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1、。妥雨聂系菱iqlL 。毽叁垦茎理2009年第7期(总第121期)超高层钢结构施工测量监理技术 崔楠(上海市建设工程监理有限公司， 上海200072)摘要：以上海环球金融中心工程为实例，从控制工程质量的角度，介绍了超高层钢结构施工中的工程测量监理技 术。关键词：超高层钢结构施工；施工测量监理；测量控制中图分类号：TU712 文献标识码：B 文章编号：10074104(2009)070085031工程概况 上海环球金融中心工程地下3层，地上l01层，高度为492 1T1，为目前国内第一高楼。因此，工程测量监理是工程质量控制的重要环节，而测量成果是否可靠将直接影响工程质量。 本工程监理测量控制难点
2、如下： (1)首级测量控制网的稳定可靠性控制； (2)随楼层的逐渐增高、简体的收敛，主楼在超高处受到风、温差(高空与地面温差可达4、瞬时风速达20 ms)、现场施工(塔吊运转)等各方面的影响逐渐增大，而现有的仪器设备又不能一次投递且保证精度； (3)由于钢结构施测作业环境比较特殊，需配备专用卡具夹具，安装精度要求又高；特别是顶部TOT结构测量无固定作业面，附近高强螺栓施工、测量校正、钢构件吊装及早晚温差影响等对测量控制点的影响较大，所以需定时对测站点位进行校核； (4)钢结构构件截面大、板材厚、重量重、立焊和斜立焊焊口多，焊接的横向收缩直接导致钢柱的轴线和垂直度产生较大偏差，为了保证复杂的结构
3、施工，最终满足规范要求，监理必须干预施工测量的预控制。2测量控制网的建立和传递技术要点 本工程主楼平面尺寸随着楼层的增加而减少。外型从中部西北一东南向开始向内收缩，由最初的57600 mmx57600 mm逐缩至最终的4371 mmx73339 mm东北一西南顶部结构桁架。并且内部在5760层、7879层以及90层有重大的结构收敛变形。因此，在控制点位置确定时监理必须充分考虑上部结构以及本身结构变形等情况。21控制网的布设 本工程士0o0以下部分采用外控法进行测量，利用基坑外的平面控制点进行测量控制，士0O0以上部分采用内控法进行测量。为保证测量控制系统的统一性，更好地对主楼进行垂直度、平面位
4、置(位移、扭曲等变形)控制，也考虑施工作业的方便、快捷以及现场施工的需要，工程施工采用的建筑坐标系原点设在大地坐标系下x l7、Y l轴线交点为原点，则在该建筑坐标系中主楼处在第一象限，测量数据无负值便于后续施工计算。 当首层(i0000 ITI)楼板浇注完毕，混凝土达到一定强度后，根据业主提供的G l、G 2点做一闭合导线，将控制点引测至主楼内便于做内控制点处。由于超高层项目施工工艺的特殊性，在上部主体结构施工到一定阶段，下部玻璃幕墙等装饰工程便开始介入施工。为使所布设的控制网能够上下兼顾，本着控制点的传递不受到下部装饰施工的影响，控制点位置便于塔楼整体垂直度控制的原则，本工程采用内外筒双层
5、控制系统。22内控制点的传递 投点误差主要有三个方面构成：仪器对中误差、仪器本身精度、引投点定位误差，其中仪器本身精度为主要因素。结合工程特点和测量仪器本身的性能，监理应注重仪器的选用，本工程所用的苏州一光激光垂准仪其精度为145000。控制点的投递必须选择天气状况良好、现场施工器械对结构影响相对较小的时间段内，由经过严格技术交底和培训的专业测量人员进行点位传递，有效地保证了投递精度。 随着楼层的逐渐增高、简体的收敛，塔楼在超高处受客观条件等各方面的影响逐渐增大，监理要求施 Pr0ect Management篷设鐾锯2009-g-第7期(总第121期)f 一一萎甬覆泵菱孺工测量控制网的传递在4
6、00 111以下为每l015层传递一次，400 m以上为每5层传递一次，以确保在投点过程中激光点位轨迹移动较小。投点完毕后，需进行控制网联测，当闭合差超差时，重新进行投递。 主楼结构随着楼层的增高向D 2轴收敛转换，结构形式发生改变，原有位置的测量控制点已不能满足现场施工需要，测量控制网必须针对结构的收敛进行相应的位置转变。 3钢结构安装的测量控制 监理严格按“先内筒后外围”的顺序、“先标高，后位移，最后垂偏”的方法进行钢结构安装校正工作，调整校正过程中加强对相邻钢柱的观测，增加整体观测的次数，提高整体控制测量精度。31钢柱标高调校311 柱基标高调整 首层柱安装时，可在柱底板下地脚螺栓上加一
7、个调整螺母，其标高调整到与柱底板标高齐平，利用底板下螺母控制柱子的标高。此法需注意地脚螺栓的强度和刚度是否满足要求。另一种方法是在基础顶柱底位置事先安放垫块，顶标高略低于柱底标高，柱安装完通过楔形钢垫块调整柱底标高。312 柱顶标高调整 一是按相对标高安装，另一种是按设计标高安装(通常按相对标高安装)。钢柱吊装就位后，用大六角高强度螺栓固定连接上下耳板，通过起重机起吊、撬棍微调柱间隙、量取上下柱顶预先标定的标高值，符合要求后打入钢楔，点焊限制钢柱下落，考虑到焊缝收缩、压缩变形，标高偏差调整至3 IllTl以内，柱子安装后在柱顶安置水平仪测相对标高，取较为合理值为零，将标高测量结果与下节柱预检长
8、度对比进行综合处理，柱顶相对标高差超过5 mm需作调整。应注意一次调整标高不宜过大，否则会带来其它构件节点安装难度。32位移调整 钢柱对接时钢柱的中心线应尽量对齐，错边量应符合要求。应尽量做到上下柱十字线重合，如有偏差，应在柱与柱的连接耳板的不同侧面夹入垫板(垫板厚度O510 mm)，拧紧大六角高强度螺栓，钢柱的位移偏差每次调整量在3 IIllTl以内，若偏差过大可分23次调整。 监理应注意每节钢柱的定位轴线不允许使用下面一节钢柱子的定位轴线，必须从地面控制线或阶段传递层控制线引到高处。33垂直度校正 在钢柱偏斜一侧打入钢楔或用顶升千斤顶支顶。垂直度测量采用两台经纬仪(配合弯管目镜)在钢柱两个
9、互相垂直的方向同时进行跟踪观测控制。钢柱在自由状态校正时，垂直度偏差应校正到0，单节柱的垂直度偏差I-11000且牛l00 IlllTl，在监测时应预留焊接变形值以防焊后超标，每节柱所有节点焊接完毕后复测构件的安装偏差值。监理要对由安装误差、焊接变形、日照温度、钢结构弹性等因素引起的误差值，通过总结积累的经验提出预留垂偏值。34钢梁的水平度校正 同一根梁两端的水平度，允许偏差(L1000+3 mm)(L为梁长)，且不大于10 mm。钢梁安装时监理还应注意钢柱垂直度的变化以及钢梁水平度超标的主要原因并提前采取措施。钢梁水平度超标的主要原因是连接板位置或螺孔位置有误差，可采取更换连接板或塞焊孔重新
10、制孔进行处理。35垂直度跟踪观测 钢梁和钢柱焊接过程中，采用经纬仪对钢柱的垂直度随时进行跟踪观测，保证钢结构安装的各项控制指标处于受控状态。钢柱高度范围内的全部构件，经监理测量验收合格后，进行测放平面位置的控制轴线和高程控制的标高线。36统一计量尺度 同一工程项目应设3把“基准尺”，制造单位、安装单位和监理单位各执1把。这3把尺必须是经同一部门检定矫正并经三方认可的长度计量标准用尺。在构件加工、安装和验收过程中，各单位实际使用的尺子都应跟各自所持的“基准尺”进行比对并经温度尺长的修正。监理要对“基准尺”妥善保存，不应在实际施测时使用，以便对各单位检查。4焊接对测量控制的影响 每次安装校正完毕，
11、高强度螺栓安装施工后，测量人员应对钢柱垂直度重新进行测量，提供实际的偏差数值，然后由质量部门按实际数值编制焊接顺序，对一些部位预留焊接收缩量。监理要对预留焊接收缩量进行预控制。5超高层钢结构施工测量的问题分析及建议5，1 专业测量对超高层钢结构施工测控技术的研究有待深入 超高层钢结构施工测控技术是一门边缘学科，它以测量技术为基础，综合考虑到机械加工技术、焊接技术以及结构施工技术等相关专业知识。从现行的有关规范规程来看，现阶段对超高层钢结构施工精度的要求是各专业提出来的，专业测量的相关规定有些滞后。笔者认为超高层钢结构施工测控技术应以测控的工艺程序为主线，结合各专业的要求进行专业化系统化的描述比
12、较合理。52关于精度传递时的递减趋势 钢柱安装的最终精度受到装配、焊接等工序的影响，控制精度存在递减的趋势，因此对下一工序允许偏差的规定值不应超出其上道工序的要求。在钢结构工程施工及验收规范和高层民用建筑钢结构技术规程中规定了高层钢结构定位轴线的允许偏差为 L20000且3Omm(L为定位轴线的边长)，钢柱定位轴线的允许偏差为l0 mm，后者要求高于前者，这明显不合理。笔者建议如将钢柱定位轴线的允许偏差相对于钢结构定位轴线的允许偏差而定，并不是绝对偏差，在操作中才有实际意义。53关于竖向投点的误差 关于竖向投点精度，在工程测量规范中规定：金属结构建筑物高度在100120 m时，竖向传递轴线点中
13、误差为40 mlTl。此规定已经不再适用。由于每节柱定位轴线都从地面控制轴线引测，因此超高层钢结构整体垂直度的偏差与控制点的投测偏差存在着一定关系。投点偏差主要是受仪器本身的精度影响，目前国内外的仪器发展水平很不平衡。例如Wild ZL天顶准直仪的误差为1200000，巾一91建设激光铅直仪精度为110000。现行规范对主体结构整体垂直度允许偏差规定为(H2000)+10且50 ilnl，对高精度的投点仪器而言，该规定要求过松。在超高层钢结构安装时，不得使用低精度仪器。54关于钢柱安装的标高控制 建筑物高度可按相对标高控制，也可按设计标高控制。按相对标高安装有许多明显的优点，也给施工带来了方便
14、。在钢结构工程施工及验收规范和高层民用建筑钢结构技术规程中，对于按相对标高安装的规定不尽相同。笔者认为标高的允许偏差采用钢结构工程施工及验收规范中的规定较为合理。理由在于：尽管柱接头焊接时可通过调整间隙来预留焊缝的收缩量，但预留量是经验值，并不能完全消除焊缝的收缩量；对于设计上采用磨平抵紧的接头形式，焊缝的收缩量是无法预留的；同一安装节中并不是所有钢柱的壁厚都是一样的，不同的壁厚钢柱收缩量不同；焊缝的返修也会造成焊缝的二次收缩。55关于钢柱的扭转 钢柱的扭转偏差是在钢柱的制造与安装过程中产生的。在钢柱安装时必须考虑到扭转方能正确地判断钢柱的垂直度。如图i所示，在X方向，钢柱一侧偏轴线值为a，对
15、侧偏轴线值为b，实际钢柱垂直Project Management。萋甭磊采菱磊 一一莲设銎理2009年第7期(总第121期度偏差应该为(a十b)2，钢柱扭转偏差为(ab)2。在Y方向，钢柱的实际垂直度偏差应是C值扣除钢柱扭转值。图1钢柱扭转偏差 钢柱制造过程中形成的扭转误差，应在工厂予以测量并标明，以方便现场安装。 对于钢柱的扭转控制，最大的难点是制造允许偏差大于安装允许偏差。在钢结构工程施工及验收规范和高层民用建筑钢结构技术规程中规定，钢柱制造时柱身扭曲的允许偏差为11250(或6tl1000)且牛50 1-13In。而钢柱在安装时扭曲偏差是通过上下柱扭转来调整的，调整量不超过300 1Tl
16、In。若同一柱位的各节柱，总是向同一方向产生近50 nllTl的系统误差，但安装时上下柱连接处的扭转调整量规定不能超过30 113133，则3节柱以后，钢柱的安装扭转偏差会超过50 1Tlrn，甚至超过10 111113。56关于钢柱的垂直度 钢柱安装时的垂直度要求有两种：单节柱垂直度要求和总体垂直度要求。在高层民用建筑钢结构技术规程中，要求钢柱初校时垂直偏差应达到0000，到底是相对哪一种情况而言并不明确。笔者认为应在满足单节柱垂直度偏差要求的情况下，使钢柱偏离轴线的误差校正到0。因为在采用对称安装的前提下，钢梁安装的难易程度受到装配尺寸的限制，而装配尺寸是与轴线网比较接近。可以假设若某节柱
17、的相邻2根柱一个向左偏离轴线60 mm，另一个向右偏离轴线60 mm，这两根柱都是符合规范要求的。若其上节柱按单节柱铅垂偏差为0的要求来初校，则上面两柱之间的距离误差为l20 mm，而钢梁的制造尺寸允许偏差一般不超出50 mlTl，钢梁螺孔对位就很困难。如果按柱头偏轴线的偏差为0来初校钢柱就给钢梁就位带来便利。 对于超高层钢结构整体垂直度的评价方法，现行规范规程中并不明确，只是规定允许偏差H2500+10且500 rnin。超高层钢结构中有许多根钢柱，如果只是以某一根柱的最大偏差来衡量结构的整体垂直度，不太合理。笔者认为应该运用数理统计手段，对所有钢柱综合考虑，并对同一柱位的各节柱总体最大偏移
18、进行限制。57温度的影响 温度对钢结构安装的影响是明显的，并且较复杂。一般超高层钢结构安装工程都要经历夏季到冬季的温度变化，北方地区冬夏季温差可达到4050。如果钢结构最大轮廓尺寸100 m，则热胀冷缩的理论值达到48 mm。例如，东北地区某工程项目，地下4层钢结构在67月份施工完毕，直到次年五月才进行上部钢结构交接，复测数据与原始数据相比出入较大。现行规范规程应该考虑到中国当前的工程实际情况将濡荠的影响进行分类规定。6结束语 以上是笔者在工程实践中所得到的一点体会，相信很多同行对超高层钢结构测控技术的思考会更广泛、更深入。国家现行规范规程是工程监督、验收的依据，因此需要在实际操作中加以清晰明确，以免在使用中引起争议或歧义。收稿日期：20090310
