高層鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜空間坐標(biāo)測量定位工法（9頁）

1、高層鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜空間坐標(biāo)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(jié)構(gòu)工程越來越多，施工測量貫穿在鋼結(jié)構(gòu)施工的整個(gè)過程中，測量的精度直接影響著鋼結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量。我公司承建的中關(guān)村金融中心工程為150m高的全鋼結(jié)構(gòu)，工程造型獨(dú)特，施工測量復(fù)雜，外輪廓為世界上獨(dú)一無二的雙曲面結(jié)構(gòu)，豎向?yàn)榘霃?50m的圓弧，平面圓弧最大半徑為100m。鋼柱全部為三維坐標(biāo)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(rèn)真研究、精心施工，高質(zhì)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(shè)集團(tuán)有限公司研究開發(fā)，在中關(guān)村金融中心工程中成功應(yīng)用去的了很好的技術(shù)和經(jīng)

2、濟(jì)效益。該科技成果被評(píng)為北京市二等獎(jiǎng)，其關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了我國的空白。該工法已獲得鐵道部優(yōu)秀工法一等獎(jiǎng)。2 工法特點(diǎn)2.0.1本工法的施工特點(diǎn)是：采用全站儀進(jìn)行空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)定位，形成整個(gè)空間三維坐標(biāo)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(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。3 使用范圍所有高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)控和外控相結(jié)合的方法，平面控制采用內(nèi)控法施工、外控法校核的方法。鋼柱定位采用先進(jìn)的全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)定位。鋼柱柱頭標(biāo)高、鋼柱垂直度、鋼柱間的水平距離層層進(jìn)行測定和校驗(yàn)。5 施

3、工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程測量準(zhǔn)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(biāo)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(zhì)量測量5.2操作要點(diǎn)：5.2.1 測量準(zhǔn)備所有測量儀器準(zhǔn)備齊全，并按中華人民共和國計(jì)量法實(shí)施細(xì)則規(guī)定檢驗(yàn)合格；施工圖紙審核完畢，并完成設(shè)計(jì)交底；專業(yè)測繪設(shè)計(jì)單位提供的工程水準(zhǔn)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(hù)，資料齊全；定位依據(jù)的復(fù)核；用坐標(biāo)反算法核對(duì)所給點(diǎn)的邊長D和方位角；用符合校測法所給出的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)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(gè)工程的特點(diǎn)，為方便施工測量，提高施測

4、效率，施工測量可分為一個(gè)或兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行。通常兩個(gè)區(qū)域的劃分為：核心筒的施工測量是一個(gè)單獨(dú)區(qū)域，核心筒外的鋼柱施工測量是另一個(gè)區(qū)域。根據(jù)每個(gè)工程的高度和工程的特點(diǎn)，可采用內(nèi)控法或內(nèi)控法和外空法相結(jié)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(kuò)1m,形成核心筒外控平面網(wǎng)，見圖5.2.2-1。內(nèi)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(yù)留孔洞以便用激光鉛垂儀進(jìn)行測設(shè)。a、b、c、d四個(gè)軸線的交點(diǎn)構(gòu)建本工程的內(nèi)控網(wǎng)，每層板上預(yù)留4個(gè)200200的激光鉛垂儀用的孔洞，用來投測施工時(shí)使用，見圖5.2.2-2。 圖5.2.2-1 核心筒外控

5、平面控制網(wǎng) 圖5.2.2-2 內(nèi)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(gè)工程的構(gòu)件布置情況，可以建立一個(gè)或多個(gè)平面外控網(wǎng)。中關(guān)村金融中心工程南北柱子為斜柱，東西兩側(cè)為直柱，因此南北和東西分別建立兩個(gè)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(zhǔn)點(diǎn)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(biāo)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(jìn)行現(xiàn)場高程點(diǎn)的復(fù)測工作，確保引測的高程點(diǎn)正確無誤。并在現(xiàn)場布

6、設(shè)45個(gè)同等高程的標(biāo)高點(diǎn)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(shè)至少3個(gè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)組成高程點(diǎn)組。5.2.3 地腳螺栓埋設(shè)測量在地腳螺栓的頂端臨時(shí)安裝一定位鋼板，與預(yù)埋鋼板平行并與地腳螺栓垂直。利用架設(shè)在柱縱、橫軸線交點(diǎn)上的兩臺(tái)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(chǔ)混凝土前，進(jìn)行檢查調(diào)整縱、橫軸線與設(shè)計(jì)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(duì)中后，以盤左盤右取中法，把控制點(diǎn)投測到首層板面上，并進(jìn)行閉合校核，閉合差符合測角中誤差10，邊長相對(duì)中誤差1:10000范圍內(nèi)校

7、核無誤后，進(jìn)行細(xì)部點(diǎn)投測，經(jīng)自檢、互檢，報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)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(diǎn)，作為豎向控制基點(diǎn)?？刂茦饵c(diǎn)做法，用沖擊鉆把樁點(diǎn)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(biāo)記。2)標(biāo)準(zhǔn)層測量工作與鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)系（以一柱二層為例）：鋼柱安裝（先校正標(biāo)高，再校正位移、最后調(diào)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(qiáng)度螺栓終擰壓型鋼板鋪設(shè)（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(nèi)控外控相結(jié)合的方法。結(jié)構(gòu)垂直度要求非常嚴(yán)格

8、，四周測量場地比較狹小。以首層軸線控制網(wǎng)中基點(diǎn)作豎向投測時(shí)，應(yīng)特別注意以下三點(diǎn)：事先應(yīng)嚴(yán)格校正好儀器，投測時(shí)，嚴(yán)格定平度盤水準(zhǔn)管。盡量以首層軸線為準(zhǔn)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(gè)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(shè)此施工洞時(shí)，位置必須正確，測量人員在每層澆混凝土前應(yīng)對(duì)各洞定位進(jìn)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(yuǎn)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(yīng)軸線作為閉合，保證高層豎向軸線正確。內(nèi)控法與外控

9、法共同操作，相互校核。保證層層有校核。4)當(dāng)建筑物施工到一定高度時(shí)，外控制和遠(yuǎn)方軸線標(biāo)志不太好利用，此時(shí)必須以內(nèi)控制為主要依據(jù)。測量員必須注意，外控制、軸線標(biāo)志和內(nèi)控制之間的關(guān)系必須保持一致，控制點(diǎn)之間距離誤差要求達(dá)到2mm，測角中誤差5。標(biāo)高控制：1)首先校測0.000標(biāo)高點(diǎn)，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(nèi)。2)用50m鋼卷尺直接從0.000點(diǎn)沿電梯井和核心筒結(jié)構(gòu)底板預(yù)留洞鉛直拉出各層距結(jié)構(gòu)板面500mm的統(tǒng)一高程點(diǎn)，當(dāng)兩點(diǎn)高程傳遞到同一施工面時(shí)，用水準(zhǔn)儀對(duì)傳遞高程點(diǎn)進(jìn)行閉合校測，取其三個(gè)高程點(diǎn)傳遞的平均值為準(zhǔn)，作為各層結(jié)構(gòu)高程的控制依據(jù)，

10、在工作面上大面積進(jìn)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(shè)好的控制點(diǎn)a（或b、c、d）上將激光鉛垂儀精確對(duì)中、整平，然后調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)施工層上的接收靶，利用無線對(duì)講機(jī)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(biāo)中心點(diǎn)同激光鉛垂儀十字絲交點(diǎn)完全重合。此時(shí)，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(zhuǎn)90方向，重新觀測儀器十字絲交點(diǎn)是否與接收靶的正交坐標(biāo)交點(diǎn)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(biāo)交點(diǎn)即為控制點(diǎn)a的向上投影點(diǎn)；用同樣的方法將其余各控制點(diǎn)分別投測到施工層樓板上，同樣得到相對(duì)應(yīng)的投影點(diǎn)。4)控

11、制點(diǎn)投測到施工層樓板上之后，將全站儀分別置于各投測點(diǎn)上，校測各個(gè)角及相鄰兩投測點(diǎn)間距是否同首層0.000底板上對(duì)應(yīng)的各個(gè)角度及控制距離相符，待角度、距離校測后，將投影點(diǎn)用墨線連起來，然后以控制線為基準(zhǔn)，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(zhǔn)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(guān)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(diǎn)坐標(biāo)定出來，在o點(diǎn)放置一臺(tái)DJD2A級(jí)的電子經(jīng)緯儀，作為塔樓南北鋼柱的主控點(diǎn)。定出A、B、C控

12、制線，根據(jù)圖紙尺寸把TR2TR7各軸線與c軸的交點(diǎn)定出來，同樣把TR8TR14軸線與a軸的交點(diǎn)定出來。2）DJD2A級(jí)電子經(jīng)緯儀架設(shè)在o點(diǎn)，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(shè)在TR1TR14軸與a、c軸線的交點(diǎn)上，用來控制鋼柱的軸線徑向位置。東西兩側(cè)鋼柱定位，見圖5.2.2-41）用全站儀把o點(diǎn)坐標(biāo)定出來，在o點(diǎn)放置一臺(tái)DJD2A級(jí)的電子經(jīng)緯儀，作為TRBs軸和TRGs軸上鋼柱的主控點(diǎn)。把TR1、TR7、TR8、TR14、TRCTRF、TRJTRN 軸線上的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)同樣用全站儀定出來。2）用兩臺(tái)DJD2A級(jí)電子經(jīng)緯儀架設(shè)在

13、任意一根柱子的兩個(gè)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(gòu)件進(jìn)場復(fù)測 1)在安裝測量前,對(duì)柱、梁、支撐等主要構(gòu)建尺寸與中線位置進(jìn)行復(fù)核，構(gòu)件的外形與幾何尺寸的偏差符合“建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗(yàn)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(biāo)出軸線或中心線，并用紅色三角作出標(biāo)記，以便校測用。見下圖5.2.6-1。在吊裝前，必須對(duì)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(biāo)高的依據(jù)。圖5.2.6-1 鋼柱上標(biāo)注基線示意圖定位復(fù)測在基礎(chǔ)混凝土面層上第一節(jié)鋼柱安裝前，要對(duì)鋼柱地腳螺栓部位的柱十字定位軸線控制點(diǎn)組成的柱格網(wǎng)

14、進(jìn)行檢查、調(diào)整。其誤差小于1mm。安裝時(shí)柱底面的十字軸線對(duì)準(zhǔn)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(tái)DJD2A級(jí)電子經(jīng)緯分別置于相互垂直的軸線控制網(wǎng)上，精確對(duì)中，整平。后視前方墨線（控制軸線），然后縱向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)鋼柱頭上操作人員的標(biāo)志，并讀數(shù)，與設(shè)計(jì)控制值相對(duì)比后，判斷方向并指揮吊裝人員，對(duì)鋼柱進(jìn)行校正。直至在兩個(gè)方向上均校正在正確垂直位置后，將四個(gè)方向的攪風(fēng)繩拉緊，然后通知吊裝人員進(jìn)行焊接。2）由于焊接時(shí)，考慮到焊接使得鋼骨收縮，而使得柱子偏移，所以必須隨時(shí)監(jiān)測并同時(shí)校正垂直度，鋼柱校正方法如圖5.2.6-2所示。 圖5.2.6-2 鋼柱測

15、量校正圖鋼柱頂位移校核在下一節(jié)鋼柱吊裝前，必須對(duì)前一節(jié)鋼柱頂?shù)钠七M(jìn)行復(fù)測。復(fù)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(shí)測數(shù)據(jù)整理成測量報(bào)告，上報(bào)各有關(guān)部門，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。以備在下一節(jié)鋼柱吊裝時(shí)進(jìn)行平面調(diào)整，以免誤差積累而影響總的垂直度。鋼柱安裝復(fù)測1）當(dāng)鋼柱初校完后，需安裝鋼梁。梁柱之間用高強(qiáng)螺栓連接，在連接安裝過程中，將會(huì)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(huì)對(duì)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(jìn)一步的校測。校測后的測量數(shù)據(jù)作為節(jié)點(diǎn)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(huì)收縮。因此，

16、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(diào)整依據(jù)。其它測定在進(jìn)行柱、梁、支撐等構(gòu)建安裝時(shí)，應(yīng)以柱為準(zhǔn)，調(diào)整梁和支撐，以確保建筑物整體的鉛直度。在焊接時(shí)必須觀測與記錄以下項(xiàng)目：柱與梁焊縫收縮引起柱身鉛直度的測定；柱的日照溫差變形的測定值；塔吊錨固在結(jié)構(gòu)上，對(duì)結(jié)構(gòu)鉛直度的測定；柱身受風(fēng)力影響的測定。5.2.7鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量檢驗(yàn)鋼柱頭標(biāo)高檢驗(yàn)方法用校核無誤的當(dāng)前施工層的控制標(biāo)高作為基點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀將低于柱頂300mm的標(biāo)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?shí)際尺寸并記錄下來。將實(shí)測后的數(shù)據(jù)整理上報(bào)，見圖5.2.7-1、5.2.7-2。

17、 圖5.2.7-1 鋼柱標(biāo)高檢驗(yàn)圖 圖5.2.7-2鋼柱垂直校正圖首層以上鋼柱垂直度檢驗(yàn)校正1）將首層基準(zhǔn)軸線投測到鋼梁面上，所投測的線距離梁上的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)軸線1m；2）校測梁上基準(zhǔn)線的平面位置、尺寸、關(guān)系、經(jīng)校測符合精度后，方可使用；3）將經(jīng)緯儀架設(shè)在梁面基準(zhǔn)線上，后視基準(zhǔn)線方向向上投測，鋼柱頂部卡有讀數(shù)標(biāo)尺；4）根據(jù)儀器與軸線的間距關(guān)系，在標(biāo)尺上讀出相應(yīng)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(yàn)校正1）當(dāng)鋼柱吊裝完畢后，經(jīng)過垂直度校正和標(biāo)高校正完成后，需要進(jìn)行平面位置校正；2）AC2003全站儀可以對(duì)任意多的點(diǎn)距離聯(lián)測，利用全站儀的這一程序，來對(duì)鋼柱水平面位置進(jìn)行校驗(yàn)；3）首

18、先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在計(jì)算機(jī)中把任意兩個(gè)鋼柱的平面位置距離計(jì)算出來，如圖5.2.7-3所示。圖5.2.7-34）用全站儀架設(shè)在任意位置（必需能夠看到兩個(gè)鋼柱），使用距離聯(lián)測程序測量出兩個(gè)鋼柱間的實(shí)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(shè)備(以中關(guān)村金融中心工程為例) 表6-1序號(hào)名 稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量精度1萊卡全站儀TCA20031臺(tái)0.52電子經(jīng)緯儀DJD2A3臺(tái)23激光鉛垂儀D2J22臺(tái)1/450004自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀NAL1322臺(tái)1mm5鋁合金塔尺5m2把1mm6光原對(duì)點(diǎn)器2臺(tái)7棱鏡20個(gè)8鋼 卷 尺50m2把1mm9管形測力計(jì)LTZ200N2只10對(duì)講機(jī)4部7質(zhì)量控制表7

19、-1序號(hào)項(xiàng)目圖示允許偏差(mm)檢查方法1鋼結(jié)構(gòu)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(duì)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(zhuǎn)3.0用鋼尺檢查6底層柱基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高2.0用水準(zhǔn)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(biāo)高之差5.0用水準(zhǔn)儀檢查9同一根梁兩端水平度L/1000且10.0用水準(zhǔn)儀和鋼尺檢查10壓型鋼板在鋼梁上的排列錯(cuò)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建筑物總