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1、超高层钢结构复杂空间坐标测量定位工法1 序言伴随中国建筑业发展，高层、超高层钢结构工程越来越多，施工测量贯穿在钢结构施工整个过程中，测量精度直接影响着钢结构安装质量。我企业承建中关村金融中心工程为150m高全钢结构，工程造型独特，施工测量复杂，外轮廓为世界上独一无二双曲面结构，竖向为半径750m圆弧，平面圆弧最大半径为100m。钢柱全部为三维坐标定位，关键筒以外定位轴线为弧线。通常是工测量方法在本工程中已不适用。经过认真研究、精心施工，高质量、高速度完成了工程施工测量工作，并形成本工法。该工法由中铁建设集团研究开发，在中关村金融中心工程中成功应用去了很好技术和经济效益。该科技结果被评为北京市二
2、等奖，其关键技术已达成国际优异水平，填补了中国空白。该工法已取得铁道部优异工法一等奖。2 工法特点2.0.1本工法施工特点是：采取全站仪进行空间点三维坐标定位，形成整个空间三维坐标系。2.0.2和传统测量方法相比，该工法施工测量方便，测量精度高，施工安全，施工速度快，有利于提升技术经济和社会效益。3 使用范围全部高层、超高层钢结构工程施工测量放线。4 工艺原理平面控制网建立采取内控和外控相结合方法，平面控制采取内控法施工、外控法校核方法。钢柱定位采取优异全站仪进行三维坐标定位。钢柱柱头标高、钢柱垂直度、钢柱间水平距离层层进行测定和校验。5 施工工艺步骤及操作关键点5.1施工工艺步骤测量准备控制
3、网建立（包含平面控制网和高程控制网建立）地脚螺栓三维坐标测量定位测量放线控制外控法控制钢柱位置钢柱安装测量钢柱安装质量测量5.2操作关键点：5.2.1 测量准备全部测量仪器准备齐全，并按中国计量法实施细则要求检验合格；施工图纸审核完成，并完成设计交底；专业测绘设计单位提供工程水准测量结果、高程测量结果等资料齐全；现场桩位交接完成，并做好桩位保护，资料齐全；定位依据复核；用坐标反算法查对所给点边长D和方位角；用符合校测法所给出水准点进行校核。5.2.2控制网建立平面控制网建立 1）依据据每个工程特点，为方便施工测量，提升施测效率，施工测量可分为一个或两个区域进行。通常两个区域划分为：关键筒施工测
4、量是一个单独区域，关键筒外钢柱施工测量是另一个区域。依据每个工程高度和工程特点，可采取内控法或内控法和外空法相结合方法。2）关键筒控制网建立：外控网建立：将关键筒最外边四条轴线分别向外扩1m,形成关键筒外控平面网，见图5.2.2-1。内控网建立：从首层（0.000以上）开始往上全部层，必需要在关键筒每层顶板上预留孔洞方便用激光铅垂仪进行测设。a、b、c、d四个轴线交点构建本工程内控网，每层板上预留4个200200激光铅垂仪用孔洞，用来投测施工时使用，见图5.2.2-2。 图5.2.2-1 关键筒外控平面控制网 图5.2.2-2 内控平面控制网3）外围钢柱测量平面控制网建立：依据每个工程构件部署
5、情况，能够建立一个或多个平面外控网。中关村金融中心工程南北柱子为斜柱，东西两侧为直柱，所以南北和东西分别建立两个平面外控制网，见图5.2.2-3、图5.2.2-4 。 图5.2.2-3 南北外控平面网 图5.2.2-4 东西外控平面网高程控制网建立1)用校核无误后水准点向现场较永久建筑物上外测本工程0.000，用红色油漆作“”标识，作为本工程高程依据。为提升精度，在引测过程中必需使用前后视等长标准。2)在施工过程中，必需常常进行现场高程点复测工作，确保引测高程点正确无误。并在现场布设45个相同高程标高点作为地下地上高程依据，要在距离本工程一定位置地方埋设最少3个水准基准点组成高程点组。5.2.
6、3 地脚螺栓埋设测量在地脚螺栓顶端临时安装一定位钢板，和预埋钢板平行并和地脚螺栓垂直。利用架设在柱纵、横轴线交点上两台经纬仪垂直交汇，定位钢板上纵横轴线许可误差为0.3mm。在灌注基础混凝土前，进行检验调整纵、横轴线和设计位置许可误差为0.3mm。5.2.4 测量放线控制平面控制1)首层底板放线：首先校测控制桩无误后，在控制桩架经纬仪，精密对中后，以盘左盘右取中法，把控制点投测到首层板面上，并进行闭合校核，闭合差符合测角中误差10，边长相对中误差1:10000范围内校核无误后，进行细部点投测，经自检、互检，报监理工程师验线合格后，依据轴线控制网图和施工分区图做控制桩点，作为竖向控制基点。控制桩
7、点做法，用冲击钻把桩点钻出，然后把钢筋埋入，并用钢锯条锯出十字划在钢筋上作出标识。2)标准层测量工作和钢结构施工关系（以一柱二层为例）：钢柱安装（先校正标高，再校正位移、最终调整钢柱垂直偏差）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50mm控制线）钢筋、混凝土施工。0.000以上部位轴线控制: 1)本工程属于超高层建筑（檐高150m），采取内控外控相结合方法。结构垂直度要求很严格，四面测量场地比较狭小。以首层轴线控制网中基点作竖向投测时，应尤其注意以下三点： 事先应严格校恰好仪器，投测时，严格定平度盘水准管。
8、尽可能以首层轴线为准作后视。 取盘左、盘右向上投测平均位置.2)从首层顶板上开始按留洞平面图所表示位置每层顶板留出4个200200方洞，作为用激光经纬仪向上传输各层轴线依据；3)留设此施工洞时，位置必需正确，测量人员在每层浇混凝土前应对各洞定位进行校核。用线坠校核上下层控制线间误差，用钢卷尺闭合校核轴线控制线间距离。在首层顶板上就把各控制轴线引测到较远马路上，然后每隔6层用激光经纬仪加弯管目镜串中法向楼层投测对应轴线作为闭合，确保高层竖向轴线正确。内控法和外控法共同操作，相互校核。确保层层有校核。4)当建筑物施工到一定高度时，外控制和远方轴线标志不太好利用，此时必需以内控制为关键依据。测量员必
9、需注意，外控制、轴线标志和内控制之间关系必需保持一致，控制点之间距离误差要求达成2mm，测角中误差5。标高控制：1)首先校测0.000标高点，然后将0.000抄测到建筑物外墙四面并引测到电梯井，用墨斗弹出，闭合差在3mm以内。2)用50m钢卷尺直接从0.000点沿电梯井和关键筒结构底板预留洞铅直拉出各层距结构板面500mm统一高程点，当两点高程传输到同一施工面时，用水准仪对传输高程点进行闭合校测，取其三个高程点传输平均值为准，作为各层结构高程控制依据，在工作面上大面积进行抄平。3)在每层楼板施工完成后，将激光铅垂仪放置于首层底板上已埋设好控制点a（或b、c、d）上将激光铅垂仪正确对中、整平，然
10、后调焦望远镜，照准施工层上接收靶，利用无线对讲机通知并指挥施工层上操作接收靶测量人员，使接收靶上正交坐标中心点同激光铅垂仪十字丝交点完全重合。此时，固定好接收靶，为了消除仪器本身存在系统误差，再将激光铅垂仪平转90方向，重新观察仪器十字丝交点是否和接收靶正交坐标交点重合，假如重合，说明仪器本身没有存在系统误差。这么接收靶上正交坐标交点即为控制点a向上投影点；用一样方法将其它各控制点分别投测到施工层楼板上，一样得到相对应投影点。4)控制点投测到施工层楼板上以后，将全站仪分别置于各投测点上，校测各个角及相邻两投测点间距是否同首层0.000底板上对应各个角度及控制距离相符，待角度、距离校测后，将投影
11、点用墨线连起来，然后以控制线为基准，用检定过50m钢卷尺，将各条轴线投测于楼板上。最终以轴线为基准测出和钢柱所在轴线借用1m控制线，作为下一节钢柱校正依据。5.2.5 外控法控制钢柱位置（以中关村金融中心工程为例）利用上图5.2.2-3和上图5.2.2-4作为外控法轴线控制依据。南北钢柱定位，见图5.2.2-31）用全站仪把o点坐标定出来，在o点放置一台DJD2A级电子经纬仪，作为塔楼南北钢柱主控点。定出A、B、C控制线，依据图纸尺寸把TR2TR7各轴线和c轴交点定出来，一样把TR8TR14轴线和a轴交点定出来。2）DJD2A级电子经纬仪架设在o点，用来控制TRBs轴和TRGs轴上钢柱垂直于T
12、R1TR14轴方向位置。莱卡全站仪（TCA）架设在TR1TR14轴和a、c轴线交点上，用来控制钢柱轴线径向位置。东西两侧钢柱定位，见图5.2.2-41）用全站仪把o点坐标定出来，在o点放置一台DJD2A级电子经纬仪，作为TRBs轴和TRGs轴上钢柱主控点。把TR1、TR7、TR8、TR14、TRCTRF、TRJTRN 轴线上各个坐标点一样用全站仪定出来。2）用两台DJD2A级电子经纬仪架设在任意一根柱子两个轴线上，用正交法即可把钢柱位置正确定位出来。5.2.6 钢柱安装测量构件进场复测 1)在安装测量前,对柱、梁、支撑等关键构建尺寸和中线位置进行复核，构件外形和几何尺寸偏差符合“建筑钢结构质量
13、验收规范”要求。2) 依据流水分区划分和钢柱吊装次序，在需要吊装钢柱上面依据钢柱原有冲眼标出轴线或中心线，并用红色三角作出标识，方便校测用。见下图5.2.6-1。在吊装前，必需对钢柱长度，及截面几何尺寸作检验，以作为吊装测量控制标高依据。图5.2.6-1 钢柱上标注基线示意图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柱十字定位轴线控制点组成柱格网进行检验、调整。其误差小于1mm。安装时柱底面十字轴线对准地脚螺栓部位柱十字定位轴线。其误差小于0.5mm.。钢柱垂直度校正1）将检定过两台DJD2A级电子经纬分别置于相互垂直轴线控制网上，正确对中，整平。后视前方墨线（控制轴线）
14、，然后纵向转动望远镜，照准钢柱头上操作人员标志，并读数，和设计控制值相对比后，判定方向并指挥吊装人员，对钢柱进行校正。直至在两个方向上均校正在正确垂直位置后，将四个方向搅风绳拉紧，然后通知吊装人员进行焊接。2）因为焊接时，考虑到焊接使得钢骨收缩，而使得柱子偏移，所以必需随时监测并同时校正垂直度，钢柱校正方法图5.2.6-2所表示。 图5.2.6-2 钢柱测量校正图钢柱顶位移校核在下一节钢柱吊装前，必需对前一节钢柱顶偏移进行复测。复测方法用楼板上已经投测轴线及轴线控制线，量出控制线和钢柱中心尺寸，依据实测数据整理成测量汇报，上报各相关部门，并进行数据分析。以备在下一节钢柱吊装时进行平面调整，以免
15、误差积累而影响总垂直度。钢柱安装复测1）当钢柱初校完后，需安装钢梁。梁柱之间用高强螺栓连接，在连接安装过程中，将会影响钢柱垂直度，所以必需安装校检。2）螺栓初拧以后，需要终拧。终拧一样将会对钢柱垂直度有所影响，为了确保钢柱安装精度要求，需作深入校测。校测后测量数据作为节点焊接参考依据。3）终拧以后，下道工艺是焊接以后焊缝将会收缩。所以，焊接以后，必需再一次校测，校测后统计下来测量数据，关键为下一层钢柱安装提供调整依据。其它测定在进行柱、梁、支撑等构建安装时，应以柱为准，调整梁和支撑，以确保建筑物整体铅直度。在焊接时必需观察和统计以下项目：1） 柱和梁焊缝收缩引发柱身铅直度测定；2） 柱日照温差变形测定值；3） 塔吊锚固在结构上，对结构铅直度测定；4） 柱身受风力影响测定。5.2.7钢结构安装质量检验钢柱头标高检验方法用校核无误目前施工层控制标高作为基点，用水准仪将低于柱顶300mm标高线投测到钢柱上，并弹上墨线。然后用经过检定钢尺；量出墨线到柱顶实际尺寸并统计下来。将实测后数据整理上报，见图5.2.7-
