhuǎn)值。

1.4 安裝監(jiān)測:鋼結(jié)構(gòu)安裝精度的控制以鋼柱為主。鋼柱在自由狀態(tài)校正時，垂直度偏差應(yīng)校正到0。鋼梁安裝時還應(yīng)監(jiān)測鋼柱垂直度的變化，單節(jié)柱的垂直度偏差

2 高層鋼結(jié)構(gòu)測量工作的基礎(chǔ)條件

2.1 測量依據(jù):《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)以下簡稱《鋼規(guī)》;《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(JGJ99-98)以下簡稱《高鋼規(guī)》;《工程測量規(guī)范》(GB50026-93)以下簡稱《工程測規(guī)》;《城市測量規(guī)范》(CJJ8-99)以下簡稱《城市測規(guī)》;業(yè)主應(yīng)提供的有關(guān)測量資料及實(shí)物，工程圖紙和其他相關(guān)技術(shù)文件。

2.2 統(tǒng)一計(jì)量尺度:同一工程項(xiàng)目應(yīng)設(shè)3把“基準(zhǔn)尺”，制造單位，安裝單位和監(jiān)理單位各執(zhí)1把。這3把尺必須是經(jīng)同一部門檢定改正并經(jīng)三方認(rèn)可的長度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)用尺。在構(gòu)件加工、安裝和驗(yàn)收過程中，各單位實(shí)際使用的尺子都應(yīng)跟各自所持的“基準(zhǔn)尺”進(jìn)行比尺并經(jīng)溫度尺長的修正。“基準(zhǔn)尺”應(yīng)妥善保存，不應(yīng)在實(shí)際施測時使用。

2.3 鋼構(gòu)件的制造尺寸:高層鋼結(jié)構(gòu)安裝測量的前提條件是運(yùn)至施工現(xiàn)場的鋼構(gòu)件必須具有合格的制造尺寸。

3 問題分析

3.1 專業(yè)測量對高層鋼結(jié)構(gòu)施工測控技術(shù)的研究不夠深入:高層鋼結(jié)構(gòu)施工測控技術(shù)是一門邊緣學(xué)科，它以測量技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合考慮到機(jī)械加工技術(shù)、焊接技術(shù)以及結(jié)構(gòu)施工技術(shù)等相關(guān)專業(yè)知識。從現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范規(guī)程來看，對高層鋼結(jié)構(gòu)施工精度的要求是各專業(yè)提出來的，專業(yè)測量的相關(guān)規(guī)定有些滯后，存在脫節(jié)現(xiàn)象，帶來不少問題。我認(rèn)為高層鋼結(jié)構(gòu)施工測控技術(shù)應(yīng)以測控的工藝程序?yàn)橹骶€，結(jié)合各專業(yè)的要求進(jìn)行專業(yè)化系統(tǒng)化的描述比較合理。

3.2 關(guān)于精度傳遞時的遞減趨勢:在高層鋼結(jié)構(gòu)安裝中，鋼柱的定位軸線是經(jīng)過建立控制網(wǎng)、豎向投點(diǎn)最后引測到柱頭上，鋼柱安裝的最終精度還受到裝配、焊接等工序的影響，在整個測控的工藝流程中，控制精度存在遞減的趨勢，因此對下一工序允許偏差的規(guī)定值不應(yīng)超出其上道工序的要求。在《鋼規(guī)》和《高鋼規(guī)》中規(guī)定了高層鋼結(jié)構(gòu)定位軸線的允許偏差為L/20000且<3.0mm(L為定位軸線的邊長)，鋼柱定位軸線的允許偏差為1.0mm，后者要求高于前者，明顯不合理。如果將鋼柱定位軸線從鋼結(jié)構(gòu)定位軸線引測時的允許偏差規(guī)定為1.0mm，也就是說鋼柱定位軸線的允許偏差是相對于鋼結(jié)構(gòu)定位軸線的允許偏差而言的，并不是絕對偏差，在操作中才有實(shí)際意義。

3.3 關(guān)于豎向投點(diǎn)的誤差:在高層鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，每個安裝節(jié)都要進(jìn)行豎向投點(diǎn)，比較頻繁。關(guān)于投點(diǎn)精度，在《工程測規(guī)》中規(guī)定:金屬結(jié)構(gòu)建筑物高度100~120m時，豎向傳遞軸線點(diǎn)誤差為4.0mm。此規(guī)定已經(jīng)不適用。

由于每節(jié)柱定位軸線都從地面控制軸線引測，因此高層鋼結(jié)構(gòu)整體垂直度的偏差與控制點(diǎn)的投測偏差存在著一定關(guān)系。投點(diǎn)偏差一般由儀器對中誤差、儀器本身精度、引投點(diǎn)定位誤差三方面構(gòu)成。儀器本身的精度是主要因素。目前國內(nèi)外的儀器發(fā)展水平很不平衡。例如Wild ZL天頂準(zhǔn)直儀的誤差為1/200000，JD-91建設(shè)激光鉛直儀精度為1/10000。現(xiàn)行規(guī)范對主體結(jié)構(gòu)整體垂直度允許偏差規(guī)定為(H/2500)+10且<50mm，對高精度的投點(diǎn)儀器而言，該規(guī)定要求過松。在高層鋼結(jié)構(gòu)安裝時，最好不使用低精度儀器。

3.4 關(guān)于鋼柱安裝的標(biāo)高控制:建筑物高度可按相對標(biāo)高控制，也可按設(shè)計(jì)標(biāo)高控制。按相對標(biāo)高安裝有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)，也給施工帶來了方便。在《鋼規(guī)》和《高鋼規(guī)》中，對于按相對標(biāo)高安裝的規(guī)定不盡相同:在《鋼規(guī)》中允許偏差為(△h+△z+△w);《高鋼規(guī)》中允許偏差為(△h+△z)(式中:△h為柱長度的制造允許偏差;△z為柱長度經(jīng)荷載壓縮后的縮短值;△w為柱子接頭焊縫的收縮值;n為柱子節(jié)數(shù))。

我認(rèn)為標(biāo)高的允許偏差采用《鋼規(guī)》中的規(guī)定較為合理。理由如下:盡管柱接頭焊接時可通過調(diào)整間隙來預(yù)留焊縫的收縮量，但預(yù)留量是經(jīng)驗(yàn)值，并不能完全消除焊縫的收縮量;對于設(shè)計(jì)上采用磨平抵緊的接頭形式，焊縫的收縮量是無法預(yù)留的;同一安裝節(jié)中并不是所有鋼柱的壁厚都是一樣的，不同的壁厚鋼柱收縮量不同;焊縫的返修也會造成焊縫的二次收縮。綜上所述，在鋼柱標(biāo)高控制是必須考慮到焊接因素的影響，并且對此問題的規(guī)定還應(yīng)分類詳細(xì)說明。

3.5 關(guān)于鋼柱的扭轉(zhuǎn):鋼柱的扭轉(zhuǎn)偏差是在鋼柱的制造與安裝過程中產(chǎn)生的。在鋼柱安裝是必須考慮到扭轉(zhuǎn)方能正確地判斷鋼柱的垂直度。如圖1所示，在x方向，鋼柱一側(cè)偏軸線值為a，對側(cè)偏軸線值為b，實(shí)際鋼柱垂直度偏差應(yīng)該為(a+b)/2，鋼柱扭轉(zhuǎn)偏差為(a-b)/2。在y方向，鋼柱的實(shí)際垂直度偏差應(yīng)是c值扣除鋼柱扭轉(zhuǎn)值。

鋼柱制造過程中形成的扭轉(zhuǎn)誤差，應(yīng)在工廠與以測量并標(biāo)明，以方便現(xiàn)場安裝。

對于鋼柱扭轉(zhuǎn)控制，最大的難點(diǎn)是制造允許偏差大于安裝允許偏差。在《鋼規(guī)》與《高鋼規(guī)》中規(guī)定，鋼柱制造時柱身扭曲的允許偏差為h/250(或6h/1000)且≯5.0mm。而鋼柱在安裝時扭曲偏差是通過上、下柱扭轉(zhuǎn)來調(diào)整，調(diào)整量不超過3.00mm。試想，若同一柱位的各節(jié)柱，總是向同一方向產(chǎn)生近5.0mm的系統(tǒng)誤差，這是可能的且不違反規(guī)范，但安裝時上下柱連接處的扭轉(zhuǎn)調(diào)整量不能超過3.0mm，則3節(jié)柱以后，鋼柱的安裝扭轉(zhuǎn)偏差會超過5.0mm，甚至達(dá)到十幾毫米，很難處理。

3.6 關(guān)于鋼柱的垂直度:鋼柱安裝時的垂直度要求有2種:①單節(jié)柱自身的鉛垂偏差不超過h/1000)且≯10mm，即所謂單節(jié)柱垂直度要求;②柱頭偏離軸線的誤差限制，在不同的標(biāo)高有不同的控制值，即所謂總體垂直度要求。在《高鋼規(guī)》中，要求鋼柱初校時垂直偏差達(dá)到±0.000，到底是相對哪一種情況而言并不明確。我認(rèn)為應(yīng)在滿足單節(jié)柱垂直度偏差要求的情況下，使鋼柱偏離軸線的誤差校正到0。因?yàn)樵诓捎脤ΨQ安裝的前提下，鋼梁安裝的難易程度受到裝配尺寸的限制，而裝配尺寸是與軸線網(wǎng)比較接近。可以假設(shè)若某節(jié)柱的相鄰2根柱一個向左偏離軸線8.0mm，另一個向右偏離軸線8.0mm，這2根柱都是符合規(guī)范要求的。若其上節(jié)柱按單節(jié)柱鉛垂偏差為0的要求來初校，則上面兩柱之間的距離誤差為16.0mm，而鋼梁的制造尺寸允許偏差一般不超出5.0mm造成的局面是柱間距離誤差大大高于鋼梁的裝配尺寸偏差，鋼梁螺孔對位就很困難。如果按柱頭偏軸線的偏差為0來初校剛柱就給鋼梁就位帶來便利。

對于高層鋼結(jié)構(gòu)整體垂直度的評價(jià)方法，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程中并不明確，只是規(guī)定允許偏差

3.7 溫度的影響:溫度對鋼結(jié)構(gòu)安裝的影響是明顯的，并且較復(fù)雜。鋼結(jié)構(gòu)的線脹系數(shù)為1.2×10-5m/m℃。一般高層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程都要經(jīng)歷夏季到冬季的溫度變化，華北地區(qū)冬夏季溫差可達(dá)到40℃。如果鋼結(jié)構(gòu)最大輪廊尺寸100m，則熱脹冷縮的理論值達(dá)到48mm。當(dāng)前，項(xiàng)目中途停工的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，長時間的停頓會給工序交接帶來麻煩，測量數(shù)據(jù)在不同的環(huán)境溫度下差異可能很大。現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程應(yīng)該考慮到中國當(dāng)前的工程實(shí)際情況，將溫差的影響進(jìn)行分類規(guī)定。

4 結(jié)束語

以上是我對高層鋼結(jié)構(gòu)測量技術(shù)工作的認(rèn)識，相信同行對高層鋼結(jié)構(gòu)測控技術(shù)的思考會更廣泛、更深入。國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程是工程監(jiān)督、驗(yàn)收的依據(jù)，因此在實(shí)際操作中應(yīng)該清晰明確，以免在使用中引起爭議或歧義。