超高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)的垂直度控制方法

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1 高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)形式

高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。

當(dāng)外框架為鋼結(jié)構(gòu)、勁性混凝土結(jié)構(gòu)（包括外框柱為鋼管混凝土構(gòu)件）時(shí)，受施工工藝的影響，高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，在高度方向，結(jié)構(gòu)構(gòu)件呈現(xiàn)多個(gè)層差，如圖2所示。

圖1 外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)平面

圖2 外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)層差分布

1.2 外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是錯(cuò)層施工[1]，即位于建筑中心部位的核心筒（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或勁性結(jié)構(gòu)）先行施工，四周的鋼框架柱、梁隨后，最后是壓型鋼板組合樓板施工。這3 個(gè)部分施工在立面上存在3～5層差。鋼柱需要校正時(shí)，框架梁柱正處在懸空狀態(tài)，而樓地面還在十幾米的下方，且頻繁地進(jìn)行鋼筋綁扎、混凝土澆筑等作業(yè)，無(wú)法架設(shè)儀器。

2 超高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)的施工測(cè)量

高層建筑垂直度控制可分解為控制點(diǎn)傳遞和施工層垂直度控制2 個(gè)步驟?？刂泣c(diǎn)豎向傳遞通常采用內(nèi)控法完成。

根據(jù)具體工程的特點(diǎn)，在首層合理選擇一定數(shù)量的內(nèi)控點(diǎn)，利用鉛直儀將這些點(diǎn)位豎直傳遞到施工層并恢復(fù)軸線控制，然后架設(shè)經(jīng)緯儀控制本層鋼柱垂直度。如此循環(huán)往復(fù)，通過(guò)層層控制平面位置及本層垂直度，最終保證整體垂直度或豎向設(shè)計(jì)要求。

由于柱頭位置調(diào)整是靠經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線實(shí)現(xiàn)的[2]，所以可以穩(wěn)定地設(shè)站是先決條件。即豎向構(gòu)件施工前，內(nèi)控點(diǎn)已經(jīng)傳遞至施工層面，且施工層地面牢固，可以架設(shè)儀器。然而，這個(gè)條件在超高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)的壓型鋼板樓面未澆筑混凝土的階段無(wú)法得到滿足。

3 垂直度要求及測(cè)量精度指標(biāo)確定

按照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求，高層建筑的單節(jié)柱垂直度必須滿足h/1 000且不大于10 mm；主體結(jié)構(gòu)整體垂直度須滿足（h/2 500+10）且不大于50 mm[3]的要求。

單節(jié)鋼柱垂直偏差來(lái)自于兩方面影響：一是測(cè)量誤差，包括柱根定位點(diǎn)測(cè)量誤差和柱頭矯正測(cè)量誤差，二是日照、風(fēng)力、焊接應(yīng)力等外力因素共同影響。

根據(jù)等影響原則[4]，測(cè)量誤差與其他因素產(chǎn)生的誤差相等，即測(cè)量誤差不應(yīng)大于驗(yàn)收允許誤差的一半。以單節(jié)柱為例，如果柱長(zhǎng)為10 m，則垂直度偏差應(yīng)≤10 mm，由測(cè)量引起的鋼柱傾斜誤差不大于5 mm[5,6]。若以2 倍中誤差作為限差，可以得到柱中心點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于2.5 mm。

由公式推導(dǎo)可以得出，精度要求只有1''級(jí)以上的全站儀才能達(dá)到。為滿足點(diǎn)位精度要求，使用高精度鉛直儀進(jìn)行內(nèi)控點(diǎn)傳遞，并使用高精密全站儀（1''級(jí)以上）進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量。同時(shí)應(yīng)盡量減小對(duì)中誤差、縮小控制范圍、控制仰俯角。

4 控制思路

沒有穩(wěn)定的測(cè)站，測(cè)量控制無(wú)從談起。超高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)主體施工過(guò)程中，由于核心筒是唯一穩(wěn)定的依靠，如果能在核心筒外側(cè)相應(yīng)標(biāo)高位置上搭設(shè)穩(wěn)定的操作平臺(tái)，用高精度全站儀測(cè)定每節(jié)鋼柱柱根定位坐標(biāo)和柱頂中心坐標(biāo)，指揮操作人員調(diào)整、控制柱頂偏差，將能夠有效地控制鋼柱垂直度。

下面，以某工程為例予以闡述。某超高層外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)平面如圖3所示，其外廓軸線間距47.00 m，建筑高度260 m。在認(rèn)真審核施工圖紙的前提下，在首層核心筒外側(cè)選擇4 個(gè)內(nèi)控點(diǎn)（確保能夠上下貫通）形成正方形，每個(gè)內(nèi)控點(diǎn)控制1/4區(qū)域內(nèi)的4 根鋼柱。

圖3 某工程外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)平面示意

每節(jié)鋼柱校正前，在略高于柱頭標(biāo)高位置搭設(shè)操作平臺(tái)，平臺(tái)兼具接收控制點(diǎn)和安置全站儀功能，既保證一定剛度，又可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。首層內(nèi)控點(diǎn)上安置鉛直儀，將控制點(diǎn)垂直傳遞至操作平臺(tái)。平臺(tái)上架設(shè)全站儀和棱鏡，檢查邊角關(guān)系，確保內(nèi)控點(diǎn)傳遞質(zhì)量，然后測(cè)定控制范圍內(nèi)柱頂中心坐標(biāo)，指揮調(diào)整，直到滿足規(guī)范要求為止。

操作平臺(tái)可與結(jié)構(gòu)原有預(yù)埋件連接，平臺(tái)僅承受儀器重量，構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝、拆卸方便，對(duì)工期不會(huì)造成任何影響。同時(shí)操作平臺(tái)設(shè)在核心筒外立面上，與鋼框架分離，保證了測(cè)站穩(wěn)定性。

5 作業(yè)流程

5.1 儀器選型

本工程采用的高精度鉛直儀選定大連拉特廠生產(chǎn)的JZC-G鉛直儀，標(biāo)稱精度二十萬(wàn)分之一，經(jīng)實(shí)地測(cè)試，接收靶安置在100 m的高度上，鉛直儀從0°、 90°、 180°、 270°四個(gè)方向分別向上投點(diǎn)，點(diǎn)位幾乎重合，完全可以保證豎向投測(cè)質(zhì)量。

因用于柱頭測(cè)量的操作平臺(tái)附著在核心筒上，位于核心筒施工作業(yè)面的下層，為了避免核心筒施工可能對(duì)下方測(cè)量人員造成傷害，選用拓普康MS05A型全站儀，又稱測(cè)量機(jī)器人。

5.2 測(cè)前準(zhǔn)備

首先進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將城市坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)、柱中心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平行于軸線的施工坐標(biāo)系坐標(biāo)，提取坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至全站儀。

5.3 內(nèi)控點(diǎn)傳遞、檢查

用高精度鉛直儀將內(nèi)控點(diǎn)傳遞至操作平臺(tái)，然后安置全站儀，檢查相鄰控制點(diǎn)邊角關(guān)系以確保傳遞質(zhì)量。

5.4 鋼柱矯正

鋼柱根部就位并初始固定后，用全站儀測(cè)定柱中心坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)偏差，指揮作業(yè)人員進(jìn)行調(diào)整，偏差滿足規(guī)范要求后，最終固定、焊接。

由于建立了平行于軸線的施工坐標(biāo)系，儀器顯示的Δx、Δy是沿軸線方向偏差，非常直觀，便于操作人員找準(zhǔn)調(diào)整方向。

5.5 復(fù)測(cè)

鋼柱調(diào)整到位并固定、焊接后，用全站儀對(duì)控制區(qū)域內(nèi)所有鋼柱重新測(cè)量，記錄每根柱中心坐標(biāo)偏差，作為上層鋼柱就位調(diào)整依據(jù)。對(duì)于偏差超過(guò)規(guī)范要求的個(gè)別柱子重新校正。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)超高層建筑外框內(nèi)筒組合結(jié)構(gòu)的施工測(cè)量，介紹了操作層面無(wú)法架設(shè)儀器的情況下，在核心筒外搭設(shè)操作平臺(tái)，用全站儀控制超高層鋼結(jié)構(gòu)垂直度的測(cè)量方法。實(shí)踐證明，這種方法實(shí)用、準(zhǔn)確、快捷、有效，對(duì)超高層垂直度控制具有普遍意義。