段　鵬，彭　浩

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

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超高層建筑核心筒及電梯井偏差監(jiān)測方法

段鵬，彭浩

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

A Deviation Monitoring Method for Core Tube and Elevator Shaft of Ultra High-rise Building

DUAN Peng，PENG Hao

摘要：超高層建筑物核心筒及電梯井偏差監(jiān)測是建筑物整體施工監(jiān)測的重要組成部分。本文以廣州周大福金融中心為例，從基準(zhǔn)控制網(wǎng)、坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞、偏差測量和數(shù)據(jù)處理4個方面詳細(xì)闡述了監(jiān)測方案的實(shí)施要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)證實(shí)了方案的可行性，對同類的監(jiān)測項目具有良好的參考價值。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；基準(zhǔn)控制網(wǎng)；坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞；偏差監(jiān)測

超高層建筑是城市發(fā)展的必然產(chǎn)物，由于超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，對建筑內(nèi)部核心筒的設(shè)計及施工精度提出了更高的要求；電梯作為垂直交通的工具，電梯井的施工偏差將直接影響電梯的安裝和正常使用。為了確保超高層建筑物的施工精度，施工過程中的誤差和變形監(jiān)測顯得尤為重要。

廣州周大福金融中心(廣州東塔)是集寫字樓、酒店、大型商業(yè)于一體的大型綜合性建筑，占地面積2.6萬m2，地下五層，主塔樓111層，主樓總高度約為530 m，建筑高度高于傳統(tǒng)意義上的超高層建筑，對整體工程的施工質(zhì)量要求較高。傳統(tǒng)的監(jiān)測方案在測量精度上不足以滿足工程需求，故需對廣州東塔核心筒和電梯井偏差測量制定嚴(yán)密可靠的監(jiān)測方案，并配合高精度儀器，確保監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)可靠。

一、施工監(jiān)測方案

廣州東塔的核心筒和電梯井偏差監(jiān)測方案主要由4個部分組成：基準(zhǔn)控制網(wǎng)的建立、坐標(biāo)基準(zhǔn)的傳遞、核心筒和電梯井偏差測量及數(shù)據(jù)處理?；鶞?zhǔn)控制網(wǎng)的布設(shè)分可為兩部分：基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)和首級施工控制網(wǎng)，兩者均采用GPS靜態(tài)觀測方式獲取基線并計算坐標(biāo)。基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)點(diǎn)位距施工現(xiàn)場較遠(yuǎn)，目的是為了保持點(diǎn)位的穩(wěn)定性；首級施工控制網(wǎng)距施工現(xiàn)場較近，便于將坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞至東塔樓層首層。同時，也可利用基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)對首級施工控制網(wǎng)進(jìn)行檢核，判斷施工基準(zhǔn)是否發(fā)生變動。首級施工控制網(wǎng)引至首層的坐標(biāo)基準(zhǔn)，需利用激光投點(diǎn)的方式從下往上傳遞，并根據(jù)要求檢查投射點(diǎn)的內(nèi)、外符合性。投射的基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)檢測符合要求后，以投射點(diǎn)位起算基準(zhǔn)，布設(shè)一級導(dǎo)線，并對核心筒及電梯井的剪力墻均勻采集碎步點(diǎn)。最后將外業(yè)采集數(shù)據(jù)匯總整理，得出監(jiān)測成果。

1. 基準(zhǔn)控制網(wǎng)

基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)是施工監(jiān)測的根本基準(zhǔn)，平面控制網(wǎng)的精度將直接影響首層施工控制網(wǎng)的精度和監(jiān)測成果的可靠性。平面控制網(wǎng)點(diǎn)位的選擇，需要綜合考慮GPS觀測條件、圖形條件、通視條件及后續(xù)應(yīng)用等因素，結(jié)合施工現(xiàn)場勘查，最終基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)由均勻分布在東塔附近的4個點(diǎn)組成，分別為廣州新圖書館樓頂東側(cè)、天鑾廣場A4-A5棟樓頂、朱美拉公寓C座樓頂、高德置地夏座樓頂，如圖1所示，JC01—JC04分別表示4個控制點(diǎn)。本次平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)采用天寶R8型接收機(jī)，在選取的控制點(diǎn)上按照GPS一級網(wǎng)的要求進(jìn)行觀測，觀測要求見表1。

圖1　基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)示意圖

項目要求接收機(jī)類型TrimbleR8觀測量載波相位接收機(jī)標(biāo)稱精度5mm+1×10-6D衛(wèi)星高度角≥15°有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4數(shù)據(jù)采樣間隔/s5點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子(PDOP)≤6

在基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，需在靠近東塔所在地增設(shè)首級施工控制網(wǎng)，作為施工監(jiān)測的基準(zhǔn)。首級施工控制網(wǎng)點(diǎn)毗鄰施工區(qū)域，點(diǎn)位之間的兼容性及穩(wěn)定性容易發(fā)生變化，需要利用穩(wěn)定的外圍基準(zhǔn)對其進(jìn)行監(jiān)測，保證施工測量基準(zhǔn)的統(tǒng)一。根據(jù)實(shí)際地形綜合考慮后，在高德置地、廣州圖書館、利雅灣樓頂各設(shè)置一個基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖2所示，外業(yè)觀測要求與基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)相同。基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)和觀測首級施工網(wǎng)布設(shè)完成后，需定期進(jìn)行維護(hù)，第一年每3個月維護(hù)1次，其后每6個月維護(hù)1次，根據(jù)各期坐標(biāo)差異、邊長差異、角度差異分析控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及兼容性。

圖2　首級施工控制網(wǎng)示意圖

2. 坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞

核心筒及電梯井偏差監(jiān)測需將測量基準(zhǔn)引至建筑物具體樓層，便于下一步的導(dǎo)線及碎步測量。若采用GPS靜態(tài)聯(lián)測的方式，將坐標(biāo)基準(zhǔn)引至每一樓層上，對于超高層建筑來講過于耗時耗力?？紤]到精度要求和可操作性，東塔施工監(jiān)測要求每隔50 m左右，采用激光投點(diǎn)的方式獲取樓層平面起算點(diǎn)坐標(biāo)，此樓層稱為轉(zhuǎn)換層。沒有直接起算點(diǎn)坐標(biāo)的樓層，將采用最近轉(zhuǎn)換層的基準(zhǔn)點(diǎn)位置，繼續(xù)用激光投點(diǎn)的方法將起算基準(zhǔn)傳遞至相應(yīng)樓層。具體操作方法為：采用標(biāo)稱精度為1/200 000的激光垂準(zhǔn)儀分4次投射，每次投射時將垂準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)90°，取4個激光點(diǎn)的幾何中心為最終投射的點(diǎn)位位置。

施工監(jiān)測時，由于非轉(zhuǎn)換層的坐標(biāo)基準(zhǔn)需要使用轉(zhuǎn)換層基準(zhǔn)進(jìn)行激光投射獲取，故需對轉(zhuǎn)換層樓層起算點(diǎn)成果作內(nèi)、外符合性檢測，確保成果的準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)換層起算點(diǎn)位外符合性的檢測測方法為：將控制點(diǎn)投遞至樓層鋼平臺，在鋼平臺標(biāo)識處架設(shè)GPS接收機(jī)，與塔體外圍基準(zhǔn)控制點(diǎn)JC01、JC02、JC03、JC04進(jìn)行聯(lián)測。由于鋼平臺施工環(huán)境復(fù)雜，為了提高觀測的精度，可選擇合適觀測時段和增加觀測時間，觀測要求見表1。其內(nèi)符合性檢測方法為：在轉(zhuǎn)換層控制點(diǎn)之間，利用高精度全站儀測量各點(diǎn)之間的距離及角度，并與建筑物首層相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)間邊長和角度相比較。若檢測結(jié)果為內(nèi)外符合性誤差在容許范圍內(nèi)，則可使用轉(zhuǎn)換層起算點(diǎn)作激光投射，傳遞坐標(biāo)基準(zhǔn)，并進(jìn)行下一步導(dǎo)線和碎步測量；若誤差超限，則需重新使用激光投點(diǎn)獲取起算點(diǎn)位置。

當(dāng)塔體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，最終投射的點(diǎn)位誤差只與原始點(diǎn)位誤差和激光投射引起的誤差相關(guān)。實(shí)際情況下，當(dāng)塔體受到風(fēng)力、地球自轉(zhuǎn)、日照等外界因素影響時，將會產(chǎn)生一定的動態(tài)偏擺，此時激光投射的點(diǎn)位誤差還與塔體的振幅相關(guān)，當(dāng)振幅超過一定程度時，需要對投射點(diǎn)位進(jìn)行修正。塔體動態(tài)特性監(jiān)測采用數(shù)字CCD和傾斜傳感器24 h動態(tài)監(jiān)測方法，兩種方法相互論證，相互檢核，并利用檢核后的成果對塔體的動態(tài)特性進(jìn)行改正，降低外界因素對投點(diǎn)精度的影響。

3. 偏差測量

廣州東塔采用的是多電梯系統(tǒng)，即由地面始發(fā)站至局部區(qū)域中轉(zhuǎn)站，乘客到達(dá)中轉(zhuǎn)站后再換乘區(qū)間電梯到達(dá)不同的樓層。因此，不同樓層需進(jìn)行監(jiān)測的電梯井位置并不一致。施工監(jiān)測中，要根據(jù)不同樓層電梯井的具體情況，對相應(yīng)的剪力墻進(jìn)行監(jiān)測。

選擇最近的轉(zhuǎn)換層控制點(diǎn)，將點(diǎn)位投射至所測樓層后，將投射點(diǎn)作為起算點(diǎn)，使用徠卡TCA2003全站儀(標(biāo)稱精度為0.5″，1 mm+1×10-6D)，按照一級導(dǎo)線的觀測要求布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)。另外，在布設(shè)干線的基礎(chǔ)上，為測量部分電梯井，可以適當(dāng)增設(shè)支導(dǎo)線，如圖3所示。

根據(jù)所測樓層電梯井位置，在相應(yīng)剪力墻上均勻布設(shè)碎步點(diǎn)，圖4中所示部分核心筒內(nèi)符號代表電梯，圓圈部分表示碎步點(diǎn)。由于監(jiān)測過程中部分電梯井已關(guān)閉，無法實(shí)測相應(yīng)核心筒內(nèi)剪力墻，在檢測報告中應(yīng)予以說明。

圖3　導(dǎo)線網(wǎng)示意圖

圖4　電梯井內(nèi)碎步點(diǎn)示意圖

由于風(fēng)力等外界因素和施工誤差的影響，塔體核心筒豎直軸線會在某種程度上偏差垂直方向。樓層高度不同，中心點(diǎn)偏離豎直軸線的距離也并不一致，如圖5所示，H表示樓層標(biāo)高，Sj表示樓層豎直軸線與設(shè)計軸線間的偏差，垂直度則為后者與前者的比值，即角度a的正切值。為了確保施工過程的準(zhǔn)確性和建筑物的安全使用，需對塔體豎直軸線偏差大小及偏差角度進(jìn)行監(jiān)測。具體做法為：在布設(shè)一級導(dǎo)線的基礎(chǔ)上，在核心筒四周的剪力墻上均勻采集碎步點(diǎn)，通過采集的碎部點(diǎn)坐標(biāo)擬合出實(shí)際剪力墻邊線，求出4個角點(diǎn)，并與設(shè)計值進(jìn)行比較。

4. 數(shù)據(jù)處理

(1) 導(dǎo)線網(wǎng)平差及電梯井偏差計算

以轉(zhuǎn)換層已知點(diǎn)或非轉(zhuǎn)換層的投射點(diǎn)作為所測樓層的起算點(diǎn)，按照城市一級導(dǎo)線的要求進(jìn)行導(dǎo)線網(wǎng)平差計算?？刂凭W(wǎng)平差采用南方平差易軟件，若角度閉合差、全長相對閉合差等符合表2規(guī)定則保存結(jié)果；若某項指標(biāo)未達(dá)到，則需仔細(xì)檢查原始數(shù)據(jù)，必要時外業(yè)返工，直至平差結(jié)果通過?？刂茰y量數(shù)據(jù)處理結(jié)束之后，采用筆者所開發(fā)軟件計算碎步點(diǎn)坐標(biāo)，軟件界面如圖6所示。

圖5　垂直度示意圖

分類上限值測距中誤差/mm15測角中誤差/(″)5導(dǎo)線全長相對閉合差1/15000方位角閉合差10n

圖6　碎步計算軟件界面

將碎步點(diǎn)成果展至CAD設(shè)計圖上，如圖4所示，通過碎步點(diǎn)和相應(yīng)剪力墻的垂線距離反映墻體的偏移程度，以此判斷電梯井的施工偏差，并為電梯的安裝提供參考依據(jù)。

(2) 核心筒垂直度偏差計算

核心筒偏差大小是通過剪力墻4個角點(diǎn)的設(shè)計坐標(biāo)和實(shí)測坐標(biāo)之差予以反映的。在核心筒4個方向的剪力墻上均勻布設(shè)碎步點(diǎn)。根據(jù)采集的碎步點(diǎn)坐標(biāo)，對核心筒4條邊分別擬合，如圖4所示延長擬合直線相交可以求出4個頂點(diǎn)的坐標(biāo)(如圖7所示)，把4個頂點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計線延長線的4個頂點(diǎn)坐標(biāo)相比較，按靜力矩法計算該層(如第j層)實(shí)測中心與設(shè)計中心的坐標(biāo)偏差Δxj、Δyj和偏心差Sj，計算公式如下

式中，dxi、dyi為第j層第i點(diǎn)的檢測坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)之差。進(jìn)一步可計算第j層的總垂直度Kj

式中，Hj為j層相對于地面的總高度。

圖7　垂直度偏差求取示意圖

5. 結(jié)果分析

采用如上所述的監(jiān)測方案，廣州東塔各層核心筒垂直度偏差成果如圖8所示，圖中縱軸表示東塔各樓層標(biāo)高，橫軸表示各樓層垂直偏差，即各樓層實(shí)測中心與設(shè)計中心的偏差絕對值。參照《高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《建筑變形測量規(guī)范》和《工程測量規(guī)范》的設(shè)計要求，工程主體軸線總體偏差不得超過H/1000且應(yīng)小于30 mm。由圖8可以看出，各樓層核心筒垂直度符合規(guī)范要求，從數(shù)據(jù)上證實(shí)了方案的可行性。

三、結(jié)束語

超高層建筑的施工監(jiān)測，對成果的精度指標(biāo)及可靠性提出了很高的要求。本文基于廣州東塔監(jiān)測項目特點(diǎn)，從基準(zhǔn)控制網(wǎng)和首級施工控制網(wǎng)的建立、坐標(biāo)基準(zhǔn)的傳遞、偏差測量和數(shù)據(jù)處理4個方面，制定了一套嚴(yán)密的監(jiān)測方案，并結(jié)實(shí)測數(shù)據(jù)證實(shí)了方案的可行性，為超高層建筑電梯安裝、裝修施工提供了參考依據(jù)，對類似工程具有良好的借鑒作用。

圖8　垂線偏差統(tǒng)計

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中圖分類號：P258

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)03-0083-04

作者簡介：段鵬(1980—)，男，碩士，研究方向主要包括城市測量、工程項目管理等。E-mail：includess@126.com

收稿日期：2015-04-13

引文格式： 段鵬，彭浩. 超高層建筑核心筒及電梯井偏差監(jiān)測方法[J].測繪通報，2016(3)：83-86.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0093.