超高層建筑軸線計算方法探討

王天應

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

1 概述

目前，超高層建筑的發展呈良好態勢，在國內涌現了以上海金茂大廈、廣州西塔、廣州電視觀光塔為代表的超高地標性建筑;在國外，阿聯酋港口城市迪拜全力打造的摩天大樓“迪拜塔”，設計高度 700 m，為目前世界第一高樓。

隨著大型復雜建筑結構的不斷涌現，結構向超高、跨度更大的方向發展，施工進度不斷加快，給施工安全與結構成型帶來新課題。

超高層建筑物顯著特點是絕對高度高，受日照、地球自轉、風力、溫差等多種動態因素的影響，將處于不斷運動的狀態。風力對塔體影響的規律為沿風向作前后擺動，振幅隨高度和風力的變化而變化。

圖1 建筑物擺動示意圖

建筑軸線是人為地在建筑圖紙中為了標示構件的詳細尺寸，按照一般的習慣或標準虛設的一道線(在圖紙上)，習慣上標注在對稱界面或截面構件的中心線上。軸線檢測是施工檢測的關鍵內容，鑒于日照、地球自轉、風力、溫差等多種動態因素的影響，軸線放線的精度是樓體施工質量保障的關鍵，軸線檢測的成果資料通常作為建筑物質量驗收和質量評價的重要參考依據。

2 軸線計算方法

軸線檢測是施工檢測的重要內容，按照檢測時機劃分，可以分為準實時檢測和事后檢測，兩種檢測方法本質上是一致的，只是實現途徑不同。

(1)準實時檢測

準實時檢測通常與施工放樣同步。施工方將設計軸線點放樣至實地，軸線檢測布設精密導線，解算放樣點的平面坐標。將其與設計坐標相比較，可以獲取偏差矢量。如果偏差較大，應及時與業主、施工方、監理溝通，從而達到指導施工的目的。如圖2所示，A，B為起算點，1、2、3、4為導線點，利用高精度全站儀布設精密導線檢測軸線交點放線的精度。

圖2 準實時檢測示意圖

(2)事后檢測

由于放樣軸線點不易保存，很多超高層建筑物不具備準實時檢測條件，此時，通常采用事后檢測方法。布設精密導線測量樓層關鍵點的坐標，將計算成果與設計坐標相比較，由于很多建筑物的關鍵點不可以直接測量，需要通過擬合的方法獲取。如圖3所示，藍色點為關鍵點，紅色點為實測坐標點。

圖3 方柱和圓柱擬合示意圖

3 實例分析

以某超高層建筑物為例，建筑物自然層樓層數為60層，如圖 4所示，以 D1、D2、D3、D4鋼柱為主要支撐。根據建筑物特點，選取 D1、D2、D3、D4鋼柱的中心點為樓層關鍵點，結合建筑物和施工特點，軸線檢測采用事后檢測方法。針對第n層，利用激光垂準儀將施工控制點豎向傳遞，利用互相通視點對布設精密導線，在合適的站點實測每個鋼柱4個點以上，采集圓柱面碎部點后，按照最小二乘法擬合圓心，軸線坐標通過擬合圓柱的圓心反映，將其與設計軸線坐標相比即得軸線檢測結果。

圖4 平面結構示意圖

圖5 最小二乘法擬合圓心坐標

第n層軸線檢測結果表 表1

根據技術設計要求，分別針對首層、第5層、第10層、第15層、第20層、第25層、第30層、第35層、第40層、第45層、第50層、第55層、第60層進行了軸線測量。將D1、D2、D3、D4的偏差量與樓層對應，繪制偏差曲線。偏差曲線分別如圖6、圖7、圖8、圖9所示。

圖6 D1軸偏差示意圖

圖7 D2軸偏差示意圖

圖8 D3軸偏差示意圖

圖9 D4軸偏差示意圖

軸線特征信息統計表 表2

D1軸最大偏差量為44 mm，D2軸最大偏差量為37 mm，D3軸最大偏差量為 47 mm，D4軸最大偏差量為 37 mm，滿足技術設計要求規定的≤50 mm的要求。

4 結語

超高層建筑具有以下兩個特點，①絕對高度太高;②處于不斷運動的狀態，高度的增加造成向上傳遞的累積誤差增大，同時，超高層建筑的動態特點增加了測量噪聲。樓體傾斜度是多方關注的重大問題，軸線檢測從橫向和縱向反映樓體施工偏差情況，為建筑物的質量驗收和質量評價提供重要的參考依據。

［1］岳建平，田林亞.變形監測技術與應用［M］.北京:國防工業出版社，2007

［2］潘正風，楊正堯.數字測圖原理與方法［M］.武漢:武漢大學出版社，2001

［3］張宏盛，姚剛.GPS在超高層建筑施工測量中應用研討［J］.重慶建筑大學學報，2000(3):27～29

［4］范峰，王化杰，金曉飛等.超高層施工監測系統的研發與應用［J］.建筑結構學報，2011，32(7)

［5］黃加旺，岳國森，曹紅杰.高層建筑垂直度檢測方法的探討［J］.測繪通報，2011(7)

［6］王天應，劉業光.淺析超高層建筑垂直度和表示方法［J］.城市導刊，2010(4):34～37

［7］陳燦.高層鋼框架－混凝土核心筒混合結構體系施工期間變形及其控制研究［D］.上海:同濟大學，2007