高層鋼結(jié)構(gòu)斜柱子安裝測量工法正文

1、高層鋼結(jié)構(gòu)斜柱子安裝測量工法中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司鐘新國 羅祖龍1.前言隨著建筑市場的發(fā)展以及建筑水平的提高，高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑逐步增多。在鋼結(jié)構(gòu)工程安裝過程中，施工測量是一項專業(yè)性較強(qiáng)又非常重要的工程，測量精度的高低直接影響到工程質(zhì)量的好壞，測量效率的高低又直接影響到工程進(jìn)度的快慢，因此安裝測量技術(shù)的高低是衡量鋼結(jié)構(gòu)工程施工水平的一項重要指標(biāo)，而斜鋼柱的軸位的控制又是高層鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)施工測量的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2.特點(diǎn)傳統(tǒng)的鋼柱垂直度控制方法是先在施工操作面上放樣出柱網(wǎng)的縱橫軸線，再利用兩臺經(jīng)緯儀從兩個相互垂直的方向?qū)σ桓撝M(jìn)行測量控制，這種方法投入測量人員多，一測量小組需要兩臺經(jīng)緯

2、，結(jié)果反饋到鋼柱校正操作人員的時間長，經(jīng)緯儀架設(shè)位置限制較多在高層測量時有時候需要把儀器架設(shè)在危險的臨邊作業(yè)，為了避免在鋼筋桁架樓承板上架設(shè)儀器使儀器發(fā)生傾斜，影響測量精度，以及多次架設(shè)經(jīng)緯儀需要搭設(shè)大量臨時的操作平臺，而選用全站儀進(jìn)行構(gòu)件三維坐標(biāo)測量。本工法所采用的施工測量方法，是充分利用全站儀的全方位測量性能，測量鋼柱立面某些特定點(diǎn)的三維坐標(biāo)，精確的計算出鋼柱的中心偏移量及鋼柱的扭轉(zhuǎn)偏差值，同時可以得出鋼柱的標(biāo)高偏差值。因此利用本工法進(jìn)行鋼柱的垂直度控制測量，可以縮短施工前的軸線放樣的時間，及軸線與標(biāo)高可同步進(jìn)行，減少測量工作的量；為了防止儀器在施工面上受到震動影響及儀器平整度，影響測量精

3、度，特制作一個防震動及可拆卸式測量平臺，提高測量精度，提高鋼柱的安裝質(zhì)量。3.適用范圍高層鋼結(jié)構(gòu)斜柱子安裝測量工法適用于所有柱子安裝的定位控制測量及質(zhì)量檢測驗(yàn)收，特別是許多非水平、非垂直的特異構(gòu)件安裝過程中的施工測量及質(zhì)量驗(yàn)收。4.工藝原理高層鋼結(jié)構(gòu)斜柱子安裝測量工法的工藝原理是：由于鋼柱安裝軸線定位校正時，鋼柱頂端不方便安設(shè)全站儀的反射棱鏡，為此可在柱頂邊緣特征點(diǎn)粘貼反射片，快速測量鋼柱頂端特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)；在施工測量前的準(zhǔn)備階段，應(yīng)認(rèn)真分析圖紙，建立合適實(shí)用的建筑物坐標(biāo)系，并采用CAD將各柱子的特征點(diǎn)坐標(biāo)放樣，在測量時，將測量值與設(shè)計的三維坐標(biāo)放樣值做對比，計算出鋼柱中心偏移量和鋼柱的扭轉(zhuǎn)

4、偏差值及標(biāo)高值，并把測量信息快速傳遞給施工人員作為調(diào)整方向及偏差值的依據(jù)。所得標(biāo)高值與設(shè)計標(biāo)高做對比，如超過規(guī)范規(guī)定的范圍，可通知加工廠對下節(jié)柱子進(jìn)行調(diào)整。5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1高層鋼結(jié)構(gòu)斜柱子安裝測量工法流程鋼柱特征點(diǎn)坐標(biāo)放樣熟悉圖紙控制測量測量特征點(diǎn)坐標(biāo)儀器設(shè)站平面及高程控制點(diǎn)豎向傳遞現(xiàn)場勘察控制點(diǎn)架置測量平臺信息及時傳遞給操作人員鋼柱安裝校正后，再一次觀測循環(huán)5.2高層鋼結(jié)構(gòu)斜柱子垂直度控制測量方法5.2.1熟悉圖紙，了解圖紙各特征點(diǎn)的關(guān)系。5.2.2鋼柱定位坐標(biāo)放樣：放樣的基本內(nèi)容包括鋼柱編號、鋼柱特征點(diǎn)坐標(biāo)、截面形狀、截面大小及定位角度等描述鋼柱外部形狀及空間位置的相關(guān)信息。

5、1、鋼柱偏移量是根據(jù)放樣坐標(biāo)與實(shí)測坐標(biāo)之差來確定的。在放樣時，需要把各個鋼柱的軸線位置及界面尺寸都再CAD中繪制出來，再通過加載坐標(biāo)放樣工具將各特征點(diǎn)坐標(biāo)放樣出來，如圖-1圖-12、鋼柱中心偏移量及鋼柱的扭轉(zhuǎn)偏差值計算：鋼柱中心偏移量是鋼柱中心理論值與鋼柱中心間接觀測值之差；鋼柱的扭轉(zhuǎn)偏差值是觀測標(biāo)志點(diǎn)的理論值與觀測標(biāo)志點(diǎn)的實(shí)測值之差。5.2.3施工測量平面及高程控制網(wǎng)的建立：首級平面與高程控制網(wǎng)的建立方法及精度等級與其他類似工程一致，并按要求編制測量方案，為了方便全站儀測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)，要求平面控制點(diǎn)與高程控制點(diǎn)布置在同一位置上。采用激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行豎向平面控制點(diǎn)傳遞，當(dāng)操作層到地面控制點(diǎn)的高

6、度大于70m時，依據(jù)規(guī)范應(yīng)把地面控制點(diǎn)向上傳遞，作為上部平面控制點(diǎn)傳遞的依據(jù)，其方法如下條所述。1、平面控制點(diǎn)豎向傳遞1）平面控制點(diǎn)豎向傳遞的流程如圖-2所示激光垂準(zhǔn)儀豎向傳遞控制點(diǎn)測量傳遞點(diǎn)之間的距離并與理論值比較自由網(wǎng)平差歸化改正后作為控制點(diǎn)測量合格不合格圖-2:平面控制點(diǎn)豎向傳遞的工藝流程2）用激光垂準(zhǔn)儀豎向傳遞水平控制點(diǎn)軸線是高層鋼結(jié)構(gòu)安裝的生命線，軸線放樣精度的高低將直接影響鋼柱安裝的整體垂直度及構(gòu)件安裝速度。高層施工測量依據(jù)，根據(jù)規(guī)范的要求，應(yīng)從地面控制網(wǎng)引投到施工層，不得使用下一節(jié)樓層的定位軸線。從工程測量的角度而言，建筑物的整體垂直度的控制主要通過內(nèi)控、外控或內(nèi)外控結(jié)合的方法來

7、進(jìn)行的。高層結(jié)構(gòu)豎向傳遞一般都采用內(nèi)控法，投點(diǎn)儀器選用激光垂準(zhǔn)儀。在需要傳遞控制點(diǎn)的施工層預(yù)留孔處水平固定一塊有機(jī)玻璃板做成的光靶，在控制點(diǎn)上架設(shè)天頂準(zhǔn)直儀，慢慢旋轉(zhuǎn)激光垂準(zhǔn)儀在（0、90、180、270），將四個點(diǎn)連線將得到的一交點(diǎn)，交點(diǎn)即為該控制點(diǎn)的傳遞點(diǎn)。傳遞過程如圖-3所示。所有控制點(diǎn)傳遞完成后，則形成該樓層軸線控制網(wǎng)。投遞軸線點(diǎn)激光接收靶控制點(diǎn)激光鉛直儀 夜間投測控制點(diǎn) 控制點(diǎn) 進(jìn)行控制點(diǎn)閉合平差圖-3由于日光照射不均勻及白天施工高峰期，高層鋼結(jié)構(gòu)會生產(chǎn)較大的垂直度變化，為了減少日光對水平控制點(diǎn)傳遞的影響，向上傳遞控制點(diǎn)的作業(yè)時間應(yīng)選擇夜間進(jìn)行。2、測量傳遞點(diǎn)之間的距離并與理論值比較

8、1）對傳遞到施工層的控制點(diǎn)組成的控制網(wǎng)進(jìn)行角度、距離測量。距離用全站儀或鋼尺精密丈量四測回，各測回之間較差2mm，與理論值之差S不宜超過3mm；角度觀測用J2級儀器測量需六測回，必須滿足工程測量規(guī)范對四等網(wǎng)測角的規(guī)定：角度與理論值之差|應(yīng)小于0.0025S3/S1S2（式中：S3為兩目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，S1、S2為測站點(diǎn)到兩目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，以米為單位）。若角度偏差和距離偏差S超出規(guī)范要求，則必須重新豎向投測平面控制點(diǎn)。只有當(dāng)、S符合要求后，方可進(jìn)行平差。全站儀的普及，使得測距比測角方便快速，人為因素對測量精度的影響較小，2）秩虧自由網(wǎng)平差由于投點(diǎn)存在誤差，因此測量的角度和邊長與已知值存在一定的

9、差異，需進(jìn)行平差處理，以提高控制點(diǎn)的精度。由于每個點(diǎn)都可能存在投點(diǎn)誤差，平差時無起始數(shù)據(jù)，因此采用秩虧自由網(wǎng)平差。無起始數(shù)據(jù)的自由網(wǎng)能較方便地找出它的GT陣，因此用假觀測值法解法有利，測邊網(wǎng)的無起始數(shù)據(jù)的自由網(wǎng)平差的數(shù)學(xué)模型及計算過程如下：式中，n為觀測值個數(shù)，m為未知數(shù)個數(shù)。坐標(biāo)近似值采取底層控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)，在自由網(wǎng)平差時保持了這些點(diǎn)的重心坐標(biāo)保持不變。實(shí)際平差時獲得的各點(diǎn)精度均較高，從而保障了施工測量放樣的精度，以此作為本樓層細(xì)部平面放線的依據(jù)。3、標(biāo)高的向上傳遞標(biāo)高的傳遞采用掛鋼尺法，在施測的過程中必須施加標(biāo)準(zhǔn)拉力，且應(yīng)進(jìn)行溫度尺長改正。另一種方法是在底層的一個平面控制點(diǎn)上架設(shè)好全站儀

10、，先精確測定儀器橫軸的標(biāo)高，在儀器的正上方設(shè)置棱鏡或反射片，然后轉(zhuǎn)動全站儀望遠(yuǎn)鏡到垂直狀態(tài)，測量兩點(diǎn)間的距離，通過計算求得棱鏡標(biāo)高，再把棱鏡高和傳遞到鋼柱上。標(biāo)高向上傳遞均應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行兩次，兩次測量較差H不宜大于2mm,取平均值作為最后結(jié)果。標(biāo)高傳遞上來后設(shè)置臨時水準(zhǔn)點(diǎn)，作為該樓層上一節(jié)點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)安裝標(biāo)高控制的依據(jù)。傳遞過程如圖-4、圖-5所示，全站儀引測標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)的方法如下：在0.000m層的砼樓面架設(shè)全站儀，通過氣溫、氣壓計測量氣溫、氣壓，對全站儀進(jìn)行氣象改正設(shè)置。全站儀后視核每隔50m中轉(zhuǎn)一次的核心筒墻面+1.000m標(biāo)高基準(zhǔn)線，測得儀器高度值。對儀器內(nèi)Z向坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，包括反射棱鏡的常數(shù)設(shè)

11、置。全站儀望遠(yuǎn)鏡垂直向上，順著激光控制點(diǎn)的預(yù)留洞口垂直往上測量距離，頂部反射片放在鋼平臺或液壓頂升模板體系及需要測量標(biāo)高的樓層，反射片向下對準(zhǔn)全站儀?，F(xiàn)場實(shí)際操作示意如圖-4： 圖-4標(biāo)高引測到施工層后，用水準(zhǔn)儀在核心筒或鋼柱上放樣出統(tǒng)一的控制線，作為測量Z軸的依據(jù)，水準(zhǔn)儀只能架設(shè)在固定鋼柱上的儀器托架上。標(biāo)高的傳遞同樣不得從下層樓層丈量上來，以防止積累誤差。圖-5全站儀傳遞標(biāo)高傳遞示意5.2.4鋼柱垂直度校正實(shí)時測量過程1、鋼柱垂直度校正實(shí)時測量流程圖-6所示：圖-6：鋼柱垂直校正實(shí)時測量流程圖儀器架設(shè)、獲取儀器三維坐標(biāo)并定向?qū)崟r測量，獲取測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)記錄鋼柱測量點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)鋼柱中心理論坐

12、標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)對比偏差分析是否滿足精度保存測量數(shù)據(jù)、完成本節(jié)鋼柱校正否是鋼柱調(diào)整校正2、安置全站儀、設(shè)置測站三維坐標(biāo)并定向在操作層上進(jìn)行鋼柱垂直度校正實(shí)時測量時，測站點(diǎn)盡可能選用從下方傳遞上來的控制點(diǎn)，儀器的標(biāo)高可采用全站儀的三角測距原理：將全站儀架設(shè)到控制點(diǎn)上，對中整平后，將反射片置于高程控制點(diǎn)上，垂直放置，用底部十字絲中絲對準(zhǔn)引測在核心筒上的控制點(diǎn)上的反射片，將儀器內(nèi)部高程參數(shù)設(shè)置為零，進(jìn)行測設(shè)。假設(shè)測設(shè)出數(shù)據(jù)為A，即儀器高與高程控制點(diǎn)高差為A，輸入儀器高即為核心筒控制點(diǎn)上的標(biāo)高值加A，然后再將反射片放置在軸線控制點(diǎn)上，用全站儀測設(shè)，所得高程即控制點(diǎn)高程。在測站設(shè)置時，將其高程值輸入其中。3

13、、儀器設(shè)置好后，就可以進(jìn)行鋼柱垂直度校正測量，測量數(shù)據(jù)是鋼柱校正方向、調(diào)整偏差量及鋼柱標(biāo)高控制的依據(jù)；現(xiàn)場測量過程如圖-7。圖-7對于每一根鋼柱，都是依據(jù)已經(jīng)制訂好的測量方案進(jìn)行測量，在鋼柱吊裝前先在確定好的位置測量標(biāo)志，在測量表示點(diǎn)上粘貼反射片，鋼柱初步固定后，對測量標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行測量，因此可以依據(jù)測量坐標(biāo)放樣的數(shù)據(jù)計算出中心偏移與扭轉(zhuǎn)偏差的大小及方向等信息。4、信息及時傳遞給操作人員:把上述信息傳遞到操作人員，指導(dǎo)其施工，傳遞信息可借助對講機(jī)等工具。5、鋼柱垂直度的校正是一個逐步逼近過程，可能需多次測量、校正、測量、校正的重復(fù)過程，其垂直度才能合格。6材料與設(shè)備6.1本工法只控制構(gòu)件的三維坐標(biāo)

14、，沒有形成最終產(chǎn)品的材料。6.2施工機(jī)具測量工作一般由一個小組協(xié)同完成，以一個工作小組為例，需要下表所示的機(jī)具。施工機(jī)具一覽表序號名稱及規(guī)格單位數(shù)量1全站儀套12計算機(jī)臺13對講機(jī)對245米鋼卷尺把25紅藍(lán)鉛筆只若干6工具包個17鐵錘把18紅油漆桶19排筆把110鋼釘盒若干11反射片張1012水準(zhǔn)儀臺113激光垂準(zhǔn)儀臺17.質(zhì)量控制71質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對施工測量的結(jié)果，用現(xiàn)行有效的國家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，常用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)如下：工程測量規(guī)范GB50026-93鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 GB502052001高層民用建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ99-98鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-200172檢驗(yàn)

15、辦法利用全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺等測量工具對結(jié)果進(jìn)行實(shí)測實(shí)量，依據(jù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，計算出理論值與實(shí)測值的較差。73質(zhì)量保證措施731必須嚴(yán)格按規(guī)范要求操作，并認(rèn)真執(zhí)行現(xiàn)場方案及規(guī)范所要求的各項測量技術(shù)、驗(yàn)收程序。732為防止視線過長，目標(biāo)模糊、晃動等影響，當(dāng)土建施工到一定高度時（一般70米左右），把基準(zhǔn)控制點(diǎn)向上轉(zhuǎn)置，嚴(yán)禁逐層傳遞。733每一道測量工序完成后，必須按三級驗(yàn)收制度執(zhí)行，自檢合格后方可上報監(jiān)理工程師復(fù)驗(yàn)，合格鑒認(rèn)后方可進(jìn)入下道工序施工。734班組施測前，做好技術(shù)交底工作，技術(shù)主管對整理的測量成果必須進(jìn)行會審，并做好上記錄、施工日志。735測量放線前后，及時對測量儀器進(jìn)行檢驗(yàn)，確保儀器

16、在狀態(tài)良好的情況下運(yùn)行。736工程中所有距離丈量所使用的鋼尺或全站儀，其尺長必須以同一把鋼尺作為比較，最好用同一制造廠的同一批產(chǎn)品，并在同一計量所檢定。8.安全措施施工測量工作貫穿鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的全過程，測量人員除了避免自身傷害外，還應(yīng)避免測量儀器的傷害。測量施工人員除注意一般施工人員所需注意的安全隱患外，還需要注意下列情況：8.1使用塔尺、花桿、長桿棱鏡等金屬工具應(yīng)有防觸電警示標(biāo)記。8.2測量人員在鋼梁、洞口邊等臨邊地點(diǎn)作業(yè)時，應(yīng)有可靠的安全防護(hù)設(shè)施。8.3加強(qiáng)對測量人員的安全教育，測量人員必須穿防滑絕緣膠鞋施工。8.4當(dāng)在隱蔽的角落測量時，應(yīng)有專人進(jìn)行安全看護(hù)。8.5測量員不能離開儀器，嬉

17、戲打鬧，禁止閑雜人員圍觀、碰觸儀器。8.6攜帶儀器不可行走在建筑物邊緣和攀爬架管等。8.7測量人員不可以用望遠(yuǎn)鏡直接對準(zhǔn)太陽，在測量時不能用眼睛從前方觀看望遠(yuǎn)鏡。9.環(huán)保措施9.1通過事前查閱圖紙制作出一個符合每一結(jié)構(gòu)層使用的測量平臺，可實(shí)現(xiàn)一次制作，多次使用。9.2在每層測量完畢后，可將反射片回收利用。9.3在使用儀器時，不允許閑雜人等玩弄儀器，或者對著激光點(diǎn)觀望，避免傷害到人，對此做好交底工作。10.效益分析101經(jīng)濟(jì)效益分析與傳統(tǒng)的鋼柱垂直施工測量方法相比較，本工法在經(jīng)濟(jì)效益方面有下面幾方面的不同：1、傳統(tǒng)方法是平面施測與高程施測分開完成，而本工法可以使用全站儀進(jìn)行平面施測與高程施測同時

18、完成，省去了使用水準(zhǔn)儀測量標(biāo)高的時間，節(jié)約測量時間三分之一；2、傳統(tǒng)的方法在鋼柱垂直度控制時需要兩個測量小組同時進(jìn)行，而本工法只用一個測量小組就可單獨(dú)完成，節(jié)約測量成本投入三分之一。因此本工法與傳統(tǒng)方法比較，測量效率高一倍，成本減少一半。102社會效益本工法施工時可以減少鋼柱垂直度校正的時間，減少測量人員及測量儀器的投入加快整個鋼結(jié)構(gòu)安裝的進(jìn)度,為工程的按時竣工提供可靠的技術(shù)保證,從而提高人們辦公、生活的質(zhì)量,為整個社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展多作貢獻(xiàn)。測量過程代替放樣過程,測量精度提高，減少了測量誤差，提高了鋼結(jié)構(gòu)以及建筑物的質(zhì)量等級。本工法若能得到推廣，必將提高高層鋼結(jié)構(gòu)的安裝測量水平，為行業(yè)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。11.應(yīng)用實(shí)例11.1中國東盟國際商貿(mào)物流中心B座工程位于南寧市東盟商務(wù)區(qū)I-3地塊，主樓結(jié)構(gòu)為雙重抗側(cè)力體系的型鋼框架混凝土剪力墻核心筒結(jié)構(gòu)，南北兩側(cè)為弧形的鋼柱，工程總建筑面積18.76萬，總用鋼量8100噸，其中地下室建筑面積為7.59萬，地上部分建筑面積11.17萬；主塔樓54層，建筑高度為218.5m；核心筒頂層直升機(jī)停機(jī)坪高230.45m，采用此測量工法，單節(jié)鋼柱最大偏差3mm,且未出現(xiàn)累積偏差現(xiàn)象。11.2成都高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科技商務(wù)廣場位于成都市高新