超高層建筑軸線(xiàn)計(jì)算方法探討

王天應(yīng)

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

1 概述

目前，超高層建筑的發(fā)展呈良好態(tài)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)了以上海金茂大廈、廣州西塔、廣州電視觀光塔為代表的超高地標(biāo)性建筑;在國(guó)外，阿聯(lián)酋港口城市迪拜全力打造的摩天大樓“迪拜塔”，設(shè)計(jì)高度 700 m，為目前世界第一高樓。

隨著大型復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，結(jié)構(gòu)向超高、跨度更大的方向發(fā)展，施工進(jìn)度不斷加快，給施工安全與結(jié)構(gòu)成型帶來(lái)新課題。

超高層建筑物顯著特點(diǎn)是絕對(duì)高度高，受日照、地球自轉(zhuǎn)、風(fēng)力、溫差等多種動(dòng)態(tài)因素的影響，將處于不斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。風(fēng)力對(duì)塔體影響的規(guī)律為沿風(fēng)向作前后擺動(dòng)，振幅隨高度和風(fēng)力的變化而變化。

圖1 建筑物擺動(dòng)示意圖

建筑軸線(xiàn)是人為地在建筑圖紙中為了標(biāo)示構(gòu)件的詳細(xì)尺寸，按照一般的習(xí)慣或標(biāo)準(zhǔn)虛設(shè)的一道線(xiàn)(在圖紙上)，習(xí)慣上標(biāo)注在對(duì)稱(chēng)界面或截面構(gòu)件的中心線(xiàn)上。軸線(xiàn)檢測(cè)是施工檢測(cè)的關(guān)鍵內(nèi)容，鑒于日照、地球自轉(zhuǎn)、風(fēng)力、溫差等多種動(dòng)態(tài)因素的影響，軸線(xiàn)放線(xiàn)的精度是樓體施工質(zhì)量保障的關(guān)鍵，軸線(xiàn)檢測(cè)的成果資料通常作為建筑物質(zhì)量驗(yàn)收和質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要參考依據(jù)。

2 軸線(xiàn)計(jì)算方法

軸線(xiàn)檢測(cè)是施工檢測(cè)的重要內(nèi)容，按照檢測(cè)時(shí)機(jī)劃分，可以分為準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和事后檢測(cè)，兩種檢測(cè)方法本質(zhì)上是一致的，只是實(shí)現(xiàn)途徑不同。

(1)準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)

準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)通常與施工放樣同步。施工方將設(shè)計(jì)軸線(xiàn)點(diǎn)放樣至實(shí)地，軸線(xiàn)檢測(cè)布設(shè)精密導(dǎo)線(xiàn)，解算放樣點(diǎn)的平面坐標(biāo)。將其與設(shè)計(jì)坐標(biāo)相比較，可以獲取偏差矢量。如果偏差較大，應(yīng)及時(shí)與業(yè)主、施工方、監(jiān)理溝通，從而達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。如圖2所示，A，B為起算點(diǎn)，1、2、3、4為導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)，利用高精度全站儀布設(shè)精密導(dǎo)線(xiàn)檢測(cè)軸線(xiàn)交點(diǎn)放線(xiàn)的精度。

圖2 準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)示意圖

(2)事后檢測(cè)

由于放樣軸線(xiàn)點(diǎn)不易保存，很多超高層建筑物不具備準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)條件，此時(shí)，通常采用事后檢測(cè)方法。布設(shè)精密導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量樓層關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，將計(jì)算成果與設(shè)計(jì)坐標(biāo)相比較，由于很多建筑物的關(guān)鍵點(diǎn)不可以直接測(cè)量，需要通過(guò)擬合的方法獲取。如圖3所示，藍(lán)色點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)，紅色點(diǎn)為實(shí)測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)。

圖3 方柱和圓柱擬合示意圖

3 實(shí)例分析

以某超高層建筑物為例，建筑物自然層樓層數(shù)為60層，如圖 4所示，以 D1、D2、D3、D4鋼柱為主要支撐。根據(jù)建筑物特點(diǎn)，選取 D1、D2、D3、D4鋼柱的中心點(diǎn)為樓層關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)合建筑物和施工特點(diǎn)，軸線(xiàn)檢測(cè)采用事后檢測(cè)方法。針對(duì)第n層，利用激光垂準(zhǔn)儀將施工控制點(diǎn)豎向傳遞，利用互相通視點(diǎn)對(duì)布設(shè)精密導(dǎo)線(xiàn)，在合適的站點(diǎn)實(shí)測(cè)每個(gè)鋼柱4個(gè)點(diǎn)以上，采集圓柱面碎部點(diǎn)后，按照最小二乘法擬合圓心，軸線(xiàn)坐標(biāo)通過(guò)擬合圓柱的圓心反映，將其與設(shè)計(jì)軸線(xiàn)坐標(biāo)相比即得軸線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果。

圖4 平面結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 最小二乘法擬合圓心坐標(biāo)

第n層軸線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果表 表1

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)要求，分別針對(duì)首層、第5層、第10層、第15層、第20層、第25層、第30層、第35層、第40層、第45層、第50層、第55層、第60層進(jìn)行了軸線(xiàn)測(cè)量。將D1、D2、D3、D4的偏差量與樓層對(duì)應(yīng)，繪制偏差曲線(xiàn)。偏差曲線(xiàn)分別如圖6、圖7、圖8、圖9所示。

圖6 D1軸偏差示意圖

圖7 D2軸偏差示意圖

圖8 D3軸偏差示意圖

圖9 D4軸偏差示意圖

軸線(xiàn)特征信息統(tǒng)計(jì)表 表2

D1軸最大偏差量為44 mm，D2軸最大偏差量為37 mm，D3軸最大偏差量為 47 mm，D4軸最大偏差量為 37 mm，滿(mǎn)足技術(shù)設(shè)計(jì)要求規(guī)定的≤50 mm的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

超高層建筑具有以下兩個(gè)特點(diǎn)，①絕對(duì)高度太高;②處于不斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，高度的增加造成向上傳遞的累積誤差增大，同時(shí)，超高層建筑的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)增加了測(cè)量噪聲。樓體傾斜度是多方關(guān)注的重大問(wèn)題，軸線(xiàn)檢測(cè)從橫向和縱向反映樓體施工偏差情況，為建筑物的質(zhì)量驗(yàn)收和質(zhì)量評(píng)價(jià)提供重要的參考依據(jù)。

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