高層鋼結構施工測量放線工法全站儀三維坐標定位secret

1、超高層鋼結構復雜空間坐標測量定位工法1 前言隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，高層、超高層鋼結構工程越來越多，施工測量貫穿在鋼結構施工的整個過程中，測量的精度直接影響著鋼結構的安裝質量。我公司承建的中關村金融中心工程為150m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750m的圓弧，平面圓弧最大半徑為100m。鋼柱全部為三維坐標定位，核心筒以外的定位軸線為弧線。通常的是工測量方法在本工程中已不適用。通過認真研究、精心施工，高質量、高速度完成了工程的施工測量工作，并形成本工法。該工法由中鐵建設集團有限公司研究開發(fā)，在中關村金融中心工程中成功應用去的了很好的技術和

2、經(jīng)濟效益。該科技成果被評為北京市二等獎，其關鍵技術已達到國際先進水平，填補了我國的空白。該工法已獲得鐵道部優(yōu)秀工法一等獎。2 工法特點2.0.1本工法的施工特點是：采用全站儀進行空間點的三維坐標定位，形成整個空間三維坐標系。2.0.2與傳統(tǒng)的測量方法相比，該工法施工測量方便，測量精度高，施工安全，施工速度快，有利于提高技術經(jīng)濟和社會效益。3 使用范圍所有高層、超高層鋼結構工程的施工測量放線。4 工藝原理平面控制網(wǎng)的建立采用內控和外控相結合的方法，平面控制采用內控法施工、外控法校核的方法。鋼柱定位采用先進的全站儀進行三維坐標定位。鋼柱柱頭標高、鋼柱垂直度、鋼柱間的水平距離層層進行測定和校驗。5

3、施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程測量準備控制網(wǎng)建立（包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的建立）地腳螺栓三維坐標測量定位測量放線控制外控法控制鋼柱的位置鋼柱安裝測量鋼柱安裝質量測量5.2操作要點：5.2.1 測量準備所有測量儀器準備齊全，并按中華人民共和國計量法實施細則規(guī)定檢驗合格；施工圖紙審核完畢，并完成設計交底；專業(yè)測繪設計單位提供的工程水準測量成果、高程測量成果等資料齊全；現(xiàn)場樁位交接完畢，并做好樁位保護，資料齊全；定位依據(jù)的復核；用坐標反算法核對所給點的邊長D和方位角；用符合校測法所給出的水準點進行校核。5.2.2控制網(wǎng)建立平面控制網(wǎng)建立 1）根據(jù)據(jù)每個工程的特點，為方便施工測量，提高施

4、測效率，施工測量可分為一個或兩個區(qū)域進行。通常兩個區(qū)域的劃分為：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)每個工程的高度和工程的特點，可采用內控法或內控法和外空法相結合的方法。2）核心筒控制網(wǎng)建立：外控網(wǎng)建立：將核心筒最外邊的四條軸線分別向外擴1m,形成核心筒外控平面網(wǎng)，見圖5.2.2-1。內控網(wǎng)建立：從首層（0.000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四個軸線的交點構建本工程的內控網(wǎng)，每層板上預留4個200200的激光鉛垂儀用的孔洞，用來投測施工時使用，見圖5.2.2-2。 圖5.2.2-1 核心筒外

5、控平面控制網(wǎng) 圖5.2.2-2 內控平面控制網(wǎng)3）外圍鋼柱測量平面控制網(wǎng)建立：根據(jù)每個工程的構件布置情況，可以建立一個或多個平面外控網(wǎng)。中關村金融中心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(wǎng)，見圖5.2.2-3、圖5.2.2-4 。 圖5.2.2-3 南北外控平面網(wǎng) 圖5.2.2-4 東西外控平面網(wǎng)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，用紅色油漆作“”標記，作為本工程的高程依據(jù)。為提高精度，在引測過程中必須使用前后視等長的原則。2)在施工過程中，必須經(jīng)常進行現(xiàn)場高程點的復測工作，確保引測的高程點正確無誤。并在現(xiàn)場

6、布設45個同等高程的標高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至少3個水準基準點組成高程點組。5.2.3 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(jīng)緯儀垂直交匯，定位鋼板上的縱橫軸線允許誤差為0.3mm。在灌注基礎混凝土前，進行檢查調整縱、橫軸線與設計位置的允許誤差為0.3mm。5.2.4 測量放線控制平面控制1)首層底板放線：首先校測控制樁無誤后，在控制樁架經(jīng)緯儀，精密對中后，以盤左盤右取中法，把控制點投測到首層板面上，并進行閉合校核，閉合差符合測角中誤差10，邊長相對中誤差1:10000范圍內

7、校核無誤后，進行細部點投測，經(jīng)自檢、互檢，報監(jiān)理工程師驗線合格后，依據(jù)軸線控制網(wǎng)圖和施工分區(qū)圖做控制樁點，作為豎向控制基點。控制樁點做法，用沖擊鉆把樁點鉆出，然后把鋼筋埋入，并用鋼鋸條鋸出十字劃在鋼筋上作出標記。2)標準層測量工作與鋼結構施工關系（以一柱二層為例）：鋼柱安裝（先校正標高，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50mm控制線）鋼筋、混凝土施工。0.000以上部位軸線控制: 1)本工程屬于超高層建筑（檐高150m），采用內控外控相結合的方法。結構垂直度要求非常嚴

8、格，四周測量場地比較狹小。以首層軸線控制網(wǎng)中基點作豎向投測時，應特別注意以下三點： 事先應嚴格校正好儀器，投測時，嚴格定平度盤水準管。 盡量以首層軸線為準作后視。 取盤左、盤右向上投測的平均位置.2)從首層頂板上開始按留洞平面圖所示位置每層頂板留出4個200200的方洞，作為用激光經(jīng)緯儀向上傳遞各層軸線的依據(jù)；3)留設此施工洞時，位置必須正確，測量人員在每層澆混凝土前應對各洞定位進行校核。用線墜校核上下層控制線間的誤差，用鋼卷尺閉合校核軸線控制線間的距離。在首層頂板上就把各控制軸線引測到較遠的馬路上，然后每隔6層用激光經(jīng)緯儀加彎管目鏡串中法向樓層投測相應軸線作為閉合，保證高層豎向軸線正確。內控

9、法與外控法共同操作，相互校核。保證層層有校核。4)當建筑物施工到一定高度時，外控制和遠方軸線標志不太好利用，此時必須以內控制為主要依據(jù)。測量員必須注意，外控制、軸線標志和內控制之間的關系必須保持一致，控制點之間距離誤差要求達到2mm，測角中誤差5。標高控制：1)首先校測0.000標高點，然后將0.000抄測到建筑物外墻四周并引測到電梯井，用墨斗彈出，閉合差在3mm以內。2)用50m鋼卷尺直接從0.000點沿電梯井和核心筒結構底板預留洞鉛直拉出各層距結構板面500mm的統(tǒng)一高程點，當兩點高程傳遞到同一施工面時，用水準儀對傳遞高程點進行閉合校測，取其三個高程點傳遞的平均值為準，作為各層結構高程的控

10、制依據(jù)，在工作面上大面積進行抄平。3)在每層樓板施工完畢后，將激光鉛垂儀放置于首層底板上已埋設好的控制點a（或b、c、d）上將激光鉛垂儀精確對中、整平，然后調焦望遠鏡，照準施工層上的接收靶，利用無線對講機通知并指揮施工層上操作接收靶的測量人員，使接收靶上正交的坐標中心點同激光鉛垂儀十字絲交點完全重合。此時，固定好接收靶，為了消除儀器自身存在的系統(tǒng)誤差，再將激光鉛垂儀平轉90方向，重新觀測儀器十字絲交點是否與接收靶的正交坐標交點重合，如果重合，說明儀器本身沒有存在系統(tǒng)誤差。這樣接收靶上的正交坐標交點即為控制點a的向上投影點；用同樣的方法將其余各控制點分別投測到施工層樓板上，同樣得到相對應的投影點

11、。4)控制點投測到施工層樓板上之后，將全站儀分別置于各投測點上，校測各個角及相鄰兩投測點間距是否同首層0.000底板上對應的各個角度及控制距離相符，待角度、距離校測后，將投影點用墨線連起來，然后以控制線為基準，用檢定過的50m鋼卷尺，將各條軸線投測于樓板上。最后以軸線為基準測出與鋼柱所在軸線的借用1m控制線，作為下一節(jié)鋼柱校正的依據(jù)。5.2.5 外控法控制鋼柱的位置（以中關村金融中心工程為例）利用上圖5.2.2-3和上圖5.2.2-4作為外控法的軸線控制依據(jù)。南北鋼柱定位，見圖5.2.2-31）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、

12、B、C控制線，根據(jù)圖紙尺寸把TR2TR7各軸線與c軸的交點定出來，同樣把TR8TR14軸線與a軸的交點定出來。2）DJD2A級電子經(jīng)緯儀架設在o點，用來控制TRBs軸和TRGs軸上鋼柱的垂直于TR1TR14軸方向的位置。萊卡全站儀（TCA2003）架設在TR1TR14軸與a、c軸線的交點上，用來控制鋼柱的軸線徑向位置。東西兩側鋼柱定位，見圖5.2.2-41）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、TRCTRF、TRJTRN 軸線上的各個坐標點同樣用全站儀定出來。2）用兩臺DJD2A級電子經(jīng)緯

13、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。5.2.6 鋼柱安裝測量構件進場復測 1)在安裝測量前,對柱、梁、支撐等主要構建尺寸與中線位置進行復核，構件的外形與幾何尺寸的偏差符合“建筑鋼結構質量驗收規(guī)范”的規(guī)定。2) 根據(jù)流水分區(qū)的劃分以及鋼柱吊裝順序，在需要吊裝的鋼柱上面根據(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。見下圖5.2.6-1。在吊裝前，必須對鋼柱的長度，及截面幾何尺寸作檢查，以作為吊裝測量控制標高的依據(jù)。圖5.2.6-1 鋼柱上標注基線示意圖定位復測在基礎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

14、的柱格網(wǎng)進行檢查、調整。其誤差小于1mm。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。其誤差小于0.5mm.。鋼柱垂直度校正1）將檢定過的兩臺DJD2A級電子經(jīng)緯分別置于相互垂直的軸線控制網(wǎng)上，精確對中，整平。后視前方墨線（控制軸線），然后縱向轉動望遠鏡，照準鋼柱頭上操作人員的標志，并讀數(shù)，與設計控制值相對比后，判斷方向并指揮吊裝人員，對鋼柱進行校正。直至在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，然后通知吊裝人員進行焊接。2）由于焊接時，考慮到焊接使得鋼骨收縮，而使得柱子偏移，所以必須隨時監(jiān)測并同時校正垂直度，鋼柱校正方法如圖5.2.6-2所示。 圖5.2.6-2

15、 鋼柱測量校正圖鋼柱頂位移校核在下一節(jié)鋼柱吊裝前，必須對前一節(jié)鋼柱頂?shù)钠七M行復測。復測方法用樓板上已經(jīng)投測的軸線及軸線控制線，量出控制線與鋼柱中心的尺寸，根據(jù)實測數(shù)據(jù)整理成測量報告，上報各有關部門，并進行數(shù)據(jù)分析。以備在下一節(jié)鋼柱吊裝時進行平面調整，以免誤差積累而影響總的垂直度。鋼柱安裝復測1）當鋼柱初校完后，需安裝鋼梁。梁柱之間用高強螺栓連接，在連接安裝過程中，將會影響鋼柱的垂直度，因此必須安裝校檢。2）螺栓初擰之后，需要終擰。終擰同樣將會對鋼柱垂直度有所影響，為了保證鋼柱安裝精度的要求，需作進一步的校測。校測后的測量數(shù)據(jù)作為節(jié)點焊接參考依據(jù)。3）終擰之后，下道工藝是焊接之后的焊縫將會收縮

16、。因此，焊接之后，必須再一次校測，校測后記錄下來的測量數(shù)據(jù)，主要為下一層鋼柱安裝提供調整依據(jù)。其它測定在進行柱、梁、支撐等構建安裝時，應以柱為準，調整梁和支撐，以確保建筑物整體的鉛直度。在焊接時必須觀測與記錄以下項目：1） 柱與梁焊縫收縮引起柱身鉛直度的測定；2） 柱的日照溫差變形的測定值；3） 塔吊錨固在結構上，對結構鉛直度的測定；4） 柱身受風力影響的測定。5.2.7鋼結構安裝質量檢驗鋼柱頭標高檢驗方法用校核無誤的當前施工層的控制標高作為基點，用水準儀將低于柱頂300mm的標高線投測到鋼柱上，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尺寸并記錄下來。將實測后的數(shù)據(jù)整理上報，見圖

17、5.2.7-1、5.2.7-2。 圖5.2.7-1 鋼柱標高檢驗圖 圖5.2.7-2鋼柱垂直校正圖首層以上鋼柱垂直度檢驗校正1）將首層基準軸線投測到鋼梁面上，所投測的線距離梁上的基準設計軸線1m；2）校測梁上基準線的平面位置、尺寸、關系、經(jīng)校測符合精度后，方可使用；3）將經(jīng)緯儀架設在梁面基準線上，后視基準線方向向上投測，鋼柱頂部卡有讀數(shù)標尺；4）根據(jù)儀器與軸線的間距關系，在標尺上讀出相應的尺寸，以此來校正鋼柱。見示意圖8：鋼柱之間水平距離的檢驗校正1）當鋼柱吊裝完畢后，經(jīng)過垂直度校正和標高校正完成后，需要進行平面位置校正；2）AC2003全站儀可以對任意多的點距離聯(lián)測，利用全站儀的這一程序，來

18、對鋼柱水平面位置進行校驗；3）首先根據(jù)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，如圖5.2.7-3所示。圖5.2.7-34）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(lián)測程序測量出兩個鋼柱間的實測距離。把測量數(shù)據(jù)保存起來，作為鋼柱校測的依據(jù)。6 材料及設備(以中關村金融中心工程為例) 表6-1序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量精度1萊卡全站儀TCA20031臺0.52電子經(jīng)緯儀DJD2A3臺23激光鉛垂儀D2J22臺1/450004自動安平水準儀NAL1322臺1mm5鋁合金塔尺5m2把1mm6光原對點器2臺7棱鏡20個8鋼 卷 尺50m2把1mm9管形測力計LTZ200N

19、2只10對講機4部7質量控制表7-1序號項目圖示允許偏差(mm)檢查方法1鋼結構定位軸線L/20000且3.0用經(jīng)緯儀和鋼尺檢查2柱子定位軸線1.0用經(jīng)緯儀和鋼尺檢查3地腳螺栓位移2.0用拉線和鋼尺檢查4底層柱柱底軸線對定位軸線偏移3.0用吊線和鋼尺檢查5上柱和下柱的扭轉3.0用鋼尺檢查6底層柱基準點標高2.0用水準儀檢查7單節(jié)柱的垂直度h/100且10.0用經(jīng)緯儀或吊線和鋼尺檢查8同一層柱柱頂標高之差5.0用水準儀檢查9同一根梁兩端水平度L/1000且10.0用水準儀和鋼尺檢查10壓型鋼板在鋼梁上的排列錯位15.0用直尺和鋼尺檢查11建筑物整體平面彎曲L/1500且25.0用經(jīng)緯儀或拉線和鋼 尺檢查12建筑物的整體垂直度（H/2500）+10且50.0用經(jīng)緯儀檢查13建筑物