超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)量監(jiān)理技術(shù)

1、。妥雨聶系菱iqll 。毽叁墾莖理2009年第7期(總第121期)超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)量監(jiān)理技術(shù) 崔楠(上海市建設(shè)工程監(jiān)理有限公司， 上海200072)摘要：以上海環(huán)球金融中心工程為實(shí)例，從控制工程質(zhì)量的角度，介紹了超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中的工程測(cè)量監(jiān)理技 術(shù)。關(guān)鍵詞：超高層鋼結(jié)構(gòu)施工；施工測(cè)量監(jiān)理；測(cè)量控制中圖分類(lèi)號(hào)：tu712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：b 文章編號(hào)：10074104(2009)070085031工程概況 上海環(huán)球金融中心工程地下3層，地上l01層，高度為492 1t1，為目前國(guó)內(nèi)第一高樓。因此，工程測(cè)量監(jiān)理是工程質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，而測(cè)量成果是否可靠將直接影響工程質(zhì)量。 本工程監(jiān)理測(cè)量控制難點(diǎn)

2、如下： (1)首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)的穩(wěn)定可靠性控制； (2)隨樓層的逐漸增高、簡(jiǎn)體的收斂，主樓在超高處受到風(fēng)、溫差(高空與地面溫差可達(dá)4、瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)20 ms)、現(xiàn)場(chǎng)施工(塔吊運(yùn)轉(zhuǎn))等各方面的影響逐漸增大，而現(xiàn)有的儀器設(shè)備又不能一次投遞且保證精度； (3)由于鋼結(jié)構(gòu)施測(cè)作業(yè)環(huán)境比較特殊，需配備專(zhuān)用卡具夾具，安裝精度要求又高；特別是頂部tot結(jié)構(gòu)測(cè)量無(wú)固定作業(yè)面，附近高強(qiáng)螺栓施工、測(cè)量校正、鋼構(gòu)件吊裝及早晚溫差影響等對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)的影響較大，所以需定時(shí)對(duì)測(cè)站點(diǎn)位進(jìn)行校核； (4)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面大、板材厚、重量重、立焊和斜立焊焊口多，焊接的橫向收縮直接導(dǎo)致鋼柱的軸線(xiàn)和垂直度產(chǎn)生較大偏差，為了保證復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

3、施工，最終滿(mǎn)足規(guī)范要求，監(jiān)理必須干預(yù)施工測(cè)量的預(yù)控制。2測(cè)量控制網(wǎng)的建立和傳遞技術(shù)要點(diǎn) 本工程主樓平面尺寸隨著樓層的增加而減少。外型從中部西北一東南向開(kāi)始向內(nèi)收縮，由最初的57600 mmx57600 mm逐縮至最終的4371 mmx73339 mm東北一西南頂部結(jié)構(gòu)桁架。并且內(nèi)部在5760層、7879層以及90層有重大的結(jié)構(gòu)收斂變形。因此，在控制點(diǎn)位置確定時(shí)監(jiān)理必須充分考慮上部結(jié)構(gòu)以及本身結(jié)構(gòu)變形等情況。21控制網(wǎng)的布設(shè) 本工程士0o0以下部分采用外控法進(jìn)行測(cè)量，利用基坑外的平面控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量控制，士0o0以上部分采用內(nèi)控法進(jìn)行測(cè)量。為保證測(cè)量控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性，更好地對(duì)主樓進(jìn)行垂直度、平面位

4、置(位移、扭曲等變形)控制，也考慮施工作業(yè)的方便、快捷以及現(xiàn)場(chǎng)施工的需要，工程施工采用的建筑坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)在大地坐標(biāo)系下x l7、y l軸線(xiàn)交點(diǎn)為原點(diǎn)，則在該建筑坐標(biāo)系中主樓處在第一象限，測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)負(fù)值便于后續(xù)施工計(jì)算。 當(dāng)首層(i0000 iti)樓板澆注完畢，混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，根據(jù)業(yè)主提供的g l、g 2點(diǎn)做一閉合導(dǎo)線(xiàn)，將控制點(diǎn)引測(cè)至主樓內(nèi)便于做內(nèi)控制點(diǎn)處。由于超高層項(xiàng)目施工工藝的特殊性，在上部主體結(jié)構(gòu)施工到一定階段，下部玻璃幕墻等裝飾工程便開(kāi)始介入施工。為使所布設(shè)的控制網(wǎng)能夠上下兼顧，本著控制點(diǎn)的傳遞不受到下部裝飾施工的影響，控制點(diǎn)位置便于塔樓整體垂直度控制的原則，本工程采用內(nèi)外筒雙層

5、控制系統(tǒng)。22內(nèi)控制點(diǎn)的傳遞 投點(diǎn)誤差主要有三個(gè)方面構(gòu)成：儀器對(duì)中誤差、儀器本身精度、引投點(diǎn)定位誤差，其中儀器本身精度為主要因素。結(jié)合工程特點(diǎn)和測(cè)量?jī)x器本身的性能，監(jiān)理應(yīng)注重儀器的選用，本工程所用的蘇州一光激光垂準(zhǔn)儀其精度為145000?？刂泣c(diǎn)的投遞必須選擇天氣狀況良好、現(xiàn)場(chǎng)施工器械對(duì)結(jié)構(gòu)影響相對(duì)較小的時(shí)間段內(nèi)，由經(jīng)過(guò)嚴(yán)格技術(shù)交底和培訓(xùn)的專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行點(diǎn)位傳遞，有效地保證了投遞精度。 隨著樓層的逐漸增高、簡(jiǎn)體的收斂，塔樓在超高處受客觀(guān)條件等各方面的影響逐漸增大，監(jiān)理要求施 pr0ect management篷設(shè)鐾鋸2009-g-第7期(總第121期)f 一一萎甬覆泵菱孺工測(cè)量控制網(wǎng)的傳遞在4

6、00 111以下為每l015層傳遞一次，400 m以上為每5層傳遞一次，以確保在投點(diǎn)過(guò)程中激光點(diǎn)位軌跡移動(dòng)較小。投點(diǎn)完畢后，需進(jìn)行控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)，當(dāng)閉合差超差時(shí)，重新進(jìn)行投遞。 主樓結(jié)構(gòu)隨著樓層的增高向d 2軸收斂轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)形式發(fā)生改變，原有位置的測(cè)量控制點(diǎn)已不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，測(cè)量控制網(wǎng)必須針對(duì)結(jié)構(gòu)的收斂進(jìn)行相應(yīng)的位置轉(zhuǎn)變。 3鋼結(jié)構(gòu)安裝的測(cè)量控制 監(jiān)理嚴(yán)格按“先內(nèi)筒后外圍”的順序、“先標(biāo)高，后位移，最后垂偏”的方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝校正工作，調(diào)整校正過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)相鄰鋼柱的觀(guān)測(cè)，增加整體觀(guān)測(cè)的次數(shù)，提高整體控制測(cè)量精度。31鋼柱標(biāo)高調(diào)校311 柱基標(biāo)高調(diào)整 首層柱安裝時(shí)，可在柱底板下地腳螺栓上加一

7、個(gè)調(diào)整螺母，其標(biāo)高調(diào)整到與柱底板標(biāo)高齊平，利用底板下螺母控制柱子的標(biāo)高。此法需注意地腳螺栓的強(qiáng)度和剛度是否滿(mǎn)足要求。另一種方法是在基礎(chǔ)頂柱底位置事先安放墊塊，頂標(biāo)高略低于柱底標(biāo)高，柱安裝完通過(guò)楔形鋼墊塊調(diào)整柱底標(biāo)高。312 柱頂標(biāo)高調(diào)整 一是按相對(duì)標(biāo)高安裝，另一種是按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝(通常按相對(duì)標(biāo)高安裝)。鋼柱吊裝就位后，用大六角高強(qiáng)度螺栓固定連接上下耳板，通過(guò)起重機(jī)起吊、撬棍微調(diào)柱間隙、量取上下柱頂預(yù)先標(biāo)定的標(biāo)高值，符合要求后打入鋼楔，點(diǎn)焊限制鋼柱下落，考慮到焊縫收縮、壓縮變形，標(biāo)高偏差調(diào)整至3 illtl以?xún)?nèi)，柱子安裝后在柱頂安置水平儀測(cè)相對(duì)標(biāo)高，取較為合理值為零，將標(biāo)高測(cè)量結(jié)果與下節(jié)柱預(yù)檢長(zhǎng)

8、度對(duì)比進(jìn)行綜合處理，柱頂相對(duì)標(biāo)高差超過(guò)5 mm需作調(diào)整。應(yīng)注意一次調(diào)整標(biāo)高不宜過(guò)大，否則會(huì)帶來(lái)其它構(gòu)件節(jié)點(diǎn)安裝難度。32位移調(diào)整 鋼柱對(duì)接時(shí)鋼柱的中心線(xiàn)應(yīng)盡量對(duì)齊，錯(cuò)邊量應(yīng)符合要求。應(yīng)盡量做到上下柱十字線(xiàn)重合，如有偏差，應(yīng)在柱與柱的連接耳板的不同側(cè)面夾入墊板(墊板厚度o510 mm)，擰緊大六角高強(qiáng)度螺栓，鋼柱的位移偏差每次調(diào)整量在3 iilltl以?xún)?nèi)，若偏差過(guò)大可分23次調(diào)整。 監(jiān)理應(yīng)注意每節(jié)鋼柱的定位軸線(xiàn)不允許使用下面一節(jié)鋼柱子的定位軸線(xiàn)，必須從地面控制線(xiàn)或階段傳遞層控制線(xiàn)引到高處。33垂直度校正 在鋼柱偏斜一側(cè)打入鋼楔或用頂升千斤頂支頂。垂直度測(cè)量采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀(配合彎管目鏡)在鋼柱兩個(gè)

9、互相垂直的方向同時(shí)進(jìn)行跟蹤觀(guān)測(cè)控制。鋼柱在自由狀態(tài)校正時(shí)，垂直度偏差應(yīng)校正到0，單節(jié)柱的垂直度偏差i-11000且牛l00 illltl，在監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)預(yù)留焊接變形值以防焊后超標(biāo)，每節(jié)柱所有節(jié)點(diǎn)焊接完畢后復(fù)測(cè)構(gòu)件的安裝偏差值。監(jiān)理要對(duì)由安裝誤差、焊接變形、日照溫度、鋼結(jié)構(gòu)彈性等因素引起的誤差值，通過(guò)總結(jié)積累的經(jīng)驗(yàn)提出預(yù)留垂偏值。34鋼梁的水平度校正 同一根梁兩端的水平度，允許偏差(l1000+3 mm)(l為梁長(zhǎng))，且不大于10 mm。鋼梁安裝時(shí)監(jiān)理還應(yīng)注意鋼柱垂直度的變化以及鋼梁水平度超標(biāo)的主要原因并提前采取措施。鋼梁水平度超標(biāo)的主要原因是連接板位置或螺孔位置有誤差，可采取更換連接板或塞焊孔重新

10、制孔進(jìn)行處理。35垂直度跟蹤觀(guān)測(cè) 鋼梁和鋼柱焊接過(guò)程中，采用經(jīng)緯儀對(duì)鋼柱的垂直度隨時(shí)進(jìn)行跟蹤觀(guān)測(cè)，保證鋼結(jié)構(gòu)安裝的各項(xiàng)控制指標(biāo)處于受控狀態(tài)。鋼柱高度范圍內(nèi)的全部構(gòu)件，經(jīng)監(jiān)理測(cè)量驗(yàn)收合格后，進(jìn)行測(cè)放平面位置的控制軸線(xiàn)和高程控制的標(biāo)高線(xiàn)。36統(tǒng)一計(jì)量尺度 同一工程項(xiàng)目應(yīng)設(shè)3把“基準(zhǔn)尺”，制造單位、安裝單位和監(jiān)理單位各執(zhí)1把。這3把尺必須是經(jīng)同一部門(mén)檢定矯正并經(jīng)三方認(rèn)可的長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)用尺。在構(gòu)件加工、安裝和驗(yàn)收過(guò)程中，各單位實(shí)際使用的尺子都應(yīng)跟各自所持的“基準(zhǔn)尺”進(jìn)行比對(duì)并經(jīng)溫度尺長(zhǎng)的修正。監(jiān)理要對(duì)“基準(zhǔn)尺”妥善保存，不應(yīng)在實(shí)際施測(cè)時(shí)使用，以便對(duì)各單位檢查。4焊接對(duì)測(cè)量控制的影響 每次安裝校正完畢，

11、高強(qiáng)度螺栓安裝施工后，測(cè)量人員應(yīng)對(duì)鋼柱垂直度重新進(jìn)行測(cè)量，提供實(shí)際的偏差數(shù)值，然后由質(zhì)量部門(mén)按實(shí)際數(shù)值編制焊接順序，對(duì)一些部位預(yù)留焊接收縮量。監(jiān)理要對(duì)預(yù)留焊接收縮量進(jìn)行預(yù)控制。5超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)量的問(wèn)題分析及建議5，1 專(zhuān)業(yè)測(cè)量對(duì)超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)控技術(shù)的研究有待深入 超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)控技術(shù)是一門(mén)邊緣學(xué)科，它以測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合考慮到機(jī)械加工技術(shù)、焊接技術(shù)以及結(jié)構(gòu)施工技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。從現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范規(guī)程來(lái)看，現(xiàn)階段對(duì)超高層鋼結(jié)構(gòu)施工精度的要求是各專(zhuān)業(yè)提出來(lái)的，專(zhuān)業(yè)測(cè)量的相關(guān)規(guī)定有些滯后。筆者認(rèn)為超高層鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)控技術(shù)應(yīng)以測(cè)控的工藝程序?yàn)橹骶€(xiàn)，結(jié)合各專(zhuān)業(yè)的要求進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化系統(tǒng)化的描述比

12、較合理。52關(guān)于精度傳遞時(shí)的遞減趨勢(shì) 鋼柱安裝的最終精度受到裝配、焊接等工序的影響，控制精度存在遞減的趨勢(shì)，因此對(duì)下一工序允許偏差的規(guī)定值不應(yīng)超出其上道工序的要求。在鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范和高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定了高層鋼結(jié)構(gòu)定位軸線(xiàn)的允許偏差為 l20000且3omm(l為定位軸線(xiàn)的邊長(zhǎng))，鋼柱定位軸線(xiàn)的允許偏差為l0 mm，后者要求高于前者，這明顯不合理。筆者建議如將鋼柱定位軸線(xiàn)的允許偏差相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)定位軸線(xiàn)的允許偏差而定，并不是絕對(duì)偏差，在操作中才有實(shí)際意義。53關(guān)于豎向投點(diǎn)的誤差 關(guān)于豎向投點(diǎn)精度，在工程測(cè)量規(guī)范中規(guī)定：金屬結(jié)構(gòu)建筑物高度在100120 m時(shí)，豎向傳遞軸線(xiàn)點(diǎn)中

13、誤差為40 mltl。此規(guī)定已經(jīng)不再適用。由于每節(jié)柱定位軸線(xiàn)都從地面控制軸線(xiàn)引測(cè)，因此超高層鋼結(jié)構(gòu)整體垂直度的偏差與控制點(diǎn)的投測(cè)偏差存在著一定關(guān)系。投點(diǎn)偏差主要是受儀器本身的精度影響，目前國(guó)內(nèi)外的儀器發(fā)展水平很不平衡。例如wild zl天頂準(zhǔn)直儀的誤差為1200000，巾一91建設(shè)激光鉛直儀精度為110000?，F(xiàn)行規(guī)范對(duì)主體結(jié)構(gòu)整體垂直度允許偏差規(guī)定為(h2000)+10且50 ilnl，對(duì)高精度的投點(diǎn)儀器而言，該規(guī)定要求過(guò)松。在超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，不得使用低精度儀器。54關(guān)于鋼柱安裝的標(biāo)高控制 建筑物高度可按相對(duì)標(biāo)高控制，也可按設(shè)計(jì)標(biāo)高控制。按相對(duì)標(biāo)高安裝有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)，也給施工帶來(lái)了方便

14、。在鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范和高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中，對(duì)于按相對(duì)標(biāo)高安裝的規(guī)定不盡相同。筆者認(rèn)為標(biāo)高的允許偏差采用鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中的規(guī)定較為合理。理由在于：盡管柱接頭焊接時(shí)可通過(guò)調(diào)整間隙來(lái)預(yù)留焊縫的收縮量，但預(yù)留量是經(jīng)驗(yàn)值，并不能完全消除焊縫的收縮量；對(duì)于設(shè)計(jì)上采用磨平抵緊的接頭形式，焊縫的收縮量是無(wú)法預(yù)留的；同一安裝節(jié)中并不是所有鋼柱的壁厚都是一樣的，不同的壁厚鋼柱收縮量不同；焊縫的返修也會(huì)造成焊縫的二次收縮。55關(guān)于鋼柱的扭轉(zhuǎn) 鋼柱的扭轉(zhuǎn)偏差是在鋼柱的制造與安裝過(guò)程中產(chǎn)生的。在鋼柱安裝時(shí)必須考慮到扭轉(zhuǎn)方能正確地判斷鋼柱的垂直度。如圖i所示，在x方向，鋼柱一側(cè)偏軸線(xiàn)值為a，對(duì)

15、側(cè)偏軸線(xiàn)值為b，實(shí)際鋼柱垂直project management。萋甭磊采菱磊 一一蓮設(shè)銎理2009年第7期(總第121期度偏差應(yīng)該為(a十b)2，鋼柱扭轉(zhuǎn)偏差為(ab)2。在y方向，鋼柱的實(shí)際垂直度偏差應(yīng)是c值扣除鋼柱扭轉(zhuǎn)值。圖1鋼柱扭轉(zhuǎn)偏差 鋼柱制造過(guò)程中形成的扭轉(zhuǎn)誤差，應(yīng)在工廠(chǎng)予以測(cè)量并標(biāo)明，以方便現(xiàn)場(chǎng)安裝。 對(duì)于鋼柱的扭轉(zhuǎn)控制，最大的難點(diǎn)是制造允許偏差大于安裝允許偏差。在鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范和高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，鋼柱制造時(shí)柱身扭曲的允許偏差為11250(或6tl1000)且牛50 1-13in。而鋼柱在安裝時(shí)扭曲偏差是通過(guò)上下柱扭轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整的，調(diào)整量不超過(guò)300 1tl

16、in。若同一柱位的各節(jié)柱，總是向同一方向產(chǎn)生近50 nlltl的系統(tǒng)誤差，但安裝時(shí)上下柱連接處的扭轉(zhuǎn)調(diào)整量規(guī)定不能超過(guò)30 113133，則3節(jié)柱以后，鋼柱的安裝扭轉(zhuǎn)偏差會(huì)超過(guò)50 1tlrn，甚至超過(guò)10 111113。56關(guān)于鋼柱的垂直度 鋼柱安裝時(shí)的垂直度要求有兩種：?jiǎn)喂?jié)柱垂直度要求和總體垂直度要求。在高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中，要求鋼柱初校時(shí)垂直偏差應(yīng)達(dá)到0000，到底是相對(duì)哪一種情況而言并不明確。筆者認(rèn)為應(yīng)在滿(mǎn)足單節(jié)柱垂直度偏差要求的情況下，使鋼柱偏離軸線(xiàn)的誤差校正到0。因?yàn)樵诓捎脤?duì)稱(chēng)安裝的前提下，鋼梁安裝的難易程度受到裝配尺寸的限制，而裝配尺寸是與軸線(xiàn)網(wǎng)比較接近?？梢约僭O(shè)若某節(jié)柱

17、的相鄰2根柱一個(gè)向左偏離軸線(xiàn)60 mm，另一個(gè)向右偏離軸線(xiàn)60 mm，這兩根柱都是符合規(guī)范要求的。若其上節(jié)柱按單節(jié)柱鉛垂偏差為0的要求來(lái)初校，則上面兩柱之間的距離誤差為l20 mm，而鋼梁的制造尺寸允許偏差一般不超出50 mltl，鋼梁螺孔對(duì)位就很困難。如果按柱頭偏軸線(xiàn)的偏差為0來(lái)初校鋼柱就給鋼梁就位帶來(lái)便利。 對(duì)于超高層鋼結(jié)構(gòu)整體垂直度的評(píng)價(jià)方法，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程中并不明確，只是規(guī)定允許偏差h2500+10且500 rnin。超高層鋼結(jié)構(gòu)中有許多根鋼柱，如果只是以某一根柱的最大偏差來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的整體垂直度，不太合理。筆者認(rèn)為應(yīng)該運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)手段，對(duì)所有鋼柱綜合考慮，并對(duì)同一柱位的各節(jié)柱總體最大偏移進(jìn)行限制。57溫度的影響 溫度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝的影響是明顯的，并且較復(fù)雜。一般超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程都要經(jīng)歷夏季到冬季的溫