超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》是中鐵建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是張淑莉，適用於所有高層、超高層鋼結構工程的施工測量放線。

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》主要的工法特點是採用全站儀進行空間點的三維坐標定位；測量方便、精度高，施工安全、速度快。

2008年01月31日，《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法
• 工法編號： YJGF024-2006
• 完成單位：中鐵建設集團有限公司
• 主要完成人：張淑莉
• 套用實例：中關村金融中心工程
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）

形成原因

隨著中國建築業的發展，高層、超高層鋼結構工程越來越多，施工測量貫穿在鋼結構施工的整個過程中，測量的精度直接影響著鋼結構的安裝質量。中鐵建設集團有限公司承建的中關村金融中心工程為150米高的全鋼結構，工程造型獨特，施工測量複雜，外輪廓為雙曲面結構，豎向為半徑750米的圓弧，平面圓弧最大半徑為100米。鋼柱全部為三維坐標定位，核心筒以外的定位軸線為弧線。通常的施工測量方法在該工程中已不適用。通過研究、施工，完成了工程的施工測量工作，並形成《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》。

工法特點

1.《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的施工特點是：採用全站儀進行空間點的三維坐標定位，形成整個空間三維坐標系。

2.與傳統的測量方法相比，《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》施工測量方便，測量精度高，施工安全，施工速度快，有利於提高技術經濟和社會效益。

操作原理

適用範圍

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》適用於所有高層、超高層鋼結構工程的施工測量放線。

工藝原理

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的工藝原理敘述如下：

平面控制網的建立採用內控和外控相結合的方法，平面控制採用內控法施工、外控法校核的方法。鋼柱定位採用先進的全站儀進行三維坐標定位。鋼柱柱頭標高、鋼柱垂直度、鋼柱間的水平距離層層進行測定和校驗。

施工工藝

• 工藝流程

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的施工工藝流程：測量準備→控制網建立（包括平面控制網和高程控制網的建立）→地腳螺栓三維坐標測量定位→測量放線控制→外控法控制鋼柱的位置→鋼柱安裝測量→鋼柱安裝質量測量。

• 操作要點

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的操作要點如下：

一、測量準備

1.所有測量儀器準備齊全，並按《中華人民共和國計量法實施細則》規定檢驗合格；

2.施工圖紙審核完畢，並完成設計交底；

3.專業測繪設計單位提供的工程水準測量成果、高程測量成果等資料齊全；

4.現場樁位交接完畢，並做好樁位保護，資料齊全；

5.定位依據的覆核；

6.用坐標反算法核對所給點的邊長D和方位角ф；

7.用符合校測法所給出的水準點進行校核。

二、控制網建立

1.平面控制網建立

1）根據每個工程的特點，為方便施工測量，提高施測效率，施工測量可分為一個或兩個區域進行。通常兩個區域的劃分為∶核心筒的施工測量是一個單獨區域，核心筒外的鋼柱施工測量是另一個區域。根據每個工程的高度和工程的特點，可採用內控法或內控法和外控法相結合的方法。

2）核心筒控制網建立∶

（1）外控網建立；將核心筒最外邊的四條軸線分別向外擴1米∶形成核心簡外控平面網，見圖1。

圖1 核心筒外控平面控制網

（2）內控網建立∶從首層（±0.000以上）開始往上的所有層，必須要在核心簡每層頂板上預留孔洞以便用雷射鉛垂儀進行測設。a、b、c、d四個軸線的交點構建該工程的內控網，每層板上預留4個200×200的雷射鉛垂儀用的孔洞，用來投測施工時使用，見圖2。

圖2 內控平面控制網

3）外圍鋼柱測量平面控制網建立∶根據每個工程的構件布置情況，可以建立一個或多個平面外控網。中關村金融中心工程南北柱子為斜柱，東西兩側為直柱，因此南北和東西分別建立兩個平面外控制網，見圖3、圖4。

2.高程控制網的建立

1）用校核無誤後的水準點向現場較永久的建築物上外測該工程的±0.000，用紅色油漆作"▲"標記，作為該工程的高程依據。為提高精度，在引測過程中必須使用前後視等長的原則。

2）在施工過程中，必須經常進行現場高程點的複測工作，確保引測的高程點正確無誤。並在現場布設4～5個同等高程的標高點作為地下地上高程的依據，要在距離該工程一定位置的地方埋設至少3個水準基準點組成高程點組。

三、地腳螺栓埋設測量

在地腳螺栓的頂端臨時安裝一定位鋼板，與預埋鋼板平行並與地腳螺栓垂直。利用架設在柱縱、橫軸線交點上的兩台經緯儀垂直交匯，定位鋼板上的縱橫軸線允許誤差為0.3毫米。在灌注基礎混凝土前，進行檢查調整縱、橫軸線與設計位置的允許誤差為0.3毫米。

四、測量放線控制

1.平面控制∶

1）首層底板放線∶首先校測控制樁無誤後，在控制樁架經緯儀，精密對中後，以盤左盤右取中法，把控制點投測到首層板面上，並進行閉合校核，閉合差符合測角中誤差±10"，邊長相對中誤差1:10000範圍內校核無誤後，進行細部點投測，經自檢、互檢，報監理工程師驗線合格後，依據軸線控制網圖和施工分區圖做控制樁點，作為豎向控制基點。控制樁點做法，用衝擊鑽把樁點鑽出，然後把鋼筋埋入，並用鋼鋸條鋸出十字劃在鋼筋上作出標記。

2）標準層測量工作與鋼結構施工關係（以一柱二層為例）∶鋼柱安裝（先校正標高，再校正位移、最後調整鋼柱的垂直偏差）→測量校正→下層框架梁→上層框架梁→測量→螺栓初擰→下層次梁、小梁→下層壓型鋼板堆放→上層次梁、小梁→測量校正→高強度螺栓終擰→壓型鋼板鋪設（樓板50毫米控制線）→鋼筋、混凝土施工。

2.±0.000以上部位軸線控制∶

1）該工程屬於超高層建築（檐高150米），採用內控外控相結合的方法。結構垂直度要求非常嚴格，四周測量場地比較狹小。以首層軸線控制網中基點作豎向投測時，應特別注意以下三點：

（1）事先應嚴格校正好儀器，投測時，嚴格定平度盤水準管。

（2）儘量以首層軸線為準作後視。

（3）取盤左、盤右向上投測的平均位置。

2）從首層頂板上開始按留洞平面圖所示位置每層頂板留出4個200×200的方洞，作為用雷射經緯儀向上傳遞各層軸線的依據。

3）留設此施工洞時，位置必須正確，測量人員在每層澆混凝土前應對各洞定位進行校核。用線墜校核上下層控制線間的誤差，用鋼捲尺閉合校核軸線控制線間的距離。在首層頂板上就把各控制軸線引測到較遠的馬路上，然後每隔6層用雷射經緯儀加彎管目鏡串中法向樓層投測相應軸線作為閉合，保證高層豎向軸線正確。內控法與外控法共同操作，相互校核。保證層層有校核。

4）當建築物施工到一定高度時，外控制和遠方軸線標誌不太好利用，此時必須以內控制為主要依據。測量員必須注意，外控制、軸線標誌和內控制之間的關係必須保持一致，控制點之間距離誤差要求達到±2毫米，測角中誤差±5"。

3.標高控制∶

1）首先校測±0.000標高點，然後將±0.000抄測到建築物外牆四周並引測到電梯井，用墨斗彈出，閉合差在±3毫米以內。

2）用50米鋼捲尺直接從±0.000點沿電梯井和核心筒結構底板預留洞鉛直拉出各層距結構板面500毫米的統一高程點，當兩點高程傳遞到同一施工面時，用水準儀對傳遞高程點進行閉合校測，取其三個高程點傳遞的平均值為準，作為各層結構高程的控制依據，在工作面上大面積進行抄平。

3）在每層樓板施工完畢後，將雷射鉛垂儀放置於首層底板上已埋設好的控制點a（或b、c、d）上，將雷射鉛垂儀精確對中、整平，然後調焦望遠鏡，照準施工層上的接收靶，利用無線對講機通知並指揮施工層上操作接收靶的測量人員，使接收靶上正交的坐標中心點同雷射鉛垂儀十字絲交點完全重合。此時，固定好接收靶，為了消除儀器自身存在的系統誤差，再將雷射鉛垂儀平轉90°方向，重新觀測儀器十字絲交點是否與接收靶的正交坐標交點重合，如果重合，說明儀器本身沒有存在系統誤差。這樣接收靶上的正交坐標交點即為控制點a的向上投影點；用同樣的方法將其餘各控制點分別投測到施工層樓板上，同樣得到相對應的投影點。

4）控制點投測到施工層樓板上之後，將全站儀分別置於各投測點上，校測各個角及相鄰兩投測點間距是否同首層±0.000底板上對應的各個角度及控制距離相符，待角度、距離校測後，將投影點用墨線連起來，然後以控制線為基準，用檢定過的50米鋼捲尺，將各條軸線投測於樓板上。最後以軸線為基準測出與鋼柱所在軸線的借用1米控制線，作為下一節鋼柱校正的依據。

五、外控法控制鋼柱的位置（以中關村金融中心工程為例）

1.利用圖3和圖4作為外控法的軸線控制依據。

2.南北鋼柱定位，見圖3。

1）用全站儀把o點坐標定出來，在o點放置一台DJD2A級的電子經緯儀，作為塔樓南北鋼柱的主控點。定出A、B、C控制線，根據圖紙尺寸把TR2～TR7各軸線與c軸的交點定出來，同樣把TR8～TR14軸線與a軸的交點定出來。

2）DJD2A級電子經緯儀架設在o點，用來控制TRB_s軸和TRG_s軸上鋼柱的垂直乾TR1～TR14軸方向的位置。萊卡全站儀（TCA2003）架設在TR1～TR14軸與a、c軸線的交點上，用來控制鋼柱的軸線徑向位置。

3.東西兩側鋼柱定位，見圖4。

1）用全站儀把o點坐標定出來，在o點放置一台DJD2A級的電子經緯儀，作為TRB_s軸和TRG_s軸上鋼柱的主控點。把TR1、TR7、TR8、TR14、TRC～TRF、TRJ~TRN軸線上的各個坐標點同樣用全站儀定出來。

2）用兩台DJD2A級電子經緯儀架設在任意一根柱子的兩個軸線上，用正交法即可把鋼柱位置精確定位出來。

六、鋼柱安裝測量

1.構件進場複測

1）在安裝測量前，對柱、梁、支撐等主要構件尺寸與中線位置進行覆核，構件的外形與幾何尺寸的偏差符合《建築鋼結構質量驗收規範》的規定。

2）根據流水分區的劃分以及鋼柱吊裝順序，在需要吊裝的鋼柱上面根據鋼柱原有的沖眼標出軸線或中心線，並用紅色三角作出標記，以便校測用。見圖5。在吊裝前，必須對鋼柱的長度、及截面幾何尺寸作檢查，以作為吊裝測量控制標高的依據。

圖5 鋼柱上標註基線示意圖

2.定位複測

在基礎混凝土面層上第一節鋼柱安裝前，要對鋼柱地腳螺栓部位的柱十字定位軸線控制點組成的柱格網進行檢查、調整，其誤差小於1毫米。安裝時柱底面的十字軸線對準地腳螺栓部位的柱十字定位軸線。其誤差小於0.5毫米。

3.鋼柱垂直度校正

1）將檢定過的兩台DJD2A級電子經緯儀分別置於相互垂直的軸線控制網上，精確對中，整平。後視前方墨線（控制軸線），然後縱向轉動望遠鏡，照準鋼柱頭上操作人員的標誌，並讀數，與設計控制值相對比後，判斷方向並指揮吊裝人員，對鋼柱進行校正。直至在兩個方向上均校正在正確垂直位置後，將四個方向的纜風繩拉緊，然後通知吊裝人員進行焊接。

2）由於焊接時，考慮到焊接使得鋼骨收縮，而使得柱子偏移，所以必須隨時監測並同時校正垂直度，鋼柱校正方法如圖6所示。

圖6 鋼柱測量校正圖

4.鋼柱頂位移校核

在下一節鋼柱吊裝前，必須對前一節鋼柱頂的偏移進行複測。複測方法用樓板上已經投測的軸線及軸線控制線，量出控制線與鋼柱中心的尺寸，根據實測數據整理成測量報告，上報各有關部門，並進行數據分析。以備在下一節鋼柱吊裝時進行平面調整，以免誤差積累而影響總的垂直度。

5.鋼柱安裝複測

1）當鋼柱初校完後，需安裝鋼樑。樑柱之間用高強螺栓連線，在連線安裝過程中，將會影響鋼柱的垂直度，因此必須安裝校檢。

2）螺栓初擰之後。需要終擰。終擰同樣將會對鋼柱垂直度有所影響，為了保證鋼柱安裝精度的要求，需作進一步的校測。校測後的測量數據作為節點焊接參考依據。

3）終擰之後、下道工藝是焊接的焊縫將會收縮。因此，焊接之後，必須再一次校測，校測後記錄下來的測量數據，主要為下一層鋼柱安裝提供調整依據。

6.其他測定

在進行柱、梁、支撐等構件安裝時，應以柱為準，調整梁和支撐，以確保建築物整體的鉛直度在焊接時必須觀測與記錄以下項目∶

1）柱與梁焊縫收縮引起柱身鉛直度的測定；

2）柱的日照溫差變形的測定值；

3）塔吊錨固在結構上，對結構鉛直度的測定；

4）柱身受風力影響的測定。

七、鋼結構安裝質量檢驗

1.鋼柱頭標高檢驗方法

用校核無誤的當前施工層的控制標高作為基點，用水準儀將低於柱頂300毫米的標高線投測到鋼柱上，並彈上墨線。然後用經過檢定的鋼尺，量出墨線到柱頂的實際尺寸並記錄下來。將實測後的數據整理上報，見圖7、圖8。

2.首層以上鋼柱垂直度檢驗校正

1）將首層基準軸線投測到鋼樑面上，所投測的線距離樑上的基準設計軸線1米；

2）校測樑上基準線的平面位置、尺寸、關係，經校測符合精度後，方可使用；

3）將經緯儀架設在梁面基準線上，後視基準線方向向上投測，鋼柱頂部卡有讀數標尺；

4）根據儀器與軸線的間距關係，在標尺上讀出相應的尺寸，以此來校正鋼柱。

3.鋼柱之間水平距離的檢驗校正

1）當鋼柱吊裝完畢後，經過垂直度校正和標高校正完成後，需要進行平面位置校正；

2）AC2003全站儀可以對任意多的點距離聯測，利用全站儀的這一程式，來對鋼柱水平面位置進行校驗；

3）首先根據設計圖紙，在計算機中把任意兩個鋼柱的平面位置距離計算出來，如圖9所示。

圖9 鋼柱之間水平距離的檢驗校正圖

4）用全站儀架設在任意位置（必需能夠看到兩個鋼柱），使用距離聯測程式測量出兩個鋼柱間的實測距離。把測量數據保存起來，作為鋼柱校測的依據。

材料設備

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》所用的材料設備見表1。

參考資料：

質量控制

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的質量控制見表2。

安全措施

採用《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.做好邊坡的移位觀測（符合測量規範DBJ 01-21-95-12-3）；

2.做好樓層的沉降觀測，按測量規範三等水準測量的技術要求觀測（DBJ 01-21-95/12、2、1）；

3.做好塔吊基礎的沉降觀測，及時進行數據整理，發現問題及時匯報和處理；

4.測量人員施工必須遵守項目的各項安全管理規定；

5.高空作業的測量人員必須戴好安全帶；

6.測量時，必須將測量儀器架設在安全、平穩的地方。

環保措施

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的環保措施如下：

1.施工測量的各種廢棄物不得亂扔亂放（如墨瓶等）；

2.測量用的油漆、墨汁等必須按規定使用，不得隨意亂塗或溢灑；

3.雨天或炎熱天氣施工時，必須採用遮陽和雨傘保護測量儀器，防止雨淋或太陽直射。

效益分析

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》技術先進，採用先進的全站儀進行空間三維坐標定位，測量精度高、速度快，提高了鋼構件安裝的質量和速度，減少了鋼構件測量校核的時間，且施工測量與鋼結構施工同時交叉進行，不占用施工工期。對於超過100米的高層鋼結構工程，直接產生的經濟效益在10萬元以上。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》的套用實例如下：

中鐵建設集團有限公司承建的150米高鋼結構工程——中關村金融中心工程套用該工法，四角柱整體垂直度偏差最大為8毫米，主體結構曲面偏差最大為7毫米，總高度的偏差為9毫米，均小於規範的要求。為6個月完成15000噸的鋼結構安裝提供了有利的保證。

榮譽表彰

《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》獲得鐵道部優秀工法一等獎。

2008年01月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《超高層鋼結構複雜空間坐標測量定位工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。