高層全鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量校正技術(shù)淺析

高層全鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量校正技術(shù)淺析介紹全鋼結(jié)構(gòu)控制測(cè)量及控制點(diǎn)的傳遞、軸線放樣和鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量校正。AnalysesofMeasurementEmendationTechnologyofHigh-riseFullSteelStructure南京地鐵大廈位于市區(qū)珠江路和中山路路口的東北側(cè)，占地面積為4783m2，南北長約75m，東西寬約63m，施工場(chǎng)地非常狹小。大廈總建筑面積約為4萬m2，地上部分塔樓28層、裙樓8層，地下部分3層，總高度為105.6m。地鐵大廈建成后主要作為南京地鐵1#、2#、3#線控制運(yùn)營管理中心，是江蘇目前最高、規(guī)模最大的全鋼框架高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。測(cè)量校正是高層全鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵之一，鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量控制與校正是保證鋼結(jié)構(gòu)安裝精確到位及工程進(jìn)度的關(guān)鍵工序。其工作主要內(nèi)容包括：鋼結(jié)構(gòu)安裝平面控制網(wǎng)的布設(shè)及傳遞、高程控制網(wǎng)的布設(shè)及傳遞、鋼柱安裝軸線及標(biāo)高控制線的放樣、鋼柱垂直度測(cè)量校正及監(jiān)測(cè)、鋼梁水平度控制等。1高層全鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量校正的基礎(chǔ)條件1.1測(cè)量校正依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205--2001）；《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ99--98）；《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026--93）；建設(shè)單位提供的測(cè)量資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物；工程圖紙和其它相關(guān)技術(shù)文件。1.2統(tǒng)一距離丈量尺度該全鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)有三把“基準(zhǔn)尺”，監(jiān)理單位、制造單位和安裝單位各執(zhí)一把，這三把尺是經(jīng)同一部門檢定改正并經(jīng)三方認(rèn)可的長度丈量標(biāo)準(zhǔn)用尺。在構(gòu)件制作、安裝和驗(yàn)收過程中，各單位實(shí)際使用的尺子都是跟各自所持的“基準(zhǔn)尺”進(jìn)行校尺并經(jīng)溫度尺長改正。1.3構(gòu)件制造尺寸構(gòu)件制作精度的高低將決定了高層全鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度、施工進(jìn)度及其它方面的質(zhì)量。高層全鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量校正的前提條件是運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)件必須具有合格的制造尺寸。2測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)2.1平面控制基準(zhǔn)復(fù)測(cè)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換根據(jù)南京地鐵測(cè)量中心提供的平面控制點(diǎn)（城市坐標(biāo)）ZJL2、DT009、DT010，以ZJL2點(diǎn)為起始點(diǎn)計(jì)算坐標(biāo)，DT010點(diǎn)為后視起算方向，按照《工程測(cè)量規(guī)范》所規(guī)定的四等平面控制網(wǎng)（點(diǎn)）精度要求，以極坐標(biāo)的形式對(duì)DT009、DT010進(jìn)行施測(cè)，計(jì)算得出DT009、DT010的復(fù)測(cè)坐標(biāo)。DT009、DT010的復(fù)測(cè)坐標(biāo)值與原始坐標(biāo)值之差滿足規(guī)范要求，因此以ZJL2、DT009、DT010平面控制點(diǎn)作為該全鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的平面控制測(cè)量基準(zhǔn)。在實(shí)際的施工測(cè)量中，由于城市坐標(biāo)數(shù)字較多，且坐標(biāo)軸與建筑物的主軸線不平行，其數(shù)據(jù)的記錄、轉(zhuǎn)抄繁瑣且容易出錯(cuò)，因此將城市坐標(biāo)系通過平移、旋轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)換成建筑坐標(biāo)系（如圖1），以便于以后的測(cè)量工作。該鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：H=COS48″（X-47806.183）+SIN48″（Y-29622.453），V=-SIN48″（X-47806.183）+COS48″（Y-29622.453）。圖1：建筑坐標(biāo)與城市坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖2.2平面控制網(wǎng)的布設(shè)首先根據(jù)地鐵大廈鋼結(jié)構(gòu)平面圖，優(yōu)化布設(shè)六個(gè)平面控制點(diǎn)，并計(jì)算控制點(diǎn)的坐標(biāo)，然后以ZJL2點(diǎn)為測(cè)站DT010點(diǎn)為后視方向，高精度全站儀運(yùn)用極坐標(biāo)放樣法，在底層樓面上放樣出A1、A2、A3、A4、A5、A6平面控制點(diǎn)（如圖2）。該六點(diǎn)組成的閉合導(dǎo)線按四等平面控制網(wǎng)的精度要求進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，測(cè)角六測(cè)回、測(cè)邊四測(cè)回，并與原始平面控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。對(duì)外業(yè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)密平差，計(jì)算控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并與理論坐標(biāo)值比較后歸化改正。為了保證點(diǎn)位的絕對(duì)可靠和邊長相對(duì)精度較高的要求，在歸化改正結(jié)束后重新觀測(cè)角度和邊長。若不滿足規(guī)范要求，則必須依據(jù)觀測(cè)結(jié)果作二次歸化。當(dāng)復(fù)測(cè)角度偏差小于±10″、邊長偏差小于±2mm時(shí)，在平面控制點(diǎn)上做好“十”字線標(biāo)記（線寬0.2mm），并打上洋沖眼，以便長期保存。在施工的過程中，做好控制點(diǎn)的保護(hù)，并定期對(duì)平面控制網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)。圖2：控制點(diǎn)分布示意圖2.3高程基準(zhǔn)復(fù)測(cè)及控制網(wǎng)的布設(shè)以南京地鐵測(cè)量中心提供的dt18、dt65二等水準(zhǔn)點(diǎn)作為高程控制測(cè)量基準(zhǔn)，并對(duì)dt18、dt65按二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行復(fù)測(cè)，其水準(zhǔn)測(cè)量閉合差f=+0.71mm，符合二等水準(zhǔn)測(cè)量所規(guī)定的小于4（水準(zhǔn)路線長度L=1.2Km）的要求，因此dt18、dt65都可以作為該鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的二等高程控制點(diǎn)，且定期對(duì)dt18、dt65進(jìn)行聯(lián)測(cè)。若dt18、dt65之間二等水準(zhǔn)測(cè)量閉合差滿足規(guī)范要求，則dt65水準(zhǔn)點(diǎn)沒有發(fā)生變動(dòng)（dt18二等水準(zhǔn)點(diǎn)非常穩(wěn)固）；若兩點(diǎn)之間二等水準(zhǔn)測(cè)量閉合差超出規(guī)范要求，則dt65水準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生變動(dòng)，必須從dt18向dt65進(jìn)行二等水準(zhǔn)往返觀測(cè)，由dt18求出dt65新的高程，并作為新的高程測(cè)量基準(zhǔn)。由于dt65點(diǎn)距施工現(xiàn)場(chǎng)較近，因此本工程以dt65點(diǎn)作為原始高程點(diǎn)。在底層樓面上設(shè)立兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)（利用已建立的平面控制點(diǎn)，如圖2）BM1、BM2，與原始高程點(diǎn)構(gòu)成閉合二等水準(zhǔn)路線，測(cè)量并計(jì)算出高程作為該鋼結(jié)構(gòu)安裝的高程控制點(diǎn)。3控制點(diǎn)的豎向傳遞及安裝控制線的放樣3.1平面控制點(diǎn)的豎向傳遞及軸線放樣軸線是高層全鋼結(jié)構(gòu)安裝的生命線，軸線放樣精度的高低將直接影響鋼結(jié)構(gòu)安裝的整體垂直度及鋼梁安裝的速度。首層軸線的放樣直接依據(jù)平面控制網(wǎng)，其它樓層柱頂軸線放樣是從地面控制網(wǎng)投測(cè)到高空，再根據(jù)投測(cè)的控制網(wǎng)進(jìn)行柱頂軸線放樣，而不得使用下一節(jié)柱頂定位軸線。高層全鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工控制網(wǎng)與地面建筑施工控制網(wǎng)的不同之處是地面建筑施工控制網(wǎng)（一般為建筑方格網(wǎng)）只布設(shè)一次，而高層全鋼結(jié)構(gòu)的施工控制網(wǎng)是隨著樓層的增加需要不斷向上引測(cè)。從目前工程測(cè)量的角度而言，建筑物的整體垂直度和水平位移的控制主要是通過內(nèi)控、外控或內(nèi)外控結(jié)合的方法來控制的。由于本工程的施工場(chǎng)地非常狹小，因此平面控制網(wǎng)的豎向傳遞采用內(nèi)控法，投點(diǎn)的儀器采用瑞士產(chǎn)徠卡ZL天頂準(zhǔn)直儀（精度：1/20萬）。壓型鋼板施工時(shí)，在控制點(diǎn)的正上方開設(shè)20cm×20cm方形孔洞。先在需要傳遞控制點(diǎn)的樓面預(yù)留孔處水平固定好激光靶（有機(jī)玻璃板），然后在控制點(diǎn)上架設(shè)天頂準(zhǔn)直儀，經(jīng)嚴(yán)密對(duì)中、整平之后，從0°、90°、180°、270°四個(gè)角度分別向光靶投點(diǎn)。從理論上講該四個(gè)點(diǎn)應(yīng)重合，但實(shí)際操作中由于各種誤差的影響，這四個(gè)點(diǎn)有可能不完全重合。若不完全重合，則取四點(diǎn)對(duì)角線的交點(diǎn)或者取分布較集中的三點(diǎn)構(gòu)成的三角形的重心作為平面控制點(diǎn)的傳遞點(diǎn)，并用0.2mm的油性記號(hào)筆作好標(biāo)記，此點(diǎn)為傳遞上來的平面控制點(diǎn)。所有控制點(diǎn)傳遞完成后，則形成該樓層平面控制網(wǎng)（引測(cè)網(wǎng)）。投測(cè)好的引測(cè)網(wǎng)必須進(jìn)行角度和距離檢測(cè)，距離用鋼尺精密丈量四測(cè)回，各測(cè)回之間較差≤±2mm，與理論值之差△S不宜超過4mm；角度觀測(cè)必須滿足《工程測(cè)量規(guī)范》對(duì)四等網(wǎng)測(cè)角的規(guī)定：角度與理論值之差|△β|應(yīng)小于0.0025ρ×S3/S1·S2（式中：S3為兩目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，S1、S2為測(cè)站點(diǎn)到兩目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，以米為單位）。該鋼結(jié)構(gòu)（塔樓）工程中：S1=20m、S2=36.4m、S3=41.533m，ρ=206265，則|△β|應(yīng)小于29″。若角度偏差△β和距離偏差△S超出規(guī)范要求，則必須重新投測(cè)平面控制點(diǎn)。只有當(dāng)△β、△S符合要求后，方可進(jìn)行經(jīng)典自由網(wǎng)平差，對(duì)平差的結(jié)果進(jìn)行投測(cè)點(diǎn)的歸化。以歸化后的投測(cè)點(diǎn)作為平面測(cè)量依據(jù)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺配合全站儀或J2經(jīng)緯儀，正倒鏡法放樣出所有柱頂軸線。3.2高程控制點(diǎn)的豎向傳遞及標(biāo)高控制線放樣高程的傳遞運(yùn)用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺和標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺，采用掛鋼尺法按照《工程測(cè)量規(guī)范》中所規(guī)定的三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求將高程引測(cè)到施工樓層上。在施工測(cè)量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。高程的傳遞除了采用掛鋼尺法外，還有一種方法是在底層架設(shè)好全站儀，先精確測(cè)定儀器高，然后轉(zhuǎn)動(dòng)全站儀測(cè)量天頂距，通過計(jì)算求得激光反射片的高程，再按三等水準(zhǔn)測(cè)量的要求把反射片的高程傳遞到鋼柱上。這兩種測(cè)量方法相比較：測(cè)量105.6m相互間偏差為2mm，但采用全站儀測(cè)量比掛鋼卷尺測(cè)量方便且精度高。以傳遞到施工樓層的高程控制點(diǎn)作為測(cè)量基準(zhǔn)，采用視線高法在每一根鋼柱上做好標(biāo)高控制線據(jù)。4全鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量校正4.1測(cè)量校正的工藝原理及流程全鋼結(jié)構(gòu)安裝精度的控制與內(nèi)鋼筋混凝土核心筒外鋼框架結(jié)構(gòu)形式一樣都是以鋼柱安裝控制為主。鋼柱就位后，按照先調(diào)整標(biāo)高、再調(diào)整扭轉(zhuǎn)、最后調(diào)整垂直度的順序進(jìn)行。鋼柱在自由狀態(tài)下，在滿足單節(jié)柱垂直度不超標(biāo)的情況下使柱頂偏向鋼柱安裝軸線。在鋼梁安裝時(shí)，對(duì)鋼柱垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在高強(qiáng)螺栓緊固的過程，必須監(jiān)控鋼柱垂直度。在一個(gè)節(jié)點(diǎn)所有鋼梁的高強(qiáng)螺栓緊固完之后，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)中間驗(yàn)收即焊接前驗(yàn)收。在梁柱接點(diǎn)焊接過程中，必須對(duì)鋼柱垂直度進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，以確保鋼結(jié)構(gòu)最終驗(yàn)收合格。4.2鋼柱標(biāo)高調(diào)校因鋼柱受制作誤差、焊接收縮、荷載、氣溫、季節(jié)變化等影響，使得同一層鋼柱的柱頂標(biāo)高不在同一個(gè)平面上，在安裝下一節(jié)鋼柱之前必須對(duì)上一節(jié)柱的柱頂標(biāo)高進(jìn)行抄平。本工程采用相對(duì)標(biāo)高控制和設(shè)計(jì)標(biāo)高控制相結(jié)合的方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝，每安裝一節(jié)柱以后，引測(cè)實(shí)際標(biāo)高復(fù)核設(shè)計(jì)標(biāo)高，將標(biāo)高誤差控制在5mm以內(nèi)，逐漸趨近設(shè)計(jì)標(biāo)高。鋼柱吊裝就位后，用臨時(shí)大六角高強(qiáng)度螺栓通過連接板固定上下耳板，但不夾緊，通過吊鉤起落與撬棍撥動(dòng)調(diào)節(jié)上下柱之間間隙。量取上柱根標(biāo)高線與下柱頭標(biāo)高控制線之間的距離與理論值相比較，并考慮焊接收縮和壓縮變形，因此將偏差調(diào)整至+5mm以內(nèi)，符合要求后在上下耳板間隙中打入鋼楔，用以限制鋼柱下落。若鋼柱制造誤差超過5mm，則應(yīng)分次調(diào)整，不宜一次調(diào)整到位。4.3鋼柱扭轉(zhuǎn)、垂直度測(cè)量與校正鋼柱的扭轉(zhuǎn)偏差是在其制造、運(yùn)輸、堆放、安裝過程中產(chǎn)生的。鋼柱若發(fā)生扭轉(zhuǎn)將對(duì)垂直度測(cè)量校正有很大的影響，因此在垂直度測(cè)量校正前盡可能消除扭轉(zhuǎn)的影響。在柱頂軸線放樣時(shí)，將鋼柱的四面軸線標(biāo)出（如圖3）。假定沿x方向鋼柱一側(cè)偏移值為a，另一側(cè)偏移值為b，實(shí)際鋼柱中心沿x方向的軸線偏移值為△x=（a+b）/2，柱頂扭轉(zhuǎn)值為（a-b）/2；沿y方向的軸線偏移值為△y=（c+d）/2，柱頂扭轉(zhuǎn)值為（c-d）/2與前面的扭轉(zhuǎn)值相等。在柱頂軸線放樣后，標(biāo)出鋼柱的扭轉(zhuǎn)值和扭轉(zhuǎn)方向，調(diào)校時(shí)將上節(jié)鋼柱向相反方向扭轉(zhuǎn)予以調(diào)整，即上柱和下柱的耳板的不同側(cè)面夾入一定厚度的墊板，微微夾緊柱頭臨時(shí)接頭的連接板。鋼柱的扭轉(zhuǎn)每次只能調(diào)整3mm，若偏差過大只能分次調(diào)整。鋼柱的扭轉(zhuǎn)調(diào)整之后，進(jìn)行鋼柱垂直度的測(cè)量校正。將兩臺(tái)經(jīng)緯儀架設(shè)在鋼柱相互正交（或近似正交）方向線上，采用正倒鏡法測(cè)量鋼柱的垂直度，以消除儀器的系統(tǒng)誤差。如果柱整體垂直度或單節(jié)柱垂直度超差，都要對(duì)鋼柱進(jìn)行校正，此時(shí)松開連接板螺栓，調(diào)節(jié)連接板螺栓孔的間隙。在鋼柱偏斜方向的同側(cè)錘擊鋼楔或微微頂升千斤頂，在保證單節(jié)柱垂直度不超標(biāo)的前提下，盡可能將柱頂偏向鋼柱軸線，然后擰緊上下柱臨時(shí)接頭的大六角高強(qiáng)螺栓，并把臨時(shí)連接板焊接牢靠，以防止鋼梁安裝過程中柱與柱對(duì)接的微動(dòng)而影響鋼柱垂直度。圖3：鋼柱扭轉(zhuǎn)偏差分析示意圖4.4鋼柱垂直度監(jiān)測(cè)在鋼梁安裝過程中，鋼柱垂直度一般會(huì)發(fā)生變化，因此采用4臺(tái)J2經(jīng)緯儀對(duì)相應(yīng)鋼柱進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。若鋼柱垂直度不超標(biāo)，只記錄數(shù)據(jù)不必調(diào)整；若鋼柱垂直度超標(biāo)，應(yīng)復(fù)核構(gòu)件制作誤差及軸線放樣誤差，針對(duì)不同情況進(jìn)行處理。若鋼梁尺寸存在問題時(shí)，可采取更換連接板或修改鋼梁螺栓孔位的方法；若放線誤差較大，則必須重新放線糾正誤差。在鋼梁安裝的過程中，不應(yīng)再次調(diào)整鋼柱的垂直度。在高強(qiáng)螺栓緊固之前，測(cè)量所有鋼柱的垂直度，并在高強(qiáng)螺栓緊固的過程中，對(duì)鋼柱的垂直度進(jìn)行監(jiān)控。在所有的鋼梁高強(qiáng)螺栓緊固后，再次測(cè)量鋼柱的垂直度，對(duì)垂直度偏差較大的采用焊接變形的方法來校正，使其偏差變小以達(dá)到規(guī)范要求。焊接過程中必須對(duì)鋼柱垂直度進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，根據(jù)鋼柱偏差的具體情況，適當(dāng)調(diào)整焊接順序及施焊的速度，隨時(shí)糾偏以確保鋼結(jié)構(gòu)安裝最終的高精度。在所有的焊口焊接完之后做最后復(fù)測(cè)，并做好偏差記錄，以便后續(xù)工作檢核。4.5鋼梁水平度測(cè)量校正用水準(zhǔn)測(cè)量的方法從高程傳遞點(diǎn)開始，測(cè)量梁的水平度，并將實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)值比較，確定校正值及校正方法。當(dāng)螺栓孔直