超高层钢结构复杂空间坐标测量定位技术

张淑莉

(中铁建设集团有限公司， 北京 100000)

中关村金融中心工程为150 m高的全钢结构,工程造型独特,施工测量复杂,外轮廓为世界上独一无二的双曲面结构,竖向为半径750 m的圆弧,平面圆弧最大半径为100 m。钢柱全部为三维坐标定位,核心筒以外的定位轴线全部为弧线。通常的施工测量方法在本工程中已经不再适用。

1 施工测量特点

1.1 控制网的建立

工程配楼、连廊、塔楼整个控制网交相呼应,由多条曲线组成。在确定控制网时,除了三部分独立编制各自测量网外,必须将三部分结合起来综合考虑,建立统一的定位控制网。现场不可能按照图纸的定位方法建立控制网,普通工程控制网的建立方法在本工程中也不再适用，必须根据图纸和现场的测量仪器采取适合本工程的测量方法。

1.2 塔楼柱子测量定位

该工程钢结构柱子全部为坐标定位,且±0.00 m以上外柱为四层一折形成，折线角度变化9次形成一个双曲面结构,所以柱子的定位每层均不相同,必须采取特殊的空间定位技术进行柱子的测量定位。

1.3 钢结构安装测量

钢结构工程的测量和一般混凝土结构工程的测量方法不同,大量的测量工作是对钢结构安装的跟踪测量校正。钢结构安装的测量校正技术是钢结构工程的特点也是难点。

2 控制网的建立

2.1 平面控制网建立

(1)基础平面控制网建立

采用内控制网和外控制网相结合的测量控制措施,即内控制网由4个点组成,布置在楼内的核心筒内,实际施工时,根据结构梁的位置关系,避开梁的位置,在每层板上预留4个200 mm×200 mm的激光垂直仪孔洞。外控制网由14个控制点组成,其中主楼部位设有7个控制点,连廊设有4个控制点,配楼设有3个控制点(不同部分的控制点可以相互借用,以此达到相互校核的作用),外控制点到建筑物应有足够的距离,以便于放样和变形观测。内外控制网连成一体并统一在建筑坐标系下,同时还要与北京城市坐标系联测,以确定城市坐标系与本工程建筑坐标系之间的转换参数。楼外的点位设置于基坑外比较稳固且通视良好的部位。另外,在高程控制上,要在距离本工程一定位置的地方埋设至少3个水准基准点组成高程点组。楼内外控制点位见图1。

图1 基础测量控制点位

(2)塔楼地上平面控制网

为方便施工测量,提高施测效率,施工测量可分为两个区域进行。核心筒的施工测量是一个单独区域,核心筒外的钢柱施工测量是另一个区域。根据工程的高度(150 m)和工程的特点,采用内控法和外控法相结合的方法。

外控网建立：将核心筒最外边的四条轴线分别向外扩1 m,形成核心筒外控平面网(见图2)。

图2 核心筒外控平面控制网(单位：mm)

内控网建立：从首层(±0.000 m以上)开始往上的所有层,必须要在核心筒每层顶板上预留孔洞，以便用激光铅垂仪进行测设。a、b、c、d四个轴线的交点作为本工程的内控网,每层板上预留4个200 mm×200 mm的激光铅垂仪孔洞,用来投测施工时使用(见图3)。

图3 内控平面控制网(单位：m)

(3)外围钢柱测量平面控制网

因本工程南北柱子为斜柱,东西两侧为直柱,因此南北和东西分别建立两个平面外控制网(见图4和图5)。

图4 南北外控平面网(单位：m)

图5 东西外控平面网(单位：m)

图6 高层钢结构测量定位

2.2 高程控制网的建立

(1)用校核无误后的水准点向现场较永久的建筑物上外测本工程的±0.000 m,用红色油漆作“▲”标记,作为本工程的高程依据。为提高精度,在引测过程中必须保持前后视等长。

(2)在施工过程中,必须经常进行现场高程点的复测工作,确保引测的高程点正确无误。在现场布设4-5个同等高程的高程点作为地下地上高程的依据,要在距离本工程一定位置的地方埋设至少3个水准基准点组成高程点组。

3 钢柱测量控制技术

3.1 地脚螺栓埋设测量

在地脚螺栓的顶端临时安装一定位钢板,与预埋钢板平行并与地脚螺栓垂直。利用架设在柱纵、横轴线交点上的两台经纬仪垂直交汇,定位钢板上的纵横轴线允许误差为0.3 mm。

3.2 外控法控制钢柱的位置

利用图4和图5作为外控法的轴线控制依据,采用全站仪进行钢柱的定位(见图6)。

(1)南北钢柱定位(见图4)

用全站仪把o点坐标定出来,在o点放置一台DJD2A级的电子经纬仪,作为塔楼南北钢柱的主控点。定出A、B、C控制线,根据图纸尺寸把TR2-TR7各轴线与c轴的交点定出来,同样把TR8-TR14轴线与a轴的交点定出来。

DJD2A级电子经纬仪架设在o点,用来控制TRBs轴和TRGs轴上钢柱的垂直于TR1-TR14轴方向的位置。莱卡全站仪(TCA2003)架设在TR1-TR14轴与a、c轴线的交点上,用来控制钢柱的轴线径向位置。

(2)东西两侧钢柱定位(见图5)

用全站仪把o点坐标定出来,在o点放置一台DJD2A级的电子经纬仪,作为TRBs轴和TRGs轴上钢柱的主控点。把TR1、TR7、TR8、TR14、TRC-TRF、TRJ-TRN轴线上的各个坐标点，同样用全站仪定出来。

用两台DJD2A级电子经纬仪架设在任意一根柱子的两个轴线上,用正交法即可把钢柱位置精确定位出来。

4 钢结构安装测量校正技术

4.1 测量校正工作与钢结构施工关系(以一柱二层为例)

钢柱安装(先校正高程,再校正位移、最后调整钢柱的垂直偏差)→测量校正→下层框架梁→上层框架梁→测量→螺栓初拧→下层次梁、小梁→下层压型钢板堆放→上层次梁、小梁→测量校正→高强度螺栓终拧→压型钢板铺设(楼板50 mm控制线)→钢筋、混凝土施工。

4.2 构件进场复测

在安装测量前,对柱、梁、支撑等主要构件尺寸与中线位置进行复核。

吊装前,根据钢柱原有的冲眼标出轴线或中心线,并用红色三角作出标记,以便校测用。在吊装前,必须对钢柱的长度及截面几何尺寸做检查,以作为吊装测量控制高程的依据。

4.3 定位复测

在基础混凝土面层上第一节钢柱安装前,要对钢柱地脚螺栓部位的柱十字定位轴线控制点组成的柱格网进行检查、调整，其偏差应小于1 mm。安装时柱底面的十字轴线对准地脚螺栓部位的柱十字定位轴线，其偏差应小于0.5 mm。

4.4 钢柱垂直度校正

(1)将检定过的两台电子经纬分别置于相互垂直的轴线控制网上,从两个垂直法方向上同时测量、校正,两个方向上均校正在正确垂直位置后,将四个方向的搅风绳拉紧,进行焊接。

(2)在焊接时,随时跟踪测量、校正,防止引焊接收缩造成的柱子偏移(如图7所示)。

图7 钢柱测量校正

4.5 钢柱安装复测

在梁柱连接用高强度螺栓初拧前、初拧后、终拧后、焊接后均要进行测量校正,防止连接过程造成的钢柱偏位。

4.6 钢柱头高程检验

用校核无误的当前施工层的控制高程作为基点,用水准仪将低于柱顶300 mm的高程线投测到钢柱上,并弹上墨线。然后用经过检定的钢尺；量出墨线到柱顶的实际尺寸,进行核对(见图8、图9)。

图8 钢柱高程检验

图9 钢柱垂直校正

4.7 钢柱之间水平距离的检验校正

首先根据设计图纸,在计算机中把任意两个钢柱的平面位置距离计算出来。用全站仪架设在任意位置(必需能够看到两个钢柱),使用距离联测程序测量出两个钢柱间的实测距离。两者进行核对校正。

5 结束语

中关村金融中心工程通过采用该技术,保证了工程四角柱整体垂直度偏差最大为8 mm,主体结构曲面偏差最大为7 mm,总高度的偏差为9 mm，为6个月完成15 000 t的钢结构安装提供了有利的保证。

[1]GB50026—2007 工程测量规范[S]

[2]GB50205—2001 钢结构工程施工质量验收规范[S]

[3]JGJ8—2007 建筑变形测量规程[S]

[4]JGJ99—98 高层民用建筑钢结构技术规程[S]