懸掛式柔性幕墻支撐體系安裝的測量控制*

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海中心大廈工程共包括1 個地下5 層的地庫、1 幢高約121 層的綜合樓、1 幢高5 層的商業(yè)裙房。本工程塔樓施工在垂直方向分成9 個區(qū)域，核心筒最先施工，鋼結構施工和樓板施工落后于土建結構施工1 個區(qū)，幕墻工程落后于鋼結構1 個區(qū)。其中內(nèi)、外幕墻施工相差6 層。

2 懸掛式結構特點及測控難點

工程外幕墻為分區(qū)懸掛式柔性幕墻，支撐體系主要包括：徑向水平支撐、豎向雙吊桿、水平周邊環(huán)梁。徑向水平支撐在主體結構連接處包含2 種徑向滑移支座，并穿過內(nèi)幕墻與外幕墻支撐體系進行連接；水平周邊環(huán)梁由25 段空心圓弧形管組成，存在2 種半徑、不同圓心的6 段圓弧，最終與V口部分相接形成一圈完整的弧形曲面；豎向雙吊桿承擔主要的荷載，連接各層環(huán)梁懸掛于上層外挑桁架底部，并與各層平面滑移支座、水平支撐及下層外挑桁架頂部的垂直滑移支座組成主要支撐結構體系（圖1）。

逐層旋轉的復雜結構形式、高空日照風力等不利的外部條件給幕墻支撐體系的安裝帶來巨大的困難，而與主結構連接的吊點、各滑移支座等特殊節(jié)點的存在又對安裝提出了2 mm精度要求。如何采取科學有效的測量方法及手段，盡最大可能排除外界因素干擾，提高測量的區(qū)域整體性精度，保證懸掛式柔性支撐體系的精準安裝和滿足后續(xù)幕墻施工需要是我們測量控制的重點[1,2]。

3 主要測控方式與方法

3.1 高精度的分區(qū)整體平面控制網(wǎng)

本工程外幕墻支撐體系為懸掛式體系，故徑向支撐及水平區(qū)梁的測量定位工作均在同層樓板上進行，豎向雙吊桿作為主要受力構件，其安裝時要求上下層環(huán)梁連接點具有較高的統(tǒng)一性。

為滿足每個分區(qū)內(nèi)懸掛式幕墻體系的整體性要求，綜合考慮結構分區(qū)及樓層穩(wěn)定性后，以每個分區(qū)為一個轉換區(qū)段，在下層桁架的上部樓層設置本分區(qū)的測量控制基準樓層（圖2），其控制網(wǎng)點由下一分區(qū)基準層控制網(wǎng)點多次垂直向上投測所得，并對控制網(wǎng)點進行邊角網(wǎng)平差，在原坐標不變的前提下，通過細微調(diào)整保證本分區(qū)控制基準以滿足施工精度要求，本分區(qū)內(nèi)所有標準層軸線均由基準層控制網(wǎng)點向上傳遞。由于樓板放線為傳統(tǒng)的逐層投測放線，與幕墻支撐體系安裝存在較長時間差，且原樓板軸線網(wǎng)點由于混凝土收縮及精度差異等原因，已無法滿足幕墻支撐體系的安裝要求，必須統(tǒng)一驗證及整體調(diào)整。

整體調(diào)整必須在前期技術策劃時即予以充分考慮，保證基準層控制網(wǎng)點安全有效及投測通道的通暢，以本區(qū)基準層及最高標準層為上下參照層，首先通過邊角網(wǎng)測回法測定2 個參照層的平面控制基準是否基本位置關系吻合，若存在較大差異則對最高標準層軸線網(wǎng)點進行細微調(diào)整。在精度滿足要求的情況下，將基準層控制網(wǎng)點垂直向上投測至最高標準層進行點位比對，點間誤差在2 mm內(nèi)則可認為兩者相互統(tǒng)一性良好，再以兩參照層為依據(jù)，逐層對本區(qū)標準層軸線網(wǎng)點進行重新梳理及定位。

圖1 懸掛式柔性幕墻支撐體系示意

圖2 基準層控制網(wǎng)點示意

通過對分區(qū)內(nèi)標準層平面控制點的整體調(diào)整，保證了各層控制基準的一致性，對控制層間環(huán)梁的相對關系起到了良好的作用，保證了懸掛式支撐結構整體受力滿足設計預期，也為后續(xù)上下單元板塊的順利銜接奠定了基礎。

3.2 精確的平面及標高控制

本工程外幕墻懸掛式支撐結構體系中，水平徑向支撐穿過內(nèi)幕墻與主體結構連接。為保證內(nèi)幕墻順利施工，其定位必須準確。同時，由于周邊環(huán)梁為弧形圓管，并自帶轉接件，轉接件緊靠環(huán)梁焊接，后續(xù)可調(diào)節(jié)余量極小，因此，本工程在樓層環(huán)梁的控制上要做到精益求精。

環(huán)梁安裝采用以徑向支撐為分隔、區(qū)域完成后形成整體的方式，測量則同步跟蹤進行。通過對前期環(huán)梁安裝的數(shù)據(jù)累積及出現(xiàn)問題進行研究，發(fā)現(xiàn)造成環(huán)梁安裝精度超差的原因主要為加工誤差及安裝誤差。加工誤差表現(xiàn)在圓管形狀不規(guī)則、弧度不標準、轉接件焊接偏差等方面；安裝誤差表現(xiàn)在焊接造成偏差及整體銜接方面[3-5]。

為了解決上述問題，通過研究，采取了“一個重點，兩層控制，三項標準，循環(huán)復測”的測量控制方式。

“一個重點”，即嚴格控制V口部位測量精度，將每層的平面測量控制都在V口處精確定位閉合，偏差在3 個大弧面上分攤消化。

“兩層控制”，即對環(huán)梁控制及轉接件控制同步進行。在每標準層25 段環(huán)梁和徑向支撐相交處及無徑向支撐的焊接端共設置50 個平面測控點，環(huán)梁安裝時，通過對50 個測控點進行定位，指導整圈環(huán)梁的安裝焊接。同時對兩徑向支撐內(nèi)一段環(huán)梁的兩端各一個轉接件及環(huán)梁中間點的轉接件進行平面及標高定位，在滿足后續(xù)安裝精度要求的前提下，反饋給設計作為后續(xù)施工調(diào)整依據(jù)。該措施有效解決了由于加工原因可能造成的環(huán)梁安裝與后續(xù)板塊安裝之間的矛盾。

“三項標準”，即轉接件必須嚴格滿足3 項控制標準：即徑向偏差為-30～0 mm，環(huán)向偏差為-30～+30 mm，標高偏差為-25～+ 25 mm。此3 項標準數(shù)據(jù)的采集，均采用現(xiàn)場整體檢查復測，再反饋至設計圖紙計算弧形曲面點上各轉接件的徑向及環(huán)向偏差。

“循環(huán)復測”，即對各控制項目均采取跟蹤測量，在每層環(huán)梁安裝完成后進行1 次整體復測，每安裝3 層再進行1 次復測的方法，有效保證了支撐體系的整體性[6,7]。

3.3 懸掛體系的后續(xù)跟蹤監(jiān)測

由于本工程幕墻為懸掛式支撐體系，其荷載由上層桁架結構承擔，為了保證幕墻在整體荷載加載完成后其位置符合設計要求，在桁架安裝過程中進行了預起拱，為了驗證起拱受荷載的影響、幕墻支撐體系本身變形等設計數(shù)據(jù)，為后續(xù)分區(qū)起拱及支撐體系安裝提供參考數(shù)據(jù)，本工程對完成后的分區(qū)幕墻支撐體系進行了跟蹤監(jiān)測。

每區(qū)的跟蹤監(jiān)測在本區(qū)基準層及最高標準層兩層進行實施，在監(jiān)測層的豎向吊桿上設置監(jiān)測標記，監(jiān)測時測量樓層核心筒立面標高基準點與監(jiān)測標記的高差，通過不同時期的高差比較來判斷其變形值。例某區(qū)在荷載加載完成后進行的一次監(jiān)測結果為：環(huán)境溫度15 ℃，基準層變形量為向下9～15 mm，最高標準層變形量為向下0～5 mm。最高標準層變形量基本反映了上層桁架體系在荷載情況下的下沉情況，基準層與最高標準層變形量的差值約為10 mm，結合同期內(nèi)對于主樓核心筒壓縮變形監(jiān)測的結果，該區(qū)段壓縮值為1～2 mm，則可判斷本區(qū)幕墻懸掛式支撐結構在荷載情況下的自身變形為8～9 mm。同時，從另一個側面證明了本區(qū)垂直滑移支座安全有效，本區(qū)幕墻支撐結構具有良好的豎向柔性。

4 測量控制研究的效果及意義

通過科學的研究實驗，本工程在懸掛式柔性幕墻支撐體系安裝上總結出了一套行之有效的、針對性強的測量理論及方法，并取得了良好的效果，為本工程外幕墻系統(tǒng)的順利安裝作出了巨大的貢獻，也為類似工程提供了借鑒。