核心筒與外框鋼結(jié)構(gòu)銜接精度控制技術(shù)

孟令明，付效鐸，張寶云，呂庚

（中建八局第三建設(shè)有限公司北京分公司，北京 100089）

目前，鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)施工測(cè)量的主要方法是將核心筒和外框鋼作為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行測(cè)量控制，采用內(nèi)控法，利用塔樓的控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)核心筒的內(nèi)控；采用外控法在已安裝完畢后的鋼柱上架設(shè)經(jīng)緯儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)外框架鋼結(jié)構(gòu)的控制；即使兩者的平面及標(biāo)高測(cè)量控制使用同一個(gè)基準(zhǔn)控制網(wǎng)，仍然無法避免測(cè)量誤差的累積[1]，給核心筒結(jié)構(gòu)和外框鋼結(jié)構(gòu)的銜接帶來很大困難。用于核心筒與外框鋼柱銜接的連系鋼梁往往過長或者過短，這一問題出現(xiàn)的根本原因是在對(duì)核心筒結(jié)構(gòu)與外框鋼結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行測(cè)量控制時(shí)錯(cuò)誤的使用了兩個(gè)控制體系，而兩個(gè)控制體系之間不可避免的會(huì)存在誤差，導(dǎo)致后序鋼結(jié)構(gòu)施工精度無法控制。

魏公村小區(qū)棚戶區(qū)改造項(xiàng)目為雙子塔辦公樓，包括地下4層、地上17層，鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)，本文針對(duì)鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，詳細(xì)闡述如何建立一個(gè)外框鋼結(jié)構(gòu)與核心筒結(jié)構(gòu)同時(shí)使用且相匹配的控制體系，同時(shí)介紹使用該控制體系對(duì)施工測(cè)量中鋼梁預(yù)埋件安裝、外框鋼柱定位、牛腿中心線控制以及鋼梁連接板安裝等環(huán)節(jié)的控制方法。

1 建立控制體系

1.1 一級(jí)場(chǎng)區(qū)平面控制網(wǎng)

對(duì)測(cè)量成果報(bào)告已知坐標(biāo)及高程進(jìn)行校核，精度滿足規(guī)范要求后，使用全站儀采用附合導(dǎo)線測(cè)量的方式在施工現(xiàn)場(chǎng)四周布置6個(gè)高精度的控制點(diǎn)（其中CK1、CK6為成果報(bào)告已知點(diǎn)），形成一個(gè)附合導(dǎo)線，即首級(jí)場(chǎng)區(qū)平面控制網(wǎng)。見圖1。

圖1 一級(jí)場(chǎng)區(qū)平面控制網(wǎng)

1.2 二級(jí)平面控制網(wǎng)

1.2.1 地下施工階段

計(jì)算出各軸線控制網(wǎng)點(diǎn)的理論坐標(biāo)值，在一級(jí)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上以CK3、CK4為測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)，使用全站儀，采用坐標(biāo)放樣的形式初步測(cè)設(shè)建筑物各軸線控制網(wǎng)點(diǎn)；然后根據(jù)極坐標(biāo)法和直角坐標(biāo)系的幾何條件，校核相關(guān)聯(lián)軸線的坐標(biāo)、邊長、夾角是否相對(duì)應(yīng)，經(jīng)平差后進(jìn)行歸化改正；再進(jìn)行復(fù)測(cè)、改正，直至滿足規(guī)范要求[2]。確定好各軸線控制網(wǎng)點(diǎn)后，用墨線彈出正交十字線，涂上紅油漆做好警示標(biāo)識(shí)，保護(hù)樁點(diǎn)不被破壞。見圖2。

圖2 地下施工階段二級(jí)軸線控制網(wǎng)布置

1.2.2 地上施工階段

結(jié)合工程特點(diǎn)，核心筒結(jié)構(gòu)先于外框鋼結(jié)構(gòu)施工，為保證與外框鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度控制相匹配，采用同一控制體系,利用塔樓核心筒的控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍框架鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)控。

1）以一級(jí)場(chǎng)區(qū)平面控制網(wǎng)為測(cè)設(shè)依據(jù)，采用內(nèi)控法在核心筒四周布設(shè)控制點(diǎn)，形成正交十字控制線，東塔、西塔分別設(shè)置4個(gè)內(nèi)控點(diǎn)，兩座塔樓內(nèi)控點(diǎn)間的平面坐標(biāo)位置也應(yīng)滿足一級(jí)控制網(wǎng)的精度要求，同時(shí)此處也可以與二級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，相互印證。

2）外框鋼結(jié)構(gòu)采用全站儀坐標(biāo)點(diǎn)放樣的形式進(jìn)行控制，點(diǎn)位應(yīng)布置在核心筒四周邊緣位置，控制核心筒的同時(shí)也能夠控制外圍所有的外框鋼柱，見圖3。

圖3 核心筒內(nèi)控點(diǎn)布置

3）內(nèi)控點(diǎn)分階段向上傳遞，利用激光垂準(zhǔn)儀發(fā)出鉛直激光束，進(jìn)行內(nèi)控點(diǎn)的豎向傳遞，在外框2節(jié)柱、5節(jié)柱、8節(jié)柱對(duì)應(yīng)樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。每層內(nèi)控點(diǎn)傳遞后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)閉合，確保精度滿足規(guī)范要求。

1.3 建筑物高程控制網(wǎng)

以場(chǎng)區(qū)高程控制基點(diǎn)為測(cè)設(shè)依據(jù)，按四等水準(zhǔn)測(cè)量精度，采用往返測(cè)量對(duì)成果進(jìn)行平差校正后，將±1.000 m標(biāo)高引測(cè)至首層核心筒四周管井中，以首層標(biāo)高控制點(diǎn)向上引測(cè)至6、12、16層同一位置處，標(biāo)識(shí)點(diǎn)位形成閉合環(huán)形建筑物高程控制網(wǎng)，東塔、西塔分別設(shè)置4個(gè)標(biāo)高控制點(diǎn)，以此高程控制網(wǎng)同時(shí)對(duì)核心筒結(jié)構(gòu)及外框鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)高控制。見圖4。

圖4 標(biāo)高控制點(diǎn)布置

2 鋼梁預(yù)埋件控制

2.1 預(yù)埋件平面位置控制

由于預(yù)埋件通常埋設(shè)于核心筒剪力墻四周，無法架設(shè)測(cè)量儀器對(duì)預(yù)埋件的位置進(jìn)行施測(cè)；此時(shí)可采用吊線墜法將本層控制軸線引測(cè)至模板等物體上并彈設(shè)定位墨線，作為預(yù)埋件的測(cè)量控制依據(jù)；使用水準(zhǔn)儀將核心筒內(nèi)標(biāo)高引測(cè)至核心筒外立面，作為預(yù)埋件標(biāo)高控制依據(jù)。

2.2 核心筒結(jié)構(gòu)剪力墻垂直度控制

剪力墻垂直度主要是控制鋼梁預(yù)埋件在豎直面上的偏差，此偏差直接影響預(yù)埋件與外框鋼柱之間的凈距，造成鋼梁過長或過短。為解決這一問題，核心筒的平面控制采用外控與內(nèi)控相結(jié)合的施測(cè)方法：內(nèi)控法利用激光鉛垂儀將軸線控制點(diǎn)向上傳遞，以控制核心筒內(nèi)部剪力墻的平面位置；外控法在核心筒角部下層剪力墻上用墨線測(cè)設(shè)一條鉛垂線（俗稱大角線），上部結(jié)構(gòu)支設(shè)模板時(shí)，以此為依據(jù)用線墜吊測(cè)核心筒外圍剪力墻垂直度是否滿足精度要求。

3 外框鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量

3.1 首節(jié)鋼柱安裝測(cè)量

首節(jié)鋼柱的安裝精度影響后續(xù)鋼柱的安裝質(zhì)量，本工程中首節(jié)鋼柱生根于地下一層，鋼柱之間沒有鋼梁連接，易造成鋼柱垂直度偏差較大；因此，首節(jié)鋼柱的安裝精度是地下部分鋼結(jié)構(gòu)測(cè)控的重點(diǎn)。

1）利用軸線控制網(wǎng)對(duì)地腳螺栓的埋設(shè)進(jìn)行定位放線，用經(jīng)緯儀將需要測(cè)設(shè)的軸線控制線投測(cè)至生根鋼柱附近，在地腳螺栓定位板上刻畫出一個(gè)正交與定位板中心的十字線，根據(jù)定位尺寸調(diào)整定位板位置。校測(cè)地腳螺栓平面位置滿足精度要求后，焊接固定。

2）混凝土澆筑完成后，在安裝鋼柱前對(duì)地腳螺栓標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)節(jié)螺母及墊片高度以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高值。

3）鋼柱就位后，用經(jīng)緯儀將軸線控制線投測(cè)至鋼柱附近，進(jìn)行細(xì)部放樣，即測(cè)設(shè)鋼柱邊線及500 mm控制線。

4）將2臺(tái)經(jīng)緯儀分別架設(shè)在不同方向鋼柱底部500 mm控制線上,將固定有磁石的塔尺水平吸附于鋼柱頂部，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)塔尺，利用千斤頂反復(fù)調(diào)整鋼骨柱位置，當(dāng)上下兩個(gè)塔尺讀數(shù)一致時(shí)，鋼柱垂直度及平面位置校正完畢。

5）鋼柱定位軸線允許偏差≤1 mm；柱腳底座中心線對(duì)應(yīng)定位軸線允許偏差≤5 mm；鋼柱起始基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高允許偏差≤+3 mm，-5 mm；單節(jié)柱軸線垂直度允許偏差應(yīng)滿足≤H/1 000（H為節(jié)柱高度）且絕對(duì)偏差≤±10 mm[3]。

3.2 地上外框鋼柱定位測(cè)量

1）建立模型，導(dǎo)出鋼柱關(guān)鍵點(diǎn)位置坐標(biāo)值，利用該坐標(biāo)值的三維特性控制鋼柱柱頂?shù)钠矫嫖恢眉皹?biāo)高。

2）利用激光垂準(zhǔn)儀發(fā)出鉛直激光束，將首層內(nèi)控基準(zhǔn)點(diǎn)豎向傳遞至待測(cè)鋼柱相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換層，校核內(nèi)控點(diǎn)間的角度和距離，精度滿足施測(cè)要求方可進(jìn)行鋼柱的定位放樣。

3）利用強(qiáng)力磁石將貼有反光標(biāo)靶的鐵片吸附在鋼骨柱對(duì)應(yīng)位置，將全站儀架設(shè)在內(nèi)控點(diǎn)上，輸入對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，對(duì)外框鋼柱上不同位置的反光標(biāo)靶進(jìn)行定位，當(dāng)測(cè)設(shè)坐標(biāo)值與設(shè)計(jì)坐標(biāo)值一致時(shí)，外框鋼柱定位完成。

4）外框鋼柱定位完成后應(yīng)對(duì)鋼柱垂直度進(jìn)行校正，可沿用首層鋼柱調(diào)校方法，上下兩個(gè)塔尺讀數(shù)的差值即為鋼柱一側(cè)的垂直度偏差，其值應(yīng)≤H/1 000且絕對(duì)偏差≤±10 mm[3]。

3.3 外框鋼柱牛腿控制

外框柱牛腿主要是控制牛腿中心線的偏差，此偏差主要體現(xiàn)在鋼梁安裝后，鋼梁中心線與牛腿中心線不在同一條直線上且牛腿和鋼梁之間會(huì)形成一個(gè)夾角，最終導(dǎo)致牛腿與鋼梁對(duì)邊錯(cuò)位、鋼梁整體不順直，影響鋼梁焊接質(zhì)量。為解決這一問題，避免外框柱牛腿中心線出現(xiàn)較大偏差，在外框鋼柱調(diào)校過程中同時(shí)對(duì)牛腿中心線進(jìn)行控制。利用核心筒內(nèi)控點(diǎn)，對(duì)鋼柱安裝過程中牛腿中心線的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

1）標(biāo)記出鋼柱牛腿中心線及鋼柱軸心外延控制線，形成一個(gè)特定的控制點(diǎn)位，利用強(qiáng)力磁石將反光標(biāo)靶吸附于此位置。

2）根據(jù)計(jì)算機(jī)模型以及鋼結(jié)構(gòu)深化圖，計(jì)算得出鋼柱牛腿中心線特定位置的相對(duì)坐標(biāo)[4]。

3）將全站儀架設(shè)在核心筒轉(zhuǎn)換層內(nèi)控點(diǎn)上，對(duì)外框鋼柱牛腿上不同方向的反光標(biāo)靶進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，當(dāng)測(cè)設(shè)坐標(biāo)值與設(shè)計(jì)坐標(biāo)值一致時(shí)，外框鋼柱牛腿中心線定位完成[5]。

3.4 鋼梁連接板安裝控制

采用連接板栓接連系鋼梁與核心筒。

1）利用建筑物高程控制網(wǎng)將標(biāo)高引測(cè)至首層核心筒剪力墻上；以此標(biāo)高控制點(diǎn)向上引測(cè)作為連系鋼梁水平方向控制依據(jù)，同時(shí)也是外框鋼柱和核心筒標(biāo)高控制豎向傳遞的控制依據(jù)。

2）將經(jīng)緯儀架設(shè)在由內(nèi)控點(diǎn)測(cè)設(shè)的控制軸線上；然后將此控制軸線反映到核心筒剪力墻上，以此作為連系鋼梁豎向控制的依據(jù)。

3）依據(jù)標(biāo)高控制點(diǎn)和豎向控制軸線在預(yù)埋件上放線，以此作為連系鋼梁連接板焊接位置的控制依據(jù)。

4）鋼梁臨時(shí)固定后，復(fù)核鋼梁兩端標(biāo)高誤差。同跨間內(nèi)同一橫截面梁頂面高差允許偏差，支座處應(yīng)滿足L/1 000（L為跨間距）且≤10 mm[3]。

4 結(jié)語

將核心筒結(jié)構(gòu)控制體系的建立作為重點(diǎn)，包括點(diǎn)位的選擇、布設(shè)形式，在滿足核心筒結(jié)構(gòu)控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍鋼結(jié)構(gòu)的控制，保證了核心筒的施工精度與外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝精度相匹配。本項(xiàng)目的實(shí)踐表明，該技術(shù)不僅提高了鋼結(jié)構(gòu)安裝精度，而且提高了鋼結(jié)構(gòu)安裝效率。