超高層鋼結構施工測量監(jiān)理技術

1、。妥雨聶系菱iqll 。毽叁墾莖理2009年第7期(總第121期)超高層鋼結構施工測量監(jiān)理技術 崔楠(上海市建設工程監(jiān)理有限公司， 上海200072)摘要：以上海環(huán)球金融中心工程為實例，從控制工程質量的角度，介紹了超高層鋼結構施工中的工程測量監(jiān)理技 術。關鍵詞：超高層鋼結構施工；施工測量監(jiān)理；測量控制中圖分類號：tu712 文獻標識碼：b 文章編號：10074104(2009)070085031工程概況 上海環(huán)球金融中心工程地下3層，地上l01層，高度為492 1t1，為目前國內第一高樓。因此，工程測量監(jiān)理是工程質量控制的重要環(huán)節(jié)，而測量成果是否可靠將直接影響工程質量。 本工程監(jiān)理測量控制難點

2、如下： (1)首級測量控制網的穩(wěn)定可靠性控制； (2)隨樓層的逐漸增高、簡體的收斂，主樓在超高處受到風、溫差(高空與地面溫差可達4、瞬時風速達20 ms)、現(xiàn)場施工(塔吊運轉)等各方面的影響逐漸增大，而現(xiàn)有的儀器設備又不能一次投遞且保證精度； (3)由于鋼結構施測作業(yè)環(huán)境比較特殊，需配備專用卡具夾具，安裝精度要求又高；特別是頂部tot結構測量無固定作業(yè)面，附近高強螺栓施工、測量校正、鋼構件吊裝及早晚溫差影響等對測量控制點的影響較大，所以需定時對測站點位進行校核； (4)鋼結構構件截面大、板材厚、重量重、立焊和斜立焊焊口多，焊接的橫向收縮直接導致鋼柱的軸線和垂直度產生較大偏差，為了保證復雜的結構

3、施工，最終滿足規(guī)范要求，監(jiān)理必須干預施工測量的預控制。2測量控制網的建立和傳遞技術要點 本工程主樓平面尺寸隨著樓層的增加而減少。外型從中部西北一東南向開始向內收縮，由最初的57600 mmx57600 mm逐縮至最終的4371 mmx73339 mm東北一西南頂部結構桁架。并且內部在5760層、7879層以及90層有重大的結構收斂變形。因此，在控制點位置確定時監(jiān)理必須充分考慮上部結構以及本身結構變形等情況。21控制網的布設 本工程士0o0以下部分采用外控法進行測量，利用基坑外的平面控制點進行測量控制，士0o0以上部分采用內控法進行測量。為保證測量控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性，更好地對主樓進行垂直度、平面位

4、置(位移、扭曲等變形)控制，也考慮施工作業(yè)的方便、快捷以及現(xiàn)場施工的需要，工程施工采用的建筑坐標系原點設在大地坐標系下x l7、y l軸線交點為原點，則在該建筑坐標系中主樓處在第一象限，測量數(shù)據(jù)無負值便于后續(xù)施工計算。 當首層(i0000 iti)樓板澆注完畢，混凝土達到一定強度后，根據(jù)業(yè)主提供的g l、g 2點做一閉合導線，將控制點引測至主樓內便于做內控制點處。由于超高層項目施工工藝的特殊性，在上部主體結構施工到一定階段，下部玻璃幕墻等裝飾工程便開始介入施工。為使所布設的控制網能夠上下兼顧，本著控制點的傳遞不受到下部裝飾施工的影響，控制點位置便于塔樓整體垂直度控制的原則，本工程采用內外筒雙層

5、控制系統(tǒng)。22內控制點的傳遞 投點誤差主要有三個方面構成：儀器對中誤差、儀器本身精度、引投點定位誤差，其中儀器本身精度為主要因素。結合工程特點和測量儀器本身的性能，監(jiān)理應注重儀器的選用，本工程所用的蘇州一光激光垂準儀其精度為145000?？刂泣c的投遞必須選擇天氣狀況良好、現(xiàn)場施工器械對結構影響相對較小的時間段內，由經過嚴格技術交底和培訓的專業(yè)測量人員進行點位傳遞，有效地保證了投遞精度。 隨著樓層的逐漸增高、簡體的收斂，塔樓在超高處受客觀條件等各方面的影響逐漸增大，監(jiān)理要求施 pr0ect management篷設鐾鋸2009-g-第7期(總第121期)f 一一萎甬覆泵菱孺工測量控制網的傳遞在4

6、00 111以下為每l015層傳遞一次，400 m以上為每5層傳遞一次，以確保在投點過程中激光點位軌跡移動較小。投點完畢后，需進行控制網聯(lián)測，當閉合差超差時，重新進行投遞。 主樓結構隨著樓層的增高向d 2軸收斂轉換，結構形式發(fā)生改變，原有位置的測量控制點已不能滿足現(xiàn)場施工需要，測量控制網必須針對結構的收斂進行相應的位置轉變。 3鋼結構安裝的測量控制 監(jiān)理嚴格按“先內筒后外圍”的順序、“先標高，后位移，最后垂偏”的方法進行鋼結構安裝校正工作，調整校正過程中加強對相鄰鋼柱的觀測，增加整體觀測的次數(shù)，提高整體控制測量精度。31鋼柱標高調校311 柱基標高調整 首層柱安裝時，可在柱底板下地腳螺栓上加一

7、個調整螺母，其標高調整到與柱底板標高齊平，利用底板下螺母控制柱子的標高。此法需注意地腳螺栓的強度和剛度是否滿足要求。另一種方法是在基礎頂柱底位置事先安放墊塊，頂標高略低于柱底標高，柱安裝完通過楔形鋼墊塊調整柱底標高。312 柱頂標高調整 一是按相對標高安裝，另一種是按設計標高安裝(通常按相對標高安裝)。鋼柱吊裝就位后，用大六角高強度螺栓固定連接上下耳板，通過起重機起吊、撬棍微調柱間隙、量取上下柱頂預先標定的標高值，符合要求后打入鋼楔，點焊限制鋼柱下落，考慮到焊縫收縮、壓縮變形，標高偏差調整至3 illtl以內，柱子安裝后在柱頂安置水平儀測相對標高，取較為合理值為零，將標高測量結果與下節(jié)柱預檢長

8、度對比進行綜合處理，柱頂相對標高差超過5 mm需作調整。應注意一次調整標高不宜過大，否則會帶來其它構件節(jié)點安裝難度。32位移調整 鋼柱對接時鋼柱的中心線應盡量對齊，錯邊量應符合要求。應盡量做到上下柱十字線重合，如有偏差，應在柱與柱的連接耳板的不同側面夾入墊板(墊板厚度o510 mm)，擰緊大六角高強度螺栓，鋼柱的位移偏差每次調整量在3 iilltl以內，若偏差過大可分23次調整。 監(jiān)理應注意每節(jié)鋼柱的定位軸線不允許使用下面一節(jié)鋼柱子的定位軸線，必須從地面控制線或階段傳遞層控制線引到高處。33垂直度校正 在鋼柱偏斜一側打入鋼楔或用頂升千斤頂支頂。垂直度測量采用兩臺經緯儀(配合彎管目鏡)在鋼柱兩個

9、互相垂直的方向同時進行跟蹤觀測控制。鋼柱在自由狀態(tài)校正時，垂直度偏差應校正到0，單節(jié)柱的垂直度偏差i-11000且牛l00 illltl，在監(jiān)測時應預留焊接變形值以防焊后超標，每節(jié)柱所有節(jié)點焊接完畢后復測構件的安裝偏差值。監(jiān)理要對由安裝誤差、焊接變形、日照溫度、鋼結構彈性等因素引起的誤差值，通過總結積累的經驗提出預留垂偏值。34鋼梁的水平度校正 同一根梁兩端的水平度，允許偏差(l1000+3 mm)(l為梁長)，且不大于10 mm。鋼梁安裝時監(jiān)理還應注意鋼柱垂直度的變化以及鋼梁水平度超標的主要原因并提前采取措施。鋼梁水平度超標的主要原因是連接板位置或螺孔位置有誤差，可采取更換連接板或塞焊孔重新

10、制孔進行處理。35垂直度跟蹤觀測 鋼梁和鋼柱焊接過程中，采用經緯儀對鋼柱的垂直度隨時進行跟蹤觀測，保證鋼結構安裝的各項控制指標處于受控狀態(tài)。鋼柱高度范圍內的全部構件，經監(jiān)理測量驗收合格后，進行測放平面位置的控制軸線和高程控制的標高線。36統(tǒng)一計量尺度 同一工程項目應設3把“基準尺”，制造單位、安裝單位和監(jiān)理單位各執(zhí)1把。這3把尺必須是經同一部門檢定矯正并經三方認可的長度計量標準用尺。在構件加工、安裝和驗收過程中，各單位實際使用的尺子都應跟各自所持的“基準尺”進行比對并經溫度尺長的修正。監(jiān)理要對“基準尺”妥善保存，不應在實際施測時使用，以便對各單位檢查。4焊接對測量控制的影響 每次安裝校正完畢，

11、高強度螺栓安裝施工后，測量人員應對鋼柱垂直度重新進行測量，提供實際的偏差數(shù)值，然后由質量部門按實際數(shù)值編制焊接順序，對一些部位預留焊接收縮量。監(jiān)理要對預留焊接收縮量進行預控制。5超高層鋼結構施工測量的問題分析及建議5，1 專業(yè)測量對超高層鋼結構施工測控技術的研究有待深入 超高層鋼結構施工測控技術是一門邊緣學科，它以測量技術為基礎，綜合考慮到機械加工技術、焊接技術以及結構施工技術等相關專業(yè)知識。從現(xiàn)行的有關規(guī)范規(guī)程來看，現(xiàn)階段對超高層鋼結構施工精度的要求是各專業(yè)提出來的，專業(yè)測量的相關規(guī)定有些滯后。筆者認為超高層鋼結構施工測控技術應以測控的工藝程序為主線，結合各專業(yè)的要求進行專業(yè)化系統(tǒng)化的描述比

12、較合理。52關于精度傳遞時的遞減趨勢 鋼柱安裝的最終精度受到裝配、焊接等工序的影響，控制精度存在遞減的趨勢，因此對下一工序允許偏差的規(guī)定值不應超出其上道工序的要求。在鋼結構工程施工及驗收規(guī)范和高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程中規(guī)定了高層鋼結構定位軸線的允許偏差為 l20000且3omm(l為定位軸線的邊長)，鋼柱定位軸線的允許偏差為l0 mm，后者要求高于前者，這明顯不合理。筆者建議如將鋼柱定位軸線的允許偏差相對于鋼結構定位軸線的允許偏差而定，并不是絕對偏差，在操作中才有實際意義。53關于豎向投點的誤差 關于豎向投點精度，在工程測量規(guī)范中規(guī)定：金屬結構建筑物高度在100120 m時，豎向傳遞軸線點中

13、誤差為40 mltl。此規(guī)定已經不再適用。由于每節(jié)柱定位軸線都從地面控制軸線引測，因此超高層鋼結構整體垂直度的偏差與控制點的投測偏差存在著一定關系。投點偏差主要是受儀器本身的精度影響，目前國內外的儀器發(fā)展水平很不平衡。例如wild zl天頂準直儀的誤差為1200000，巾一91建設激光鉛直儀精度為110000?，F(xiàn)行規(guī)范對主體結構整體垂直度允許偏差規(guī)定為(h2000)+10且50 ilnl，對高精度的投點儀器而言，該規(guī)定要求過松。在超高層鋼結構安裝時，不得使用低精度儀器。54關于鋼柱安裝的標高控制 建筑物高度可按相對標高控制，也可按設計標高控制。按相對標高安裝有許多明顯的優(yōu)點，也給施工帶來了方便

14、。在鋼結構工程施工及驗收規(guī)范和高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程中，對于按相對標高安裝的規(guī)定不盡相同。筆者認為標高的允許偏差采用鋼結構工程施工及驗收規(guī)范中的規(guī)定較為合理。理由在于：盡管柱接頭焊接時可通過調整間隙來預留焊縫的收縮量，但預留量是經驗值，并不能完全消除焊縫的收縮量；對于設計上采用磨平抵緊的接頭形式，焊縫的收縮量是無法預留的；同一安裝節(jié)中并不是所有鋼柱的壁厚都是一樣的，不同的壁厚鋼柱收縮量不同；焊縫的返修也會造成焊縫的二次收縮。55關于鋼柱的扭轉 鋼柱的扭轉偏差是在鋼柱的制造與安裝過程中產生的。在鋼柱安裝時必須考慮到扭轉方能正確地判斷鋼柱的垂直度。如圖i所示，在x方向，鋼柱一側偏軸線值為a，對

15、側偏軸線值為b，實際鋼柱垂直project management。萋甭磊采菱磊 一一蓮設銎理2009年第7期(總第121期度偏差應該為(a十b)2，鋼柱扭轉偏差為(ab)2。在y方向，鋼柱的實際垂直度偏差應是c值扣除鋼柱扭轉值。圖1鋼柱扭轉偏差 鋼柱制造過程中形成的扭轉誤差，應在工廠予以測量并標明，以方便現(xiàn)場安裝。 對于鋼柱的扭轉控制，最大的難點是制造允許偏差大于安裝允許偏差。在鋼結構工程施工及驗收規(guī)范和高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程中規(guī)定，鋼柱制造時柱身扭曲的允許偏差為11250(或6tl1000)且牛50 1-13in。而鋼柱在安裝時扭曲偏差是通過上下柱扭轉來調整的，調整量不超過300 1tl

16、in。若同一柱位的各節(jié)柱，總是向同一方向產生近50 nlltl的系統(tǒng)誤差，但安裝時上下柱連接處的扭轉調整量規(guī)定不能超過30 113133，則3節(jié)柱以后，鋼柱的安裝扭轉偏差會超過50 1tlrn，甚至超過10 111113。56關于鋼柱的垂直度 鋼柱安裝時的垂直度要求有兩種：單節(jié)柱垂直度要求和總體垂直度要求。在高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程中，要求鋼柱初校時垂直偏差應達到0000，到底是相對哪一種情況而言并不明確。筆者認為應在滿足單節(jié)柱垂直度偏差要求的情況下，使鋼柱偏離軸線的誤差校正到0。因為在采用對稱安裝的前提下，鋼梁安裝的難易程度受到裝配尺寸的限制，而裝配尺寸是與軸線網比較接近?？梢约僭O若某節(jié)柱

17、的相鄰2根柱一個向左偏離軸線60 mm，另一個向右偏離軸線60 mm，這兩根柱都是符合規(guī)范要求的。若其上節(jié)柱按單節(jié)柱鉛垂偏差為0的要求來初校，則上面兩柱之間的距離誤差為l20 mm，而鋼梁的制造尺寸允許偏差一般不超出50 mltl，鋼梁螺孔對位就很困難。如果按柱頭偏軸線的偏差為0來初校鋼柱就給鋼梁就位帶來便利。 對于超高層鋼結構整體垂直度的評價方法，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程中并不明確，只是規(guī)定允許偏差h2500+10且500 rnin。超高層鋼結構中有許多根鋼柱，如果只是以某一根柱的最大偏差來衡量結構的整體垂直度，不太合理。筆者認為應該運用數(shù)理統(tǒng)計手段，對所有鋼柱綜合考慮，并對同一柱位的各節(jié)柱總體最大偏移進行限制。57溫度的影響 溫度對鋼結構安裝的影響是明顯的，并且較復雜。一般超高層鋼結構安裝工程都要經歷夏季到冬季的溫