垂準儀法超高層建筑平面控制網豎向傳遞

陳展鵬

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

1 引言

近年來，隨著經濟的發展和土地資源的緊缺，作為各個國家和城市經濟實力和技術實力的標志性建筑——超高層建筑越來越多。超高層建筑大多采用鋼筋混凝土核心筒與外鋼框架組合筒體結構，根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》［1］規定:現澆混凝土結構全高垂直度允許偏差不得超過H/1 000且≤30 mm。因此，如何準確地實現超高層建筑平面控制網豎向傳遞成為超高層建筑施工測量的難點和重點。

超高層建筑平面控制網的豎向傳遞主要有內控法［2］、外控法和綜合法［3］。內控法即在超高層建筑基礎底板上布設平面控制網，并在樓層相應位置上預留傳遞孔，應用垂線原理進行平面控制網的豎向傳遞。內控法又分為吊線墜法［4］、垂準儀法。垂準儀法受環境影響小，投測距離大，效率高，誤差小，是目前超高層建筑平面控制網豎向傳遞內控法的主要方法。常用的儀器有激光經緯儀、激光垂準儀、垂準經緯儀等。本文以某超高層建筑為例，論述垂準儀法平面控制網豎向傳遞的具體實現及精度檢核方法。

2 垂準儀法平面控制網豎向傳遞

某超高層建筑設計總高400余米，共103層。平面控制網豎向傳遞采用激光垂準儀分段投點，逐段控制。內控網由IG1、IG2、IG3、IG4組成(如圖1所示)，分別在10層、30層、50層、70層進行傳遞，傳遞距離約 54 m。由于70層結構變化，內庭中空，重新布設了K1、K2、K3、K4、K5共5個控制點，分別位于3 個電梯井角，5個點在85層作最后一次傳遞。

圖1 1～70層平面控制網豎向傳遞示意圖

本工程選用JZC－G102激光自動安平垂準儀進行投點，儀器主要技術參數如表1所示。投測時，將儀器置于控制點上，調平，并實施強制對中，轉動垂準儀讓激光束垂直投測到新測樓面預留孔處放置的數顯光靶。為消除同心圓誤差，同方向旋轉儀器90°、180°、270°投測。若4次投點的點位較差在限差范圍內，選取4次投點的中心作為最終的投點點位。

JZC－G102激光自動安平垂準儀主要技術參數 表1

由于受到日照、地球自轉、風力、溫差等多種因素的影響，建筑物處于周期性的偏擺運動狀態。樓體的周期運動特性將直接影響投點的正確性，因此必須對樓體的周期性運動進行觀測，從而選擇最佳的投點時間，投點距離，必要時對投點進行偏差改正。本工程采用數字正垂儀測量建筑物的傾斜偏差。

3 數字正垂儀法傾斜偏差測量

數字正垂儀［5］為武漢大學測繪學院研制，獲國家專利(ZL 97209451.2)。系統主要由重垂、傳感器的線圈和柵格板組成(如圖2所示)。線圈安裝在重錘下方，柵格板安置在觀測點上。由于儀器采樣速率高，重錘沒有阻尼裝置，通過對連續觀測的數據進行數學處理，可以精確計算垂線的中心位置。數字正垂儀的主要技術指標如表2所示。

圖2 數字正垂儀示意圖

數字正垂儀主要技術指標 表2

下面以50層～70層測量為例，介紹數字正垂儀測量數據處理。本次測量時間從2008年11月13日3:00～14日 13:00共 34 h，數據采樣率設置為15 min，數字正垂儀每 15 min輸出一次x坐標與y坐標，同時需要采集即時的溫度與風速。對原始數據經過小波變換進行濾波可以得到70層相對于50層的運動軌跡(圖5，橫軸為x方向測量值，縱軸為y方向測量值)。圖3、圖4是2008年11月13日3:00～14日13:00的溫度變化曲線圖和風速變化圖。綜合圖3～圖5可以得出以下結論:

圖3 溫度變化曲線圖

圖4 風速變化曲線圖

圖5 建筑物運動軌跡圖

(1)70層相對于50層東西方向最大擺幅為2.1 mm，南北方向最大擺幅為 2.5 mm，點位最大擺幅 3.2 mm。根據施工方要求和超高層建筑施工放樣精度要求，樓體傾斜偏差小于 4 mm，不需要投點改正。

(2)建筑物夜晚擺動小于白天。13日3:00～7:30，70層相對于 50層東西方向的擺幅僅為0.28 mm，南北方向擺幅為 0.2 mm。綜合風速及溫度變化曲線圖，建議投點選擇在風力較小的夜間進行，避開風力、日照和溫度等因素對投點的影響。

(3)旁證了預先制定的50 m～60 m的傳遞間隔是實用、合理的。超高層建筑平面控制網豎向傳遞距離不宜過大，因為樓體擺動會隨著傳遞距離增加而增大，激光光斑也會出現發散，給投點帶來較大誤差;同時傳遞距離也不宜過小，過小會引起遞距次數增多，產生誤差累積。

(4)平面控制網豎向傳遞精度檢核

平面控制網豎向傳遞內控法不受建筑外部施工環境的影響，但隨著建筑物高度的增加，平面控制網傳遞過程中的整體位移與轉動難以檢查與控制。因此有必要對投點進行內、外符合精度檢核。內符合檢核主要利用全站儀實測轉換后的控制網邊長、角度，與理論值進行比較。根據多次轉換的經驗，若邊長較差小于2 mm，角度較差小于6″，可認為本次投點傳遞正確，否則需重新投點，直至邊長、角度較差在限差范圍內。

外符合檢核即選取控制網中任意2個點，利用激光垂準儀將其投測到最高層的鋼平臺工作面，利用GPS技術按照一級GPS網精度要求與首級控制網進行聯測。將測定的坐標與理論坐標進行比較，如表3所示。點位較差最大值小于 30 mm，符合規定。

工作面GPS測量結果 表3

5 結論

建筑物明顯的周期性運動規律必須在外界條件變化小和數字正垂自身不受影響的條件下進行至少24 h連續觀測才能得到。利用激光垂準儀投點前，要先利用數字正垂儀得到建筑物的周期性運動規律，然后在相同或近似的條件下投點，必要時對投點進行偏差改正。

本文通過某超高層建筑平面控制網豎向傳遞的實例，詳細介紹了垂準儀法平面控制網豎向傳遞的具體實現，數字正垂儀法測量樓體傾斜偏差以及平面控制網豎向傳遞精度檢核方法，對超高層建筑平面控制網豎向傳遞具有較好的借鑒作用。

［1］GB 50204－2002.混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［2］謝旭陽.內控法在高層建筑施工測量中的探討［J］.施工技術與測量技術，2008，28(4):192 ～193.

［3］胡玉銀.超高層建筑施工測量［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［4］葛存扣，張奇.超高層建筑鋼結構的施工測量及質量控制［J］.安徽建筑，2009，164(1):98～99.

［5］趙小陽.聯合多種方法檢定超高層建筑物平面控制網轉換精度［J］.工程勘察，2012，3:79～81.

［6］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).

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