1、1高層鋼結構安裝測量技術-青島萬邦中心工程鋼結構安裝測量技術郭孔松由中國釬具論壇網 www.qianju.wang 提供 中冶京唐建設有限公司金屬結構工程公司2 主要內容主要內容一、引言一、引言二、重點及難點二、重點及難點三、控制網的布設及具體操作三、控制網的布設及具體操作四、鋼結構安裝測量四、鋼結構安裝測量 五、結束語五、結束語3一、引言 在鋼結構工程安裝過程中，測量是一項專業性較強又非常重要的工作，測量精度的高低直接影響到工程質量的好壞，測量效率的高低直接影響到工程進度的快慢，測量工序的繁瑣程度又直接影響操作工人的安全性，因此安裝測量技術水平的高低是衡量鋼結構工程施工水平的一項重要指標。

2、依據我公司近年來承建多座高層鋼結構工程（石家莊開元廣場、北京西門子（中國）總部辦公樓、中國石油大廈、北京雪蓮大廈、青島萬邦中心工程、煙臺世茂海灣工程等）的施工經驗，總結出本高層鋼結構安裝測量技術，為此類工程施工提供參考。4西門子總部辦公大樓西門子總部辦公大樓石家莊開元花園石家莊開元花園中國石油大廈中國石油大廈5西安法門寺合十舍利塔西安法門寺合十舍利塔北京中關村西區四號地北京中關村西區四號地北京雪蓮大廈北京雪蓮大廈6工程概況介紹 青島萬邦中心工程建筑造型獨特，1#塔樓采用帶伸臂桁架并結合巨型支撐的型鋼混凝土框架-混凝土筒體混合結構，地下4層，地上共54層，結構高232.5m，形體利用外觀上的斜向

3、鋼架，形成一個高聳的多斜面水晶體，框架柱分為H型鋼柱、箱型柱及“魚骨型”柱，斜撐為H型及箱型，桁架為箱型；13層、22層、35層為3個避難層，巨型伸臂桁架位于35層，35層以上為全鋼結構；9層、35層、45層的建筑外形切角決定了節點構造的復雜。該樓鋼結構工程量約2萬噸，為目前山東省第一高樓。 鋼柱的截面形式多樣及獨特的結構造型決定了本工程測量工作的復雜性，現場實際采用全站儀極坐標測控方法，取得了很好的效果。 7 盡管高層鋼結構的形式有所差異，但是高層建筑鋼結構安裝測量校正技術是相通的，任務主要有下面三項：a.建立一個精度高、牢固可靠的測量控制網，此控制網是以后所有測量工作的依據；b.平面及高程

4、控制點的豎向傳遞，傳遞精度的高低是整個鋼結構安裝測量工作的關鍵；c.樓層平面放線及鋼柱安裝校正測量，準確快速地為校正工作提供測量數據，是整個鋼結構安裝測量工作的主要任務，工作量大，也是保證鋼結構安裝施工進度的前提。主要任務9層切角節點層切角節點8二、重點及難點1.自然條件影響：在高空作業時，易受日照、風力、搖擺等不利因素的影響; 2. 建筑物變形影響：由于受到沉降、收縮等影響，設置的測量點位會發生變化，一般網點邊長會縮短，影響測量精度; 3. 設計造型的影響：該工程核心筒存在兩次減體，立面結構存在四次變形，使內控點在布置時要全面考慮;4. 施工條件的影響：核心筒和樓層分別獨立施工。核心筒施工快

5、，樓層面施工慢，使核心筒十字軸線與樓層四邊形網點在相應高度的層面上無法聯網;5. 使用絕對標高的影響：按設計規定，標高引測必須使用絕對標高。要考慮建筑物的沉降量以及標高修正，勢必增加許多工作量。9三、控制網的布設及具體操作 1.主要測量儀器儀器名稱規格型號精 度數量備注全站儀LEICATC1800L測角1測距（1mm+2Dppm）1控制測量激光鉛垂儀LEICAZL1/2000002配合施工經緯儀TDJ2E23配合施工精密水準儀ZeissNI0020.2mm1控制測量及變形測量10 2.平面控制測量2.1假定施工平面坐標系統的建立 該高層結構形狀不規則且框架柱方向不一，各層軸線控制、鋼結構安裝及

6、校正測量中采用極坐標方法，為了計算及施測的方便，建立假定的施工坐標系。將結構平面圖置于該假定坐標系下，即獲得每節框架柱、每根梁每個節點的平面坐標，同時根據圖上所設計控制點的相對位置，獲得每個平面控制點的坐標。 112.2 平面內控網的建立 首先要滿足核心筒混凝土結構施工及鋼結構安裝標準節間的施工需要，且綜合考慮施工流水段的劃分、鋼結構拓展安裝的進行。在每個工作區設34個點（組成閉合圖形）作為該工作段的控制點，以便有足夠的檢核條件。 塔樓的鋼框架結構部分，在69層、3651層、4551層存在四個切角，其中較大部位的縮體的有三個，在進行內控點的布置時充分考慮縮體前后的必設控制點；同時由于鋼框架形狀

7、不規則，鋼柱中心一個方向或兩個方向都偏軸，并且部分鋼柱中心線的方向與軸線存在夾角，夾角存在多樣性，難于用常規方法安裝調控。 12塔樓一、塔樓二、裙樓有三點形成通視閉合測量，以減少測量誤差。131-35層內控點布置35-45層內控點布置45-頂層內控點布置外 框：6點核心筒：4點外 框：5點核心筒：4點外 框：4點核心筒：4點142.3 內控點的豎向傳遞 為保證塔樓控制點垂準線的垂直度，并最大限度接近施工區，進行測量平臺的轉換，分別在12層、23層、36層、45層作為階段傳遞層，并在各層進行聯測，以保證點位精度。投測到轉換平臺上的測點，進行角度、距離閉合測量；經計算機平差計算，滿足角度偏差不大于

8、5，相對距離偏差不大于1/20000的精度要求后，即作為該階段樓層的投測基準點。 8004800056000400003600052400階階段段傳傳遞遞示示意意圖圖15樓面測量激光控制點首層樓面 2.3.1 鋼結構由于施工在土建樓板施工之前，施工時測量無穩定操作面，故借助已經安裝完成的下節鋼柱或鋼梁，采用夾具代替三角支架，此處四面能通視，上下可互通，無構件及其它物體阻擋，人員可在鋼柱操作平臺內安全操作，且便于閉合校核，測量校正時視野開闊。用于接收底部激光和校正以及控制點引測。施工層儀器托架高強螺栓固定測量儀器鋼柱全站儀夾具162.3.2 激光洞口留設 2.3.3 控制軸線點位的垂直引測 根據

9、激光點的布置，在2F以上各施工樓層預留200*200mm的激光傳遞口，在不施工時需蓋好洞口，需安排專人保護，避免上方放置重物造成損壞。如下圖： 主軸線平面控制網的垂直引測：分別架設激光鉛直儀于首層標示的主控制軸線點上，將主控制軸線點逐一垂直引測至同一樓層，以便目標層的測量軸線控制。具體詳見下頁圖 “主樓激光控制點投遞示意圖”：17現場實際操作圖片現場實際操作圖片投遞軸線點激光接收靶控制點激光鉛直儀182.3.4 為提高激光點位捕捉的精度，減少分段引測誤差的積累，制作激光捕捉靶，示意如下：192.3.5 控制點接收完成后，在措施底板上彈上十字中心線，用油漆涂上測量對中三角標志，方便日后對中，如右

10、圖：2.3.6 彈好中心線后，架設全站儀與大菱鏡進行控制點閉合檢查，主要檢查角度與邊長關系，如誤差較大，需重新投測；誤差較小，則進行平差處理。20 3.高程控制測量 首先，對監理公司提供的施工現場的標高基準點與城市水準點進行聯測，然后 用精密水準儀按照國家二等水準測量規范要求，在首層平面及核心筒易于向上傳遞標高的位置布設三個高程基準點，經與場區高程控制點以三等水準測量精度聯測后，標注“”紅色油漆標記和建筑標高。 3.1 首層標高基準引測 從高程控制點將高程引測到首層核心筒墻外壁便于向上豎直量尺處，建立+1米標高基準控制線，校核合格后作為起始標高線，圍繞核心墻彈出墨線，并用紅油漆標明高程數據；本

11、工程高程基準線分別布設在1 層、13 層、25層、37層、50層。基準標高線標識示例如下所示： 213.2.1 方法一：懸吊鋼尺法 利用首層紅“”為標高基準，用檢定合格的鋼尺吊大垂球沿結構外皮或內控點預留口垂直向上傳遞高程，并用紅“”作好標記，在經尺長、拉力（垂球重）、溫度改正后做為其標高值。使用S3水準儀將該層三個高程點往返檢測合格后(誤差在3mm內為合格)，做為該層高程基準點。每次傳遞必須以首層為基準，嚴禁層層傳遞。3.2.2 方法二 ：全站儀豎向測距法（本工程采用） 高程控制點的傳遞是在底層平面控制點預留孔正下方架設好全站儀，先精確測定儀器高，再轉動全站儀進行豎向垂直測距，最后通過計算整

12、理求得激光反射片的高程，然后按工程測量規范(GB5002693)所規定的二等水準測量的要求把激光反射片的高程傳遞到核心筒外壁上。3.2首層標高基準引測2280023標高控制網引測步驟：第一步：在首層用水準儀在核心墻四面建立1米標高基準控制線。各點之間復測閉合后彈墨線標示，用油漆涂上測量三角標志，標明單位英文縮寫和數字。第二步：將大盤尺零刻度對好1米水準線，從每控制層直接引測到施工層。在達到12層左右后，做標高控制點轉移。施工層鋼構件標高控制之前，應先校測傳遞上來至少3個以上標高控制點，當閉合差小于3mm 時，取其平均高程引測水平線。抄平時，應盡量將水準儀安置在測點與后視點范圍的中心位置。第三步

13、：架設全站儀于標高控制點布置層，通過氣溫、氣壓計測量氣溫、氣壓，對全站儀進行氣象改正設置。24 由于全息反射貼片配合遠距離測距時反射信號較弱，影響測距的精度，故本工程用反射棱鏡配合全站儀進行距離測量。反射棱鏡放置示意如下：第四步：全站儀望遠鏡垂直向上，順著激光控制點的預留洞口垂直往上測量距離，頂部反射棱鏡放在鋼措施架或樓板及需要測量標高的樓層，鏡頭向下對準全站儀。25第五步：計算得到反射棱鏡位置的標高，后視測點標高，計算儀器高，將該處標高轉移到核心筒墻面距離本樓層高度+1.0m處，與鋼尺引測的標高進行閉合。如下圖所示：26四、鋼結構安裝測量1.安裝測量工藝流程 272.鋼柱的測量校正2.1 方

14、法一:借線法（常規方法） 將2臺經緯儀架設在鋼柱相互正交的方向線上，采用正倒鏡法測量鋼柱的垂直度，見右圖3.3-9。在梁安裝過程中，柱垂直度一般會發生微小變化，因此采用4臺J2經緯儀對相應柱進行跟蹤觀測。若柱垂直度不超標，只記錄數據不必調整；若柱垂直度超標，先復核構件制作尺寸及軸線放樣誤差，然后再進行處理。在梁安裝過程中，不得再次調整柱的垂直度。在高強螺栓緊固前，測量所有柱垂直度，緊固后再次復測。焊接過程中對柱垂直度跟蹤監測，根據實際偏差情況，適當調整焊接順序及施焊的速度。圖3.3-9 鋼柱垂直度測量示意圖鋼柱經緯儀儀器視線柱定位線鋼 柱 安 裝 軸 線鋼 柱 垂 直 度 測 量 示 意 圖

15、(經 緯 儀 法 ）鋼 柱 中 心 線鋼 柱 安 裝 軸 線鋼 柱橫 軸 線縱 軸 線282.2 方法二：極坐標法（本工程采用）SP3SP2SP1P3P2P1BA 根據已建立的擬定測量坐標系，計算各鋼柱中心和控制點在該坐標下的理論坐標，運用極坐標原理對鋼柱進行測量校正。極坐標法測量示意圖：A、B為已知點；A為測站點；P1、P2、P3為待定點2.2.1 基本原理292.2.2 控制部位 鋼柱截面形式有H形、箱形、異形柱，應根據鋼柱本身外形特點制定不同的測控方法。各種截面的鋼柱在柱頂中心和柱頂翼緣板四周，用油漆筆做上控制記號，并事先在圖紙上計算出柱子控制點的三維平面坐標。在柱子吊裝到位后，架設全站

16、儀采用三維平面坐標，對鋼柱進行校正。校正過程中，將反射片置于控制點上，逐一測設，直到柱子設計坐標值與儀器所測坐標相吻合。此方法即可控制柱軸線偏差又可以起到預防鋼柱扭轉。302.2.3 鋼柱校正步驟1）計算上一節將要吊裝的鋼柱控制點三維坐標；2）控制點引測到施工層上層并做好儀器架設防護，各控制點復測校核至合格；3）吊裝前復核下節鋼柱頂中心的三維坐標，為上節柱的精確定位提供依據；4）對于標高超差的鋼柱，可切割上節柱的襯墊板（3mm內）或加高墊板（5mm內）進行處理，如需更大的偏差調整將由制作廠直接調整鋼柱制作長度；所測鋼柱儀器位置316）如遇到死角，全站儀無法直接觀測鋼柱或構件，可采用小棱鏡對中桿

17、使小棱鏡變換高度來校正鋼柱，如圖所示：5）全站儀測量外圍各鋼柱控制點坐標。a、架設全站儀在投遞引測上來的測量控制點上，照準二個以上后視點復合。b、輸入后視點、測站點坐標值、儀高值、反射片常數、反射片高度值，確定本測站坐標位置c、反射片配合測量各鋼柱控制點三維坐標。327）鋼柱吊裝首先是柱與柱接頭的相互對準，鋼柱就位后用全站儀進行三維坐標點進行控制，校正上節鋼柱精確定位時要考慮下節鋼柱相對于軸線的偏差，校正后上節柱頂對于下一節柱頂的偏差為，使柱頂偏回到設計允許的范圍內，從而便于柱間和斜撐順利吊裝以及保證鋼柱安裝精度。8）當一安裝區間的鋼柱、梁和斜撐安裝完畢后，對鋼柱整體進行測量校正；對于局部尺寸

18、偏差，采用無纜風校正技術進行鋼柱調整。示意如下：無纜風校正柱接口連接板形式無纜風校正柱接口連接板形式 無纜風校正情形無纜風校正情形339）校正完成后對這一片區的鋼柱再次進行整體觀測，并做好記錄，根據記錄的偏差值大小及偏差方向，決定對焊前偏差是否還需要進行局部尺寸調整以及確定焊接順序、焊接方向焊接收縮的傾斜預留量，確定每根鋼柱及相連結構的焊接順序，交付焊接班組實施焊接。 右圖是焊接順序卡。10）當焊接完成后，對該片區的鋼柱、鋼梁再次復測，并做好記錄，作為資料和上一節鋼柱吊裝校正和焊接的依據。11）結合下節柱頂焊后偏差和單節鋼柱的垂直度偏差，矢量疊加出上一節鋼柱校正后的三維坐標實際值。12）焊接完

19、成后再次測量柱頂控制點三維坐標，為上節鋼柱安裝提供測量校正依據，如此循環。343. 3. 桁架的測量校正桁架的測量校正桁架柱頂中心設置控制點桁架柱頂中心設置控制點桁架斷口處設置輔助控制點桁架斷口處設置輔助控制點3.1 伸臂桁架控制點的布置 主要控制點布置在桁架上方鋼柱柱頂中心。同時在分斷口中心，斷口附近的上弦節點上方和下弦節點下方的左右兩方，用鋼尺分中找出觀測控制點，由內業人員計算出中心點坐標值，作為控制桁架的主控制和輔助控制點。 如下圖所示:35 將全站儀架設在控制軸線上，整平對中后，輸入測站點(X，Y)坐標數據，然后將反射片放置到桁架觀測點上，用反射片底部中線對準控制點，用全站儀十字線中心

20、照準貼片，所測設數據與控制點設計坐標值進行對比得出偏差，如偏差較大，則用倒鏈和千斤頂對軸線方向進行校正，直到偏差符合規范要求，然后用同種的方法對桁架另一端進行校正，各點到位后對連接板上的臨時螺栓進行施擰，接口待焊，并對桁架進行一次全面復測，并做好原始數據記錄。在結構封頂、沉降結束之后，對斷口處的主要控制點進行復核，視數據變化大小采取調整措施，滿足要求后進行最后施焊。3.2 桁架的安裝測控斷口處控制點斷口處控制點36核心筒內桁架安裝核心筒內桁架安裝外框桁架安裝外框桁架安裝374.鋼結構安裝變形因素及監測 鋼結構安裝測量控制的精度，取決于多方面的綜合因素，有關溫度、日照、風力等環境的影響，需要積累

21、相關經驗去消除或避免，施工順序、焊接順序的優化是提高精度和工作效率的有效途徑。為了保證鋼結構安裝的精度，保證結構和安裝過程安全性，并研究溫度、日照等對鋼結構產生變形的規律，在鋼柱上設置變形監測點，用自動跟蹤高精度全站儀對鋼結構進行三維變形觀測。4.1 季節性溫度變化應對措施 季節性溫度變化主要對建筑物的標高產生影響，而測量定位的標高引測其高度方向的距離是歸化改正為20的標準溫度下進行的，全站儀顯示的Z坐標值經過了氣壓、溫度系數改正，標高點的理論位置高度不受溫度變化影響。問題是標高點標記在核心墻面，核心筒混凝土墻高度受季節性溫度變化影響產生熱脹冷縮，同時考慮到外圍鋼柱的線膨脹系數要比核心筒混凝土

22、墻的線膨脹系數更大，外圍鋼柱受陽光直接照射，溫度上升快，日溫差變化明顯。要確保標高基準點位置不隨溫度變化而變動，簡單化考慮，在冬季進行標高基準點的向上引測可選定午后24時的最高氣溫條件下進行，而在夏季可選定在日出前或者日落后進行，在這兩個時段的氣溫條件與設計的常溫條件相差最小且變動幅度不大，對標高值的影響最小，在一定高度范圍內可忽略不計。384.2 日溫度變化應對措施 不管是季節性溫度還是日溫度的變化，建筑物整體的平均冷熱程度變化對豎向高度有一定的影響。日照使建筑物陰陽面出現冷熱不勻，建筑物整體向陰涼面傾斜，對平面定位軸線有一定的影響。因此，選擇陰天、日出前時間進行激光控制點的垂直向上投測，避免建筑物陰陽面溫差的影響。4.3 溫度對鋼柱影響及預控T2T1Lh 夏季上午9：0010：00和下午2：003：00時，受日光照射在鋼柱的一側，鋼柱將會向背光的一側發生附加的傾斜位移，這時可考慮對鋼柱按如下理論公式=a*t*L/2h（其中：柱頂因溫差影響產生的位移值、a：鋼材