核心筒与外框钢结构衔接精度控制技术

孟令明，付效铎，张宝云，吕庚

（中建八局第三建设有限公司北京分公司，北京 100089）

目前，钢框架核心筒结构施工测量的主要方法是将核心筒和外框钢作为两个相对独立的结构分别进行测量控制，采用内控法，利用塔楼的控制网实现对核心筒的内控；采用外控法在已安装完毕后的钢柱上架设经纬仪，实现对外框架钢结构的控制；即使两者的平面及标高测量控制使用同一个基准控制网，仍然无法避免测量误差的累积[1]，给核心筒结构和外框钢结构的衔接带来很大困难。用于核心筒与外框钢柱衔接的连系钢梁往往过长或者过短，这一问题出现的根本原因是在对核心筒结构与外框钢结构分别进行测量控制时错误的使用了两个控制体系，而两个控制体系之间不可避免的会存在误差，导致后序钢结构施工精度无法控制。

魏公村小区棚户区改造项目为双子塔办公楼，包括地下4层、地上17层，钢框架剪力墙结构，本文针对钢框架核心筒结构的施工特点，详细阐述如何建立一个外框钢结构与核心筒结构同时使用且相匹配的控制体系，同时介绍使用该控制体系对施工测量中钢梁预埋件安装、外框钢柱定位、牛腿中心线控制以及钢梁连接板安装等环节的控制方法。

1 建立控制体系

1.1 一级场区平面控制网

对测量成果报告已知坐标及高程进行校核，精度满足规范要求后，使用全站仪采用附合导线测量的方式在施工现场四周布置6个高精度的控制点（其中CK1、CK6为成果报告已知点），形成一个附合导线，即首级场区平面控制网。见图1。

图1 一级场区平面控制网

1.2 二级平面控制网

1.2.1 地下施工阶段

计算出各轴线控制网点的理论坐标值，在一级控制网基础上以CK3、CK4为测站点和后视点，使用全站仪，采用坐标放样的形式初步测设建筑物各轴线控制网点；然后根据极坐标法和直角坐标系的几何条件，校核相关联轴线的坐标、边长、夹角是否相对应，经平差后进行归化改正；再进行复测、改正，直至满足规范要求[2]。确定好各轴线控制网点后，用墨线弹出正交十字线，涂上红油漆做好警示标识，保护桩点不被破坏。见图2。

图2 地下施工阶段二级轴线控制网布置

1.2.2 地上施工阶段

结合工程特点，核心筒结构先于外框钢结构施工，为保证与外框钢结构的安装精度控制相匹配，采用同一控制体系,利用塔楼核心筒的控制网实现对外围框架钢结构的内控。

1）以一级场区平面控制网为测设依据，采用内控法在核心筒四周布设控制点，形成正交十字控制线，东塔、西塔分别设置4个内控点，两座塔楼内控点间的平面坐标位置也应满足一级控制网的精度要求，同时此处也可以与二级控制网点进行复核，相互印证。

2）外框钢结构采用全站仪坐标点放样的形式进行控制，点位应布置在核心筒四周边缘位置，控制核心筒的同时也能够控制外围所有的外框钢柱，见图3。

图3 核心筒内控点布置

3）内控点分阶段向上传递，利用激光垂准仪发出铅直激光束，进行内控点的竖向传递，在外框2节柱、5节柱、8节柱对应楼层设置转换层。每层内控点传递后应进行复测闭合，确保精度满足规范要求。

1.3 建筑物高程控制网

以场区高程控制基点为测设依据，按四等水准测量精度，采用往返测量对成果进行平差校正后，将±1.000 m标高引测至首层核心筒四周管井中，以首层标高控制点向上引测至6、12、16层同一位置处，标识点位形成闭合环形建筑物高程控制网，东塔、西塔分别设置4个标高控制点，以此高程控制网同时对核心筒结构及外框钢结构进行标高控制。见图4。

图4 标高控制点布置

2 钢梁预埋件控制

2.1 预埋件平面位置控制

由于预埋件通常埋设于核心筒剪力墙四周，无法架设测量仪器对预埋件的位置进行施测；此时可采用吊线坠法将本层控制轴线引测至模板等物体上并弹设定位墨线，作为预埋件的测量控制依据；使用水准仪将核心筒内标高引测至核心筒外立面，作为预埋件标高控制依据。

2.2 核心筒结构剪力墙垂直度控制

剪力墙垂直度主要是控制钢梁预埋件在竖直面上的偏差，此偏差直接影响预埋件与外框钢柱之间的净距，造成钢梁过长或过短。为解决这一问题，核心筒的平面控制采用外控与内控相结合的施测方法：内控法利用激光铅垂仪将轴线控制点向上传递，以控制核心筒内部剪力墙的平面位置；外控法在核心筒角部下层剪力墙上用墨线测设一条铅垂线（俗称大角线），上部结构支设模板时，以此为依据用线坠吊测核心筒外围剪力墙垂直度是否满足精度要求。

3 外框钢结构安装测量

3.1 首节钢柱安装测量

首节钢柱的安装精度影响后续钢柱的安装质量，本工程中首节钢柱生根于地下一层，钢柱之间没有钢梁连接，易造成钢柱垂直度偏差较大；因此，首节钢柱的安装精度是地下部分钢结构测控的重点。

1）利用轴线控制网对地脚螺栓的埋设进行定位放线，用经纬仪将需要测设的轴线控制线投测至生根钢柱附近，在地脚螺栓定位板上刻画出一个正交与定位板中心的十字线，根据定位尺寸调整定位板位置。校测地脚螺栓平面位置满足精度要求后，焊接固定。

2）混凝土浇筑完成后，在安装钢柱前对地脚螺栓标高进行调整，通过调节螺母及垫片高度以达到设计标高值。

3）钢柱就位后，用经纬仪将轴线控制线投测至钢柱附近，进行细部放样，即测设钢柱边线及500 mm控制线。

4）将2台经纬仪分别架设在不同方向钢柱底部500 mm控制线上,将固定有磁石的塔尺水平吸附于钢柱顶部，转动望远镜照准塔尺，利用千斤顶反复调整钢骨柱位置，当上下两个塔尺读数一致时，钢柱垂直度及平面位置校正完毕。

5）钢柱定位轴线允许偏差≤1 mm；柱脚底座中心线对应定位轴线允许偏差≤5 mm；钢柱起始基准点标高允许偏差≤+3 mm，-5 mm；单节柱轴线垂直度允许偏差应满足≤H/1 000（H为节柱高度）且绝对偏差≤±10 mm[3]。

3.2 地上外框钢柱定位测量

1）建立模型，导出钢柱关键点位置坐标值，利用该坐标值的三维特性控制钢柱柱顶的平面位置及标高。

2）利用激光垂准仪发出铅直激光束，将首层内控基准点竖向传递至待测钢柱相对应的转换层，校核内控点间的角度和距离，精度满足施测要求方可进行钢柱的定位放样。

3）利用强力磁石将贴有反光标靶的铁片吸附在钢骨柱对应位置，将全站仪架设在内控点上，输入对应的三维坐标，对外框钢柱上不同位置的反光标靶进行定位，当测设坐标值与设计坐标值一致时，外框钢柱定位完成。

4）外框钢柱定位完成后应对钢柱垂直度进行校正，可沿用首层钢柱调校方法，上下两个塔尺读数的差值即为钢柱一侧的垂直度偏差，其值应≤H/1 000且绝对偏差≤±10 mm[3]。

3.3 外框钢柱牛腿控制

外框柱牛腿主要是控制牛腿中心线的偏差，此偏差主要体现在钢梁安装后，钢梁中心线与牛腿中心线不在同一条直线上且牛腿和钢梁之间会形成一个夹角，最终导致牛腿与钢梁对边错位、钢梁整体不顺直，影响钢梁焊接质量。为解决这一问题，避免外框柱牛腿中心线出现较大偏差，在外框钢柱调校过程中同时对牛腿中心线进行控制。利用核心筒内控点，对钢柱安装过程中牛腿中心线的变化进行动态监测。

1）标记出钢柱牛腿中心线及钢柱轴心外延控制线，形成一个特定的控制点位，利用强力磁石将反光标靶吸附于此位置。

2）根据计算机模型以及钢结构深化图，计算得出钢柱牛腿中心线特定位置的相对坐标[4]。

3）将全站仪架设在核心筒转换层内控点上，对外框钢柱牛腿上不同方向的反光标靶进行动态控制，当测设坐标值与设计坐标值一致时，外框钢柱牛腿中心线定位完成[5]。

3.4 钢梁连接板安装控制

采用连接板栓接连系钢梁与核心筒。

1）利用建筑物高程控制网将标高引测至首层核心筒剪力墙上；以此标高控制点向上引测作为连系钢梁水平方向控制依据，同时也是外框钢柱和核心筒标高控制竖向传递的控制依据。

2）将经纬仪架设在由内控点测设的控制轴线上；然后将此控制轴线反映到核心筒剪力墙上，以此作为连系钢梁竖向控制的依据。

3）依据标高控制点和竖向控制轴线在预埋件上放线，以此作为连系钢梁连接板焊接位置的控制依据。

4）钢梁临时固定后，复核钢梁两端标高误差。同跨间内同一横截面梁顶面高差允许偏差，支座处应满足L/1 000（L为跨间距）且≤10 mm[3]。

4 结语

将核心筒结构控制体系的建立作为重点，包括点位的选择、布设形式，在满足核心筒结构控制的同时实现对外围钢结构的控制，保证了核心筒的施工精度与外框架钢结构安装精度相匹配。本项目的实践表明，该技术不仅提高了钢结构安装精度，而且提高了钢结构安装效率。