超高層建筑外框內筒組合結構的垂直度控制方法

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1 高層建筑外框內筒組合結構特點

1.1 結構形式

高層建筑外框內筒組合結構平面圖如圖1所示。

當外框架為鋼結構、勁性混凝土結構（包括外框柱為鋼管混凝土構件）時，受施工工藝的影響，高層建筑外框內筒組合結構施工過程中，在高度方向，結構構件呈現多個層差，如圖2所示。

圖1 外框內筒組合結構平面

圖2 外框內筒組合結構層差分布

1.2 外框內筒組合結構施工特點

外框內筒組合結構的特點是錯層施工[1]，即位于建筑中心部位的核心筒（鋼筋混凝土結構或勁性結構）先行施工，四周的鋼框架柱、梁隨后，最后是壓型鋼板組合樓板施工。這3 個部分施工在立面上存在3～5層差。鋼柱需要校正時，框架梁柱正處在懸空狀態，而樓地面還在十幾米的下方，且頻繁地進行鋼筋綁扎、混凝土澆筑等作業，無法架設儀器。

2 超高層建筑外框內筒組合結構的施工測量

高層建筑垂直度控制可分解為控制點傳遞和施工層垂直度控制2 個步驟。控制點豎向傳遞通常采用內控法完成。

根據具體工程的特點，在首層合理選擇一定數量的內控點，利用鉛直儀將這些點位豎直傳遞到施工層并恢復軸線控制，然后架設經緯儀控制本層鋼柱垂直度。如此循環往復，通過層層控制平面位置及本層垂直度，最終保證整體垂直度或豎向設計要求。

由于柱頭位置調整是靠經緯儀視準線實現的[2]，所以可以穩定地設站是先決條件。即豎向構件施工前，內控點已經傳遞至施工層面，且施工層地面牢固，可以架設儀器。然而，這個條件在超高層建筑外框內筒組合結構的壓型鋼板樓面未澆筑混凝土的階段無法得到滿足。

3 垂直度要求及測量精度指標確定

按照《鋼結構工程施工質量驗收規范》要求，高層建筑的單節柱垂直度必須滿足h/1 000且不大于10 mm；主體結構整體垂直度須滿足（h/2 500+10）且不大于50 mm[3]的要求。

單節鋼柱垂直偏差來自于兩方面影響：一是測量誤差，包括柱根定位點測量誤差和柱頭矯正測量誤差，二是日照、風力、焊接應力等外力因素共同影響。

根據等影響原則[4]，測量誤差與其他因素產生的誤差相等，即測量誤差不應大于驗收允許誤差的一半。以單節柱為例，如果柱長為10 m，則垂直度偏差應≤10 mm，由測量引起的鋼柱傾斜誤差不大于5 mm[5,6]。若以2 倍中誤差作為限差，可以得到柱中心點位中誤差不應大于2.5 mm。

由公式推導可以得出，精度要求只有1''級以上的全站儀才能達到。為滿足點位精度要求，使用高精度鉛直儀進行內控點傳遞，并使用高精密全站儀（1''級以上）進行坐標測量。同時應盡量減小對中誤差、縮小控制范圍、控制仰俯角。

4 控制思路

沒有穩定的測站，測量控制無從談起。超高層建筑外框內筒組合結構主體施工過程中，由于核心筒是唯一穩定的依靠，如果能在核心筒外側相應標高位置上搭設穩定的操作平臺，用高精度全站儀測定每節鋼柱柱根定位坐標和柱頂中心坐標，指揮操作人員調整、控制柱頂偏差，將能夠有效地控制鋼柱垂直度。

下面，以某工程為例予以闡述。某超高層外框內筒組合結構平面如圖3所示，其外廓軸線間距47.00 m，建筑高度260 m。在認真審核施工圖紙的前提下，在首層核心筒外側選擇4 個內控點（確保能夠上下貫通）形成正方形，每個內控點控制1/4區域內的4 根鋼柱。

圖3 某工程外框內筒組合結構平面示意

每節鋼柱校正前，在略高于柱頭標高位置搭設操作平臺，平臺兼具接收控制點和安置全站儀功能，既保證一定剛度，又可在一定范圍內調節。首層內控點上安置鉛直儀，將控制點垂直傳遞至操作平臺。平臺上架設全站儀和棱鏡，檢查邊角關系，確保內控點傳遞質量，然后測定控制范圍內柱頂中心坐標，指揮調整，直到滿足規范要求為止。

操作平臺可與結構原有預埋件連接，平臺僅承受儀器重量，構造簡單，安裝、拆卸方便，對工期不會造成任何影響。同時操作平臺設在核心筒外立面上，與鋼框架分離，保證了測站穩定性。

5 作業流程

5.1 儀器選型

本工程采用的高精度鉛直儀選定大連拉特廠生產的JZC-G鉛直儀，標稱精度二十萬分之一，經實地測試，接收靶安置在100 m的高度上，鉛直儀從0°、 90°、 180°、 270°四個方向分別向上投點，點位幾乎重合，完全可以保證豎向投測質量。

因用于柱頭測量的操作平臺附著在核心筒上，位于核心筒施工作業面的下層，為了避免核心筒施工可能對下方測量人員造成傷害，選用拓普康MS05A型全站儀，又稱測量機器人。

5.2 測前準備

首先進行坐標轉換，將城市坐標系下的控制點、柱中心坐標轉換為平行于軸線的施工坐標系坐標，提取坐標數據傳輸至全站儀。

5.3 內控點傳遞、檢查

用高精度鉛直儀將內控點傳遞至操作平臺，然后安置全站儀，檢查相鄰控制點邊角關系以確保傳遞質量。

5.4 鋼柱矯正

鋼柱根部就位并初始固定后，用全站儀測定柱中心坐標與設計坐標偏差，指揮作業人員進行調整，偏差滿足規范要求后，最終固定、焊接。

由于建立了平行于軸線的施工坐標系，儀器顯示的Δx、Δy是沿軸線方向偏差，非常直觀，便于操作人員找準調整方向。

5.5 復測

鋼柱調整到位并固定、焊接后，用全站儀對控制區域內所有鋼柱重新測量，記錄每根柱中心坐標偏差，作為上層鋼柱就位調整依據。對于偏差超過規范要求的個別柱子重新校正。

6 結語

本文針對超高層建筑外框內筒組合結構的施工測量，介紹了操作層面無法架設儀器的情況下，在核心筒外搭設操作平臺，用全站儀控制超高層鋼結構垂直度的測量方法。實踐證明，這種方法實用、準確、快捷、有效，對超高層垂直度控制具有普遍意義。