钢结构安装校正测量工艺

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前 言
随着建筑业的发展以及建筑技术水平的提高，高层和超高层钢结构建筑工程越来越多。在钢结构工程安装过程中，测量是一项专业性较强且又非常重要的工作。测量精度的高低直接影响到工程质量的好坏，是衡量钢结构工程质量的一项重要指标。
上海浦东国际金融大厦是一座高达226m的超高层钢结构工程，该工程地下3层，地上53层，中央核心筒为劲性钢筋混凝土结构，外围是由19节钢柱组成的钢结构。该工程采用"天园地方"的设计方案，造型新颖、美观，但其结构复杂、施工难度大，安装校正测量精度要求高。核心筒的三次变体和高层栋的倾斜收缩都对测量提出了特殊要求；中建一局四公司测量分公司驻上海测放部，以其较强的专业技术和良好的敬业精神保证了钢结构工程的精确安装校正。下面对该工程的有关测量技术问题及其解决方法作一简要的阐述。
1 平面控制网测设和高程的
竖向传递
1.1 平面控制网测设
首先对监理公司提供的控制点分布图和有关起算数据，采用T2经纬仪和PTS-Ⅲ05全站仪分别进行两测回测角测距，联测无误后即将其作为该工程布设平面控制网的基准点和起算数据。
根据已知基准点与设计轴线的关系，采用极坐标法、直角坐标法及方向线法相结合，采用全站仪放样出图1所示的24条纵横主轴线组成的建筑方格网（方格网的精度要求如表1），并据此在首层预埋件上布设图1所示的12个控制点，其中K1-K8组成的控制网作为主体结构的平面控制网，K9-K12组成的控制网作为核心筒的平面控制网。随着核心筒的变体和高层栋的收缩，在原有控制网的基础上将不断加密新的控制点，从而组成新的控制网。平面控制网的测量精度如表2所示。
表1 建筑方格网主要技术指标

 表2 建筑平面控制网主要技术指标

 
注：其中n为测站数
 

将首层布设的控制点，运用徕卡天顶仪依次投测所需施工楼层并用激光接收板接收。慢慢旋转铅直仪（ 0°， 90°，180°，270°，360°）便在接收板上得到一个激光圆，圆心即为该控制点的接收点。激光点的直径应小于1mm，激光圆的直径应小于3mm。对接收点组成的控制网进行角度、距离闭合测量；经计算机平差计算，满足表1的精度要求后，即作为该楼层的平面控制网；并以次作为本楼层细部放线的依据。
1.2 高程的竖向传递
首先，对监理公司提供的施工现场的标高基准点与城市水准点进行联测，然后用N3水准仪按照国家二等水准测量规范要求，在首层核心筒墙面上合理引测四个标高基准点。

 
图1 高程的竖向传递
 

如图1所示，用两台水准仪配合50mm钢尺，通过式（1）进行计算，把首层标高基准点传递到各施工楼层，并对其进行闭合检查，闭合差小于2mm时即作为本楼层标高测量的基准。
b′=HO+a′-a+b （1）
b′--S2水准仪的视线高；
HO --首层标高基准点高程；
a′--S2水准仪在50 mm钢尺上读数；
a --S1水准仪在50 mm钢尺上读数；
b --S1水准仪的视线高与HO的高差。
总包方的沉降观测资料显示，高层栋与核心筒的沉降步调不相一致，这是由于本工程施工过程中，核心筒一直高过高层栋6～8层所造成的。为了保证钢柱与核心筒相接的大梁两端水平度，结合沉降资料的规律，在核心筒连接板安装过程中，我们通过把连接的标高抬高3mm，来确保同层楼面的标高相一致；达到了令人满意的效果。
2 全站仪实时钢柱校正测绘系统的应用
经典的经纬仪+钢尺测量法，是目前钢结构测量校正所采用的普遍方法；其原理简单、直观，容易被大多数人所接受，但细部放线工作较多，工作量较大，对现场的通视条件要求较高，不仅耗费大量的人力、物力，而且效率较低。在高新技术日益发展的今天，全站仪和计算机得到了广泛的应用，运用接口技术使二者相连，建立一套完整的全站仪实时测绘系统，对钢柱进行测量校正是我们一直在探索的新课题。从本工程进入标准层（39层）施工阶段开始，我们就完全脱离了传统的校正测量方法，而是采用新技术、新设备，运用该系统软件实时有效地对钢柱进行安装校正测量，取得了较为理想的效果。下面将着重介绍该系统的开发和应用情况。
2.1 基本原理
根据该工程的特点和平面图的具体情况，以轴线为基准建立一个施工测量坐标系；计算各柱中心和控制点在该坐标下的理论坐标，运用极坐标原理对钢柱进行测量校正。
2.2 硬件构成
1） 数据采集器为Sokkia Set2B全站仪；
2） Sokkia RS30N型反贴片；
3） 处理器采用586便携机；
4） 全站仪操作平台。
2.3 RS30N反光贴片常数测定
用Set2B全站仪和与其配套的棱镜精确测量一般距离S，然后移开棱镜，使反光贴片的竖丝对准棱镜对中点进行测量，测得距离为b′，调整全站仪的棱镜常数，直至S＇=S。经过多次试验，最终确定反光贴片的常数为2。
2.4 外业数据采集及现场纠偏
为了给钢柱测量校正创造有利条件，也为了该系统的有效实施，我们专门设计并加工了全站仪操作平台，运用膨胀螺栓使其固定在该节柱顶层的核心筒墙面上，并且安装在控制点的正上方。运用激光铅直仪把控制点投测到操作平台上，并且使全站仪对中该接受点。架好全站仪，后视另一控制点，瞄准反光贴片（贴片竖丝对准柱顶中心且贴片面朝向全站仪），运用极坐标原理测得斜距、水平夹角和竖直角，该数据自动传输给便携机，利用建立的数学模型自动计算并输出柱中心的实测坐标（X，Y）以及实测值与理论值之差值；现场据此数据进行纠偏，指挥校正，直至满足精度要求。
每节柱焊接后均要进行一次柱中心点位偏差测量，按上面同样的测量方法得到各柱焊接后坐标文件。
2.5 内业数据处理
利用便携机中的柱中心理论坐标文件，校正后实测坐标文件，焊接后坐标实测数据，可以进行柱点位偏差平面图和立面图的绘制。
2.6 利弊分析
全站仪实时测绘系统大大减少了外业工作时间，提高了工作效率，而且可以同时进行多根柱子的测量校正，减轻了测量人员的劳动强度，提高了测量精度，节省了测量人员的投入；但需要投入全站仪、计算机等先进设备，对测量人员的素质要求也较高。
3 本工程测量的特点
3.1 专业夹具的加工和使用
结合本工程的结构特点和测量要求，我们设计加工了独具特色的测量专业卡具。在压型钢板上作业，因压型钢板不够稳定，不能在上面直接架设仪器。为此我们现场量取主梁上相邻栓钉的间距，专门设计并加工了钢梁夹具，取代经纬仪三脚架，解决了压型钢板不能架仪器的难题；在核心筒C8，C9，C10柱校正过程中，我们首先把轴线投测到各柱的外牛腿上，然后把仪器架设到自己设计并加工的牛腿夹具上，进行钢柱测量校正以及外牛腿的凹进凸出测量；为了精确测量核心筒埋件，结合外爬架的具体情况，我们还专门设计并加工了埋件夹具。这些专业夹具的良好应用，有效的保证了测量作业，大大提高了工作效率，得到监理公司、总包方的一致好评（专业夹具如图2）。

  

3.2核心筒埋件测量
核心筒预埋件的凹进凸出测量是本工程的一大特色，因为要根据此项测量成果进行连接板尺寸加工，从而保证外围钢柱的正确就位，因此对预埋件测量精度提出了特殊的要求。测量人员根据现场情况，首先把轴线投测到核心筒外墙皮上，然后把自己设计的埋件夹具夹到外爬架上，运用经纬采用正倒镜后视法，对埋件 凹凸进行测量，一般测量埋件的上、中、下三点。采用这种测量方法保证了连接板的凹凸 测量精度（±３mm），从而减少了钢结构校正的时间，大大提高了外围钢结构安装效率和精度，保证了钢柱的正确就位。
3.3倾斜部钢柱的校正
从第九节开始到第１２节，各节均有不同数量的倾斜钢柱吊装，而且各柱的倾角也不一致，测量校正也就成了钢结构安装过程重中之重的工作。倾斜钢测量校正时很难选择测量基准点，测量人员经仔细研究，最终决定选牛腿上某一特定点作为测量校正的基准点。然后在相应楼层平面上测设出改点在该楼层平面上的投影点，从而进行钢柱的测量校正工作。

实践证明我们的想法是正确的，并得到了有关专家和监理公司的认可和赞赏。倾斜钢柱安装难度较大、问题较多，但为了保证足够的安装精度，我们分粗校和精校两次对钢柱进行校正；为了保证各钢柱的倾斜度，我们提议在各层大梁间增设了临时支柱，通过精确测定各层大梁标高来调解临时支柱，从而调解钢柱的倾斜度使之满足精度要求。

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