趙 毅 張紅永 閆 冬 齊鵬輝 王 雨

中建三局集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 430064

鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、整體剛度好、抗震性能好、工業(yè)化生產(chǎn)程度高、施工速度快、建筑造型美觀、施工環(huán)保、空間使用大、可滿足各種功能需求等特點(diǎn)，近幾年來發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于高層、超高層、大跨度空間結(jié)構(gòu)等各種造型復(fù)雜的建筑中。這些建筑通常具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造型獨(dú)特、施工測(cè)量復(fù)雜、測(cè)量工作難度較高的特點(diǎn)[1]。

鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量是鋼結(jié)構(gòu)工作質(zhì)量控制的重要工作，測(cè)量成果的精度將直接影響鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量和施工的進(jìn)度。鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量工作精度要求較高，允許誤差以毫米計(jì)，測(cè)量工作包括構(gòu)件加工尺寸測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)施工安裝測(cè)量。構(gòu)件在加工廠采用數(shù)控加工，測(cè)量精度較高。受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式影響，很多超高層鋼結(jié)構(gòu)鋼柱在安裝測(cè)量時(shí)沒有儀器操作平臺(tái)，需要借助臨時(shí)搭設(shè)平臺(tái)或者借助全站儀專業(yè)的卡具和夾具來架設(shè)儀器?，F(xiàn)場(chǎng)施工安裝測(cè)量工作量較大，除了對(duì)鋼柱進(jìn)行定位測(cè)量外，還要對(duì)鋼柱全程開展跟蹤監(jiān)測(cè)工作。

1 項(xiàng)目工程概況

河南省科技館新館圭表塔為異形扭轉(zhuǎn)鋼框架結(jié)構(gòu)體系（圖1、圖2），共21層，建筑高度為100 m，建筑面積為900 m2，使用功能為觀光。鋼結(jié)構(gòu)包括圓鋼柱（10根直鋼柱，14根為斜鋼柱）、H型樓層鋼梁、箱型斜撐及框架外弧形鋼管梁，4～12層（標(biāo)高10.5～67.5 m）設(shè)計(jì)為無樓板結(jié)構(gòu)。

圖1 圭表塔鋼結(jié)構(gòu)模型

圖2 圭表塔效果圖

2 施工測(cè)量?jī)?nèi)容及重、難點(diǎn)分析

1）本工程為純鋼結(jié)構(gòu)，建筑層數(shù)多、高度高，異形扭轉(zhuǎn)，造型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)豎向偏差直接影響工程受力情況，在施工測(cè)量中要確保豎向投點(diǎn)精度，減小偏差。

2）本工程造型比較獨(dú)特，核心筒有10根直柱，外圍有14根斜度不同的斜柱。斜鋼柱每節(jié)柱的柱頂坐標(biāo)不同，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)施工測(cè)量方法在本工程中已不適用。核心筒采用外控法進(jìn)行控制，外圈斜柱采用內(nèi)控法，鋼柱安裝過程中內(nèi)控、外控相互校核。

3）本工程為鋼框架結(jié)構(gòu)體系，單層面積較小，再加上中間無樓板結(jié)構(gòu)，內(nèi)控點(diǎn)不易布設(shè)且無儀器架設(shè)平臺(tái)，需要借助臨時(shí)搭設(shè)平臺(tái)或者借助全站儀專業(yè)的卡具和夾具來架設(shè)儀器。

4）平面控制網(wǎng)向上引測(cè)時(shí)受鋼構(gòu)件吊裝環(huán)境和結(jié)構(gòu)特性影響較大，再加上斜柱重心不穩(wěn)，需要對(duì)斜柱進(jìn)行連續(xù)跟蹤測(cè)量。

5）隨著樓層的增高，誤差累積會(huì)加大，如何在復(fù)雜的外部環(huán)境因素影響下，迅速、準(zhǔn)確地完成平面軸線控制、高程傳遞，是本工程的重點(diǎn)工作。

6）鋼結(jié)構(gòu)安裝精度高，位置、標(biāo)高及軸線定位難度大。安裝時(shí)，構(gòu)件受力情況較復(fù)雜，極易發(fā)生變形、位移等現(xiàn)象，易造成偏差，需進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，隨時(shí)糾偏并調(diào)整施工。

7）隨著樓層的增高，外圍斜鋼柱向核心筒收斂，樓層截面變小，鋼柱定位安裝難度大。

3 施工測(cè)量準(zhǔn)備

1）熟悉設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)圖紙中的有關(guān)數(shù)據(jù)和幾何尺寸，進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核。

2）熟悉業(yè)主單位提供的基準(zhǔn)點(diǎn)，并復(fù)核其準(zhǔn)確性。

3）斜柱定位是本工程測(cè)量控制的重點(diǎn)，采用施工坐標(biāo)系較為方便。以建筑物西南角軸線交點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，建立施工坐標(biāo)系，將控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)系。

4）根據(jù)每層的結(jié)構(gòu)平面布置圖，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)深化模型、每節(jié)柱的加工長(zhǎng)度，依據(jù)斜柱長(zhǎng)度、斜度計(jì)算每節(jié)柱的柱頂坐標(biāo)。

5）根據(jù)圖紙條件及工程結(jié)構(gòu)特征確定軸線基準(zhǔn)點(diǎn)布置和控制形式。

4 施工控制網(wǎng)布設(shè)

4.1 外控網(wǎng)建立

根據(jù)建筑物特點(diǎn)和施工要求，首先復(fù)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的正確性，再進(jìn)行導(dǎo)線控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)。內(nèi)業(yè)資料整理、計(jì)算完后，進(jìn)行閉合導(dǎo)線誤差分析和平差，對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)加以修正，得出各導(dǎo)線點(diǎn)平差后的坐標(biāo)，確認(rèn)誤差滿足規(guī)范要求后，建立施工導(dǎo)線控制網(wǎng)。

4.1.1 核心筒直柱定位

核心筒直柱安裝時(shí)無任何平面結(jié)構(gòu)，無法采用內(nèi)控法進(jìn)行軸線投測(cè)，只能采用外控法進(jìn)行軸線投測(cè)。

外控法就是在高層建筑物外部，根據(jù)建筑物的軸線控制樁，使用經(jīng)緯儀將軸線向上投測(cè)，又稱為經(jīng)緯儀豎向投測(cè)法。類似于多層建筑軸線投測(cè)，但由于高層建筑施工特點(diǎn)和場(chǎng)地情況不同，故安置經(jīng)緯儀的位置也有不同。常用的3種軸線投測(cè)方法為：延長(zhǎng)軸線法、側(cè)向借線法和正倒鏡逐漸趨近法。

1）延長(zhǎng)軸線法。此法適用于建筑物場(chǎng)地四周寬闊，能將建筑物輪廓軸線延長(zhǎng)到遠(yuǎn)離建筑物的總高度以外，或附近多層建筑物的樓頂上，并可在軸線的延長(zhǎng)線上安置經(jīng)緯儀的情況，再以首層軸線為準(zhǔn)，向上逐層投測(cè)。

2）側(cè)向借線法。此法適用于場(chǎng)地四周范圍較小，高層建筑物四周輪廓軸線無法延長(zhǎng)，但可以將軸線向建筑物外側(cè)平行移出（俗稱借線）的情況。移出的尺寸應(yīng)視建筑物外側(cè)腳手架的情況而定，盡可能不超過2 m。

3）正倒鏡逐漸趨近法。此法適用于建筑物四周輪廓線雖然可以延長(zhǎng)，但不能在延長(zhǎng)線上安置經(jīng)緯儀的情況。

4.1.2 外控網(wǎng)布設(shè)、投測(cè)

本工程周圍場(chǎng)地比較寬闊，所以核心筒直柱軸線投測(cè)采用延長(zhǎng)軸線法。當(dāng)首節(jié)柱安裝完成后，使用全站儀將3、C軸線精確地投測(cè)在塔樓底部并標(biāo)定，如圖3所示。隨著塔樓不斷升高，要逐層向上投測(cè)其柱軸線。具體做法如下：先將經(jīng)緯儀安置在C、C＇、3、3＇的軸線控制樁上，嚴(yán)格對(duì)中與整平，分別以正倒鏡2個(gè)盤位照準(zhǔn)塔樓首層3、C軸線標(biāo)志a、a＇、b、b＇，向上投測(cè)施工層直鋼柱，取正倒鏡投測(cè)點(diǎn)位的中點(diǎn)作為軸線投測(cè)的投影點(diǎn)，然后進(jìn)行直鋼柱校正。隨著樓層的增高，儀器與建筑物的仰角越來越大，因此可將軸線控制樁延長(zhǎng)到施工部位100 m外，或者使用經(jīng)緯儀＋彎管目鏡的方法進(jìn)行軸線的投測(cè)。

圖3 延長(zhǎng)軸線法的軸線豎向投測(cè)示意

軸線投測(cè)時(shí)應(yīng)注意：

1）軸線投測(cè)前應(yīng)嚴(yán)格檢核儀器，宜選擇陰天及無風(fēng)天氣進(jìn)行投測(cè)。

2）操作時(shí)儀器應(yīng)仔細(xì)對(duì)中整平，以減少儀器豎軸誤差的影響。

3）應(yīng)用正倒鏡投點(diǎn)法向上投測(cè)或延長(zhǎng)軸線，以消除儀器視準(zhǔn)軸誤差和橫軸不水平誤差的影響。

4）軸線控制樁或延長(zhǎng)軸線的樁位要穩(wěn)固，標(biāo)志要明顯，并能長(zhǎng)期保存。投測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能以首層軸線為準(zhǔn)直接向施工層投測(cè)，以減少逐層向上投測(cè)造成的誤差積累。

5）每隔5層或者10層，用正倒鏡逐漸趨近法校核一次，以提高投測(cè)精度，減少豎向偏差的積累。

4.2 內(nèi)控網(wǎng)

4.2.1 內(nèi)控網(wǎng)布設(shè)

由于本工程先進(jìn)行鋼柱安裝，電梯井橫梁上焊接的臨時(shí)工字鋼井字梁平臺(tái)是唯一能架設(shè)全站儀的地方，故內(nèi)控點(diǎn)布置在首層電梯井內(nèi)，在電梯井北側(cè)、西側(cè)分別布置后視點(diǎn)、檢查點(diǎn)（圖4）。

圖4 內(nèi)控點(diǎn)平面布置

在首層電梯井橫梁上焊接工字鋼井字梁作為架設(shè)激光垂直儀的平臺(tái)，電梯井內(nèi)控點(diǎn)布置如圖5所示。在樓板上預(yù)埋鋼板，等樓板結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行內(nèi)控點(diǎn)引測(cè)并復(fù)核角度、邊長(zhǎng)，經(jīng)復(fù)核無誤后做好標(biāo)識(shí)。

圖5 電梯井內(nèi)控點(diǎn)布置

4.2.2 內(nèi)控網(wǎng)投測(cè)

分別在首層3個(gè)內(nèi)控點(diǎn)處安置激光鉛直儀，仔細(xì)對(duì)中，嚴(yán)格整平，在內(nèi)控點(diǎn)豎直方向的各施工樓層板上均預(yù)留垂準(zhǔn)孔，在垂準(zhǔn)孔上方放置有不同直徑圓圈的激光接收靶。

為消除儀器的軸系誤差，投測(cè)時(shí)采用0°、90°、180°、270°四個(gè)位置分別向上投測(cè)，將4個(gè)投測(cè)點(diǎn)連線相交，即可得到投測(cè)點(diǎn)位，一般投測(cè)2次，如果2次相關(guān)結(jié)果在限差內(nèi)，則取其中點(diǎn)作為最終投測(cè)點(diǎn)。

4.2.3 斜鋼柱及弧心梁定位

核心筒直鋼柱、H型鋼梁安裝完成并連接成整體后，在電梯井梁上使用工字鋼焊接的井字梁作為測(cè)量平臺(tái)，將內(nèi)控點(diǎn)引測(cè)到測(cè)量平臺(tái)上。由于斜鋼柱在水平2個(gè)方向都有變化，無法采用外控法投測(cè)軸線進(jìn)行定位，故只能使用全站儀極坐標(biāo)法放樣來控制斜鋼柱定位。

內(nèi)控點(diǎn)投測(cè)完成后，在電梯井內(nèi)借助工字鋼井字梁架設(shè)全站儀，后視點(diǎn)及檢查點(diǎn)借助懸挑鋼平臺(tái)進(jìn)行后視、測(cè)站檢核。建站完成并待角度、距離檢核無誤后，采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行斜鋼柱及弧心梁的安裝定位測(cè)量。

斜鋼柱由于重心不在底部，故定位測(cè)量需要連續(xù)進(jìn)行，直至斜鋼柱間弧心梁、斜鋼柱與核心筒柱間的H型鋼梁焊接完成并形成一個(gè)整體后，方可停止。

4.3 高程控制網(wǎng)

4.3.1 高程控制點(diǎn)

高程控制點(diǎn)直接設(shè)置在平面控制點(diǎn)位上，高程控制點(diǎn)不少于2個(gè)，待首節(jié)鋼柱安裝完成后，將控制點(diǎn)高程引測(cè)至首節(jié)柱上，做好標(biāo)識(shí)，引測(cè)精度不應(yīng)低于四等水位，并定期進(jìn)行復(fù)核。

4.3.2 高程傳遞

本工程的高程采用水準(zhǔn)儀懸掛鋼尺法和全站儀天頂測(cè)距法2種不同的方法進(jìn)行傳遞，相互校核。

5 鋼結(jié)構(gòu)安裝、測(cè)量校正施工流程

按照核心筒直鋼柱、核心筒H型鋼梁、外圍斜柱、弧心梁的順序進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝校正工作。核心筒直鋼柱的安裝校正按照先標(biāo)高、后位移、最后垂直度的順序進(jìn)行。在構(gòu)件安裝校正過程中，加強(qiáng)對(duì)相鄰鋼柱的監(jiān)測(cè)工作，提高整體安裝精度。

1）構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)復(fù)測(cè)。在安裝測(cè)量前，對(duì)柱、梁、牛腿等主要構(gòu)件尺寸與中線位置進(jìn)行復(fù)核，并標(biāo)出構(gòu)件軸線或中心線，以作安裝校正用。

2）基地埋件復(fù)核。在首節(jié)柱安裝前，首先確?；A(chǔ)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，然后復(fù)核鋼柱地腳螺栓的平面位置、高程，復(fù)核無誤后在埋件上用墨線彈出軸線。

3）鋼柱標(biāo)高控制。鋼柱的標(biāo)高控制應(yīng)在鋼柱安裝就位前完成。鋼柱吊裝前，根據(jù)下一節(jié)柱頂偏差值、本節(jié)柱的柱長(zhǎng)偏差值、下節(jié)柱柱底焊縫收縮值來確定本節(jié)柱安裝標(biāo)高。如本節(jié)鋼柱需調(diào)高，則在本節(jié)柱與下節(jié)柱的對(duì)接口間隙處墊上相應(yīng)高度的墊片。應(yīng)注意一次調(diào)整標(biāo)高不宜過大，否則會(huì)給其他構(gòu)件的安裝定位帶來難度。

4）位移調(diào)整。鋼柱吊裝前復(fù)核下節(jié)柱頂中心三維坐標(biāo)，為上節(jié)柱的標(biāo)高、位移預(yù)調(diào)整提供依據(jù)。鋼柱對(duì)接時(shí)鋼柱的中心線應(yīng)盡量對(duì)齊，錯(cuò)邊量應(yīng)符合規(guī)范要求，盡量做到上下柱十字軸線重合。

5）垂直度校正。在柱、梁安裝過程中，2臺(tái)經(jīng)緯儀＋彎管目鏡分別置于相互垂直的軸線控制網(wǎng)上，從2個(gè)垂直方向同時(shí)測(cè)量、校正鋼柱的垂直度。在焊接時(shí)隨時(shí)跟蹤、校正鋼柱的垂直度，防止由于焊接收縮而造成柱子的偏移。

6 測(cè)量精度保證措施

1）施工控制網(wǎng)等級(jí)與鋼結(jié)構(gòu)施工要求相適應(yīng)。根據(jù)誤差理論分析和類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，本工程平面控制網(wǎng)按照一級(jí)導(dǎo)線精度要求布設(shè)，高程控制網(wǎng)按照三等水準(zhǔn)精度要求布設(shè)，確保控制網(wǎng)點(diǎn)位的精度符合要求。

2）使用相應(yīng)精度等級(jí)的施工測(cè)量?jī)x器，提高測(cè)量放線精度。

3）測(cè)量過程中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行測(cè)量，并實(shí)行復(fù)核制度，做到步步有復(fù)核，前一工序未檢核合格，不進(jìn)行后一步的測(cè)量。

4）須在測(cè)量前對(duì)涉及的儀器、鋼卷尺等測(cè)量工具進(jìn)行必要的檢驗(yàn)，合格后方可投入到測(cè)量施工中。

5）控制點(diǎn)測(cè)量作業(yè)要做好書面記錄，對(duì)施工過程中用的全部測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并復(fù)核。

6）定期復(fù)核測(cè)量控制網(wǎng)。

7）定期對(duì)外控用的軸線控制樁進(jìn)行復(fù)核，防止因人為原因變動(dòng)導(dǎo)致樁位位移或受破壞，影響測(cè)量的精度。

7 結(jié)語

在超高層建筑施工中，大多數(shù)采用內(nèi)控法進(jìn)行軸線豎向投測(cè)。軸線投測(cè)至施工樓層后，雖然對(duì)每一層邊角和自身尺寸進(jìn)行檢測(cè)，但無法檢查內(nèi)控點(diǎn)在施工層上的位移與轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，近些年來，在一些超高、造型獨(dú)特的鋼結(jié)構(gòu)建筑軸線投測(cè)中，經(jīng)常采用內(nèi)、外控相結(jié)合的方法進(jìn)行軸線投測(cè)。本工程即采用內(nèi)、外控相結(jié)合的方法進(jìn)行豎向軸線投測(cè)，并最終順利地完成了異形扭轉(zhuǎn)鋼結(jié)構(gòu)的測(cè)量控制任務(wù)。