超高層建筑核心筒及電梯井偏差監(jiān)測(cè)方法

段　鵬，彭　浩

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

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超高層建筑核心筒及電梯井偏差監(jiān)測(cè)方法

段鵬，彭浩

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

A Deviation Monitoring Method for Core Tube and Elevator Shaft of Ultra High-rise Building

DUAN Peng，PENG Hao

摘要：超高層建筑物核心筒及電梯井偏差監(jiān)測(cè)是建筑物整體施工監(jiān)測(cè)的重要組成部分。本文以廣州周大福金融中心為例，從基準(zhǔn)控制網(wǎng)、坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞、偏差測(cè)量和數(shù)據(jù)處理4個(gè)方面詳細(xì)闡述了監(jiān)測(cè)方案的實(shí)施要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)了方案的可行性，對(duì)同類(lèi)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目具有良好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；基準(zhǔn)控制網(wǎng)；坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞；偏差監(jiān)測(cè)

超高層建筑是城市發(fā)展的必然產(chǎn)物，由于超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)建筑內(nèi)部核心筒的設(shè)計(jì)及施工精度提出了更高的要求；電梯作為垂直交通的工具，電梯井的施工偏差將直接影響電梯的安裝和正常使用。為了確保超高層建筑物的施工精度，施工過(guò)程中的誤差和變形監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

廣州周大福金融中心(廣州東塔)是集寫(xiě)字樓、酒店、大型商業(yè)于一體的大型綜合性建筑，占地面積2.6萬(wàn)m2，地下五層，主塔樓111層，主樓總高度約為530 m，建筑高度高于傳統(tǒng)意義上的超高層建筑，對(duì)整體工程的施工質(zhì)量要求較高。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案在測(cè)量精度上不足以滿(mǎn)足工程需求，故需對(duì)廣州東塔核心筒和電梯井偏差測(cè)量制定嚴(yán)密可靠的監(jiān)測(cè)方案，并配合高精度儀器，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)可靠。

一、施工監(jiān)測(cè)方案

廣州東塔的核心筒和電梯井偏差監(jiān)測(cè)方案主要由4個(gè)部分組成：基準(zhǔn)控制網(wǎng)的建立、坐標(biāo)基準(zhǔn)的傳遞、核心筒和電梯井偏差測(cè)量及數(shù)據(jù)處理?；鶞?zhǔn)控制網(wǎng)的布設(shè)分可為兩部分：基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)和首級(jí)施工控制網(wǎng)，兩者均采用GPS靜態(tài)觀(guān)測(cè)方式獲取基線(xiàn)并計(jì)算坐標(biāo)?；鶞?zhǔn)平面控制網(wǎng)點(diǎn)位距施工現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，目的是為了保持點(diǎn)位的穩(wěn)定性；首級(jí)施工控制網(wǎng)距施工現(xiàn)場(chǎng)較近，便于將坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞至東塔樓層首層。同時(shí)，也可利用基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)對(duì)首級(jí)施工控制網(wǎng)進(jìn)行檢核，判斷施工基準(zhǔn)是否發(fā)生變動(dòng)。首級(jí)施工控制網(wǎng)引至首層的坐標(biāo)基準(zhǔn)，需利用激光投點(diǎn)的方式從下往上傳遞，并根據(jù)要求檢查投射點(diǎn)的內(nèi)、外符合性。投射的基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)檢測(cè)符合要求后，以投射點(diǎn)位起算基準(zhǔn)，布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)，并對(duì)核心筒及電梯井的剪力墻均勻采集碎步點(diǎn)。最后將外業(yè)采集數(shù)據(jù)匯總整理，得出監(jiān)測(cè)成果。

1. 基準(zhǔn)控制網(wǎng)

基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)是施工監(jiān)測(cè)的根本基準(zhǔn)，平面控制網(wǎng)的精度將直接影響首層施工控制網(wǎng)的精度和監(jiān)測(cè)成果的可靠性。平面控制網(wǎng)點(diǎn)位的選擇，需要綜合考慮GPS觀(guān)測(cè)條件、圖形條件、通視條件及后續(xù)應(yīng)用等因素，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)勘查，最終基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)由均勻分布在東塔附近的4個(gè)點(diǎn)組成，分別為廣州新圖書(shū)館樓頂東側(cè)、天鑾廣場(chǎng)A4-A5棟樓頂、朱美拉公寓C座樓頂、高德置地夏座樓頂，如圖1所示，JC01—JC04分別表示4個(gè)控制點(diǎn)。本次平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)采用天寶R8型接收機(jī)，在選取的控制點(diǎn)上按照GPS一級(jí)網(wǎng)的要求進(jìn)行觀(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)要求見(jiàn)表1。

圖1　基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)示意圖

項(xiàng)目要求接收機(jī)類(lèi)型TrimbleR8觀(guān)測(cè)量載波相位接收機(jī)標(biāo)稱(chēng)精度5mm+1×10-6D衛(wèi)星高度角≥15°有效觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥4數(shù)據(jù)采樣間隔/s5點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子(PDOP)≤6

在基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，需在靠近東塔所在地增設(shè)首級(jí)施工控制網(wǎng)，作為施工監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)。首級(jí)施工控制網(wǎng)點(diǎn)毗鄰施工區(qū)域，點(diǎn)位之間的兼容性及穩(wěn)定性容易發(fā)生變化，需要利用穩(wěn)定的外圍基準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證施工測(cè)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一。根據(jù)實(shí)際地形綜合考慮后，在高德置地、廣州圖書(shū)館、利雅灣樓頂各設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，如圖2所示，外業(yè)觀(guān)測(cè)要求與基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)相同。基準(zhǔn)平面控制網(wǎng)和觀(guān)測(cè)首級(jí)施工網(wǎng)布設(shè)完成后，需定期進(jìn)行維護(hù)，第一年每3個(gè)月維護(hù)1次，其后每6個(gè)月維護(hù)1次，根據(jù)各期坐標(biāo)差異、邊長(zhǎng)差異、角度差異分析控制網(wǎng)的穩(wěn)定性及兼容性。

圖2　首級(jí)施工控制網(wǎng)示意圖

2. 坐標(biāo)基準(zhǔn)傳遞

核心筒及電梯井偏差監(jiān)測(cè)需將測(cè)量基準(zhǔn)引至建筑物具體樓層，便于下一步的導(dǎo)線(xiàn)及碎步測(cè)量。若采用GPS靜態(tài)聯(lián)測(cè)的方式，將坐標(biāo)基準(zhǔn)引至每一樓層上，對(duì)于超高層建筑來(lái)講過(guò)于耗時(shí)耗力?？紤]到精度要求和可操作性，東塔施工監(jiān)測(cè)要求每隔50 m左右，采用激光投點(diǎn)的方式獲取樓層平面起算點(diǎn)坐標(biāo)，此樓層稱(chēng)為轉(zhuǎn)換層。沒(méi)有直接起算點(diǎn)坐標(biāo)的樓層，將采用最近轉(zhuǎn)換層的基準(zhǔn)點(diǎn)位置，繼續(xù)用激光投點(diǎn)的方法將起算基準(zhǔn)傳遞至相應(yīng)樓層。具體操作方法為：采用標(biāo)稱(chēng)精度為1/200 000的激光垂準(zhǔn)儀分4次投射，每次投射時(shí)將垂準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)90°，取4個(gè)激光點(diǎn)的幾何中心為最終投射的點(diǎn)位位置。

施工監(jiān)測(cè)時(shí)，由于非轉(zhuǎn)換層的坐標(biāo)基準(zhǔn)需要使用轉(zhuǎn)換層基準(zhǔn)進(jìn)行激光投射獲取，故需對(duì)轉(zhuǎn)換層樓層起算點(diǎn)成果作內(nèi)、外符合性檢測(cè)，確保成果的準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)換層起算點(diǎn)位外符合性的檢測(cè)測(cè)方法為：將控制點(diǎn)投遞至樓層鋼平臺(tái)，在鋼平臺(tái)標(biāo)識(shí)處架設(shè)GPS接收機(jī)，與塔體外圍基準(zhǔn)控制點(diǎn)JC01、JC02、JC03、JC04進(jìn)行聯(lián)測(cè)。由于鋼平臺(tái)施工環(huán)境復(fù)雜，為了提高觀(guān)測(cè)的精度，可選擇合適觀(guān)測(cè)時(shí)段和增加觀(guān)測(cè)時(shí)間，觀(guān)測(cè)要求見(jiàn)表1。其內(nèi)符合性檢測(cè)方法為：在轉(zhuǎn)換層控制點(diǎn)之間，利用高精度全站儀測(cè)量各點(diǎn)之間的距離及角度，并與建筑物首層相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)間邊長(zhǎng)和角度相比較。若檢測(cè)結(jié)果為內(nèi)外符合性誤差在容許范圍內(nèi)，則可使用轉(zhuǎn)換層起算點(diǎn)作激光投射，傳遞坐標(biāo)基準(zhǔn)，并進(jìn)行下一步導(dǎo)線(xiàn)和碎步測(cè)量；若誤差超限，則需重新使用激光投點(diǎn)獲取起算點(diǎn)位置。

當(dāng)塔體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，最終投射的點(diǎn)位誤差只與原始點(diǎn)位誤差和激光投射引起的誤差相關(guān)。實(shí)際情況下，當(dāng)塔體受到風(fēng)力、地球自轉(zhuǎn)、日照等外界因素影響時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)態(tài)偏擺，此時(shí)激光投射的點(diǎn)位誤差還與塔體的振幅相關(guān)，當(dāng)振幅超過(guò)一定程度時(shí)，需要對(duì)投射點(diǎn)位進(jìn)行修正。塔體動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)采用數(shù)字CCD和傾斜傳感器24 h動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，兩種方法相互論證，相互檢核，并利用檢核后的成果對(duì)塔體的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行改正，降低外界因素對(duì)投點(diǎn)精度的影響。

3. 偏差測(cè)量

廣州東塔采用的是多電梯系統(tǒng)，即由地面始發(fā)站至局部區(qū)域中轉(zhuǎn)站，乘客到達(dá)中轉(zhuǎn)站后再換乘區(qū)間電梯到達(dá)不同的樓層。因此，不同樓層需進(jìn)行監(jiān)測(cè)的電梯井位置并不一致。施工監(jiān)測(cè)中，要根據(jù)不同樓層電梯井的具體情況，對(duì)相應(yīng)的剪力墻進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

選擇最近的轉(zhuǎn)換層控制點(diǎn)，將點(diǎn)位投射至所測(cè)樓層后，將投射點(diǎn)作為起算點(diǎn)，使用徠卡TCA2003全站儀(標(biāo)稱(chēng)精度為0.5″，1 mm+1×10-6D)，按照一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的觀(guān)測(cè)要求布設(shè)導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)。另外，在布設(shè)干線(xiàn)的基礎(chǔ)上，為測(cè)量部分電梯井，可以適當(dāng)增設(shè)支導(dǎo)線(xiàn)，如圖3所示。

根據(jù)所測(cè)樓層電梯井位置，在相應(yīng)剪力墻上均勻布設(shè)碎步點(diǎn)，圖4中所示部分核心筒內(nèi)符號(hào)代表電梯，圓圈部分表示碎步點(diǎn)。由于監(jiān)測(cè)過(guò)程中部分電梯井已關(guān)閉，無(wú)法實(shí)測(cè)相應(yīng)核心筒內(nèi)剪力墻，在檢測(cè)報(bào)告中應(yīng)予以說(shuō)明。

圖3　導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)示意圖

圖4　電梯井內(nèi)碎步點(diǎn)示意圖

由于風(fēng)力等外界因素和施工誤差的影響，塔體核心筒豎直軸線(xiàn)會(huì)在某種程度上偏差垂直方向。樓層高度不同，中心點(diǎn)偏離豎直軸線(xiàn)的距離也并不一致，如圖5所示，H表示樓層標(biāo)高，Sj表示樓層豎直軸線(xiàn)與設(shè)計(jì)軸線(xiàn)間的偏差，垂直度則為后者與前者的比值，即角度a的正切值。為了確保施工過(guò)程的準(zhǔn)確性和建筑物的安全使用，需對(duì)塔體豎直軸線(xiàn)偏差大小及偏差角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體做法為：在布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的基礎(chǔ)上，在核心筒四周的剪力墻上均勻采集碎步點(diǎn)，通過(guò)采集的碎部點(diǎn)坐標(biāo)擬合出實(shí)際剪力墻邊線(xiàn)，求出4個(gè)角點(diǎn)，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。

4. 數(shù)據(jù)處理

(1) 導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)平差及電梯井偏差計(jì)算

以轉(zhuǎn)換層已知點(diǎn)或非轉(zhuǎn)換層的投射點(diǎn)作為所測(cè)樓層的起算點(diǎn)，按照城市一級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的要求進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)平差計(jì)算?？刂凭W(wǎng)平差采用南方平差易軟件，若角度閉合差、全長(zhǎng)相對(duì)閉合差等符合表2規(guī)定則保存結(jié)果；若某項(xiàng)指標(biāo)未達(dá)到，則需仔細(xì)檢查原始數(shù)據(jù)，必要時(shí)外業(yè)返工，直至平差結(jié)果通過(guò)?？刂茰y(cè)量數(shù)據(jù)處理結(jié)束之后，采用筆者所開(kāi)發(fā)軟件計(jì)算碎步點(diǎn)坐標(biāo)，軟件界面如圖6所示。

圖5　垂直度示意圖

分類(lèi)上限值測(cè)距中誤差/mm15測(cè)角中誤差/(″)5導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差1/15000方位角閉合差10n

圖6　碎步計(jì)算軟件界面

將碎步點(diǎn)成果展至CAD設(shè)計(jì)圖上，如圖4所示，通過(guò)碎步點(diǎn)和相應(yīng)剪力墻的垂線(xiàn)距離反映墻體的偏移程度，以此判斷電梯井的施工偏差，并為電梯的安裝提供參考依據(jù)。

(2) 核心筒垂直度偏差計(jì)算

核心筒偏差大小是通過(guò)剪力墻4個(gè)角點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)和實(shí)測(cè)坐標(biāo)之差予以反映的。在核心筒4個(gè)方向的剪力墻上均勻布設(shè)碎步點(diǎn)。根據(jù)采集的碎步點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)核心筒4條邊分別擬合，如圖4所示延長(zhǎng)擬合直線(xiàn)相交可以求出4個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)(如圖7所示)，把4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)的4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)相比較，按靜力矩法計(jì)算該層(如第j層)實(shí)測(cè)中心與設(shè)計(jì)中心的坐標(biāo)偏差Δxj、Δyj和偏心差Sj，計(jì)算公式如下

式中，dxi、dyi為第j層第i點(diǎn)的檢測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)之差。進(jìn)一步可計(jì)算第j層的總垂直度Kj

式中，Hj為j層相對(duì)于地面的總高度。

圖7　垂直度偏差求取示意圖

5. 結(jié)果分析

采用如上所述的監(jiān)測(cè)方案，廣州東塔各層核心筒垂直度偏差成果如圖8所示，圖中縱軸表示東塔各樓層標(biāo)高，橫軸表示各樓層垂直偏差，即各樓層實(shí)測(cè)中心與設(shè)計(jì)中心的偏差絕對(duì)值。參照《高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《建筑變形測(cè)量規(guī)范》和《工程測(cè)量規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求，工程主體軸線(xiàn)總體偏差不得超過(guò)H/1000且應(yīng)小于30 mm。由圖8可以看出，各樓層核心筒垂直度符合規(guī)范要求，從數(shù)據(jù)上證實(shí)了方案的可行性。

三、結(jié)束語(yǔ)

超高層建筑的施工監(jiān)測(cè)，對(duì)成果的精度指標(biāo)及可靠性提出了很高的要求。本文基于廣州東塔監(jiān)測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn)，從基準(zhǔn)控制網(wǎng)和首級(jí)施工控制網(wǎng)的建立、坐標(biāo)基準(zhǔn)的傳遞、偏差測(cè)量和數(shù)據(jù)處理4個(gè)方面，制定了一套嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)方案，并結(jié)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)了方案的可行性，為超高層建筑電梯安裝、裝修施工提供了參考依據(jù)，對(duì)類(lèi)似工程具有良好的借鑒作用。

圖8　垂線(xiàn)偏差統(tǒng)計(jì)

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中圖分類(lèi)號(hào)：P258

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)03-0083-04

作者簡(jiǎn)介：段鵬(1980—)，男，碩士，研究方向主要包括城市測(cè)量、工程項(xiàng)目管理等。E-mail：includess@126.com

收稿日期：2015-04-13

引文格式： 段鵬，彭浩. 超高層建筑核心筒及電梯井偏差監(jiān)測(cè)方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(3)：83-86.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0093.