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居然大廈鋼結構空間傾斜柱施工的測量與控制

作者：劉 闖 等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
居然大廈鋼結構深化設計利用Xsteel對建筑主結構建模，將傾斜柱進行有效分段，利用全站儀進行空間坐標定位，將相關信息反饋到鋼柱加工廠，鋼結構加工廠將施工過程中的誤差作為下一節柱加工的預調值，以達到對建筑物整體控制的目的。
    關鍵詞：深化設計 全站儀 空間坐標 預調值

    引言
    隨著人們對建筑視覺效果的追求，建筑設計、施工等行業水平的不斷提高，各類傾斜建筑相繼出現。西班牙馬德里市的歐洲之門（傾斜角度15度），中國中央電視臺新臺址（傾斜角度6度），與前兩傾斜建筑相比，居然大廈更具特色。

    工程概況
    本工程位于北京市東城區海運倉危改區，總建筑面積59187m²,其中地上建筑面積40767 m²，地下建筑面積18420 m²。地下3層，地上17層。結構形式：地下部分為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地上部分為鋼框架和鋼筋混凝土筒體組成。整個結構復雜，場地狹小；地上鋼柱都為傾斜柱，建筑整體呈沙漏型，鋼柱自標高-0.090m始，南、西立面到31.300m向內傾斜（傾斜角度5o），以上直至屋面向外傾斜（傾斜角度3o），北、東立面到50.800m標高向內傾斜（傾斜角度3o），以上直至屋面向外傾斜（傾斜角度6o），四角柱向兩個方向傾斜?，F場情況及結構形式給測量作業帶來了很大難度；因此，如何建立一個能滿足本工程施工的測量控制網是測量工作的重點，控制好鋼柱的垂直、傾斜度和整體平面平整度是本工程測量工作的主要內容及難點。

    施工測量與控制的難點
    1.因鋼柱的空間角度變化，不同柱的空間角度不同；深化設計必須逐根柱逐層建模；隨著施工誤差——預調值得出現，深化設計須不斷對模型進行修改。
    2.施工過程中的變形，它來源于自重恒載、外加恒荷載、準永久荷載和基礎沉降，這些將引起空間坐標的變化。
    3.這些荷載隨著施工階段的不同而改變，而施工測量是貫穿于整個結構施工，這就給工測量帶來了不可避免的影響。
    4.因場地狹小制的基準點隨著施工的推進將會改正，使基準點滿足測量施工及測量儀器的精度要求。
    5.因施工預調值的出現，鋼構件加工及安裝的進度都很難控制。
    空間傾斜柱測量與控制
    1.工藝流程：

    2.深化設計
    1)深化設計人員針對該工程的每一不同連接接頭，根據原設計圖提供的構件斷面、受力點、內力大小進行節點連接設計，形成節點大樣圖，供原設計單位審核。
    2)深化設計人員按實際情況對鋼柱進行分段，為方便加工及深化設計圖紙的修改，斷面與柱中心線垂直；分段必須標明每段鋼柱的具體尺寸。
    3)預調值完成后，對完成的深化圖，進行調整。
    3.分段加工
    加工過程中應嚴格控制如下部位的質量：除滿足《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205-2001的要求，鋼柱長度誤差應控制在±2mm，以免累計誤差過大。
    4.安裝測量（本文只對傾斜柱進行介紹）
    1)測量儀器選擇：

    2)內控點布設:平面內控點的布設，要根據施工流水段的劃分進行，每一流水段至少布設3個點，并設置一空間坐標點為（0.000，0.000，0.000）作為該流水段的測量控制點。建筑物內控點布置如下圖所示：

    3)根據施工圖紙及深化設計圖紙，確定鋼構件相對于假定原點（0.000，0.000，0.000）的相對坐標值（設計值）如圖：

    4)建立坐標系，通過輸入同一坐標系測站點和定向點的坐標，測量出鋼柱頂上安放棱鏡點的空間坐標；同一節柱至少要觀測三個點。

    5)棱鏡與柱頂待測點對齊固定，確保不會因鋼柱安裝而使棱鏡脫落。
    6)鋼構件安裝就位后，進行臨時固定，進行初步測量，確保每根鋼柱空間坐標誤差，滿足鋼結構質量驗收規范要求。
    7)結構整體測量（相同標高范圍內的同一結柱及梁全部安裝完成）：
    ①垂直引測：每三層進行一次引測，將標高引測于變形相對較小混凝土核心筒上。
    ②在建筑物四個外立面柱上彈出等高線，計算出鋼柱外立面在此標高處的空間點的坐標（如圖為居然大廈北立面34.960米標高處平面坐標），選中的標高平面必須有代表性。
    ③在圖紙柱標高對應位置固定棱鏡，通過全站儀測出棱鏡點的相對坐標，以確定個鋼柱測量點，在整個里面內的偏移；質量要求：主體結構的整體平面彎曲L/1500 ， 且不應大于 25.0。
    ④同一結柱及梁全部安裝完成（未進行焊接），對每根鋼柱進行精確測量，特別是建筑的四角柱；質量要求：主體結構的整體垂直度，(H /2500+10.0) 且不應大于 50.0。

    8)精確測量之后，垂直度誤差符合相關質量驗收標準要求后，取定正確的工藝、順序后進行焊接。
    9)焊接完成后，進行最終測量，將實際測量值與設計坐標值比較，得出加工下一節柱的預調值（主要是標高）。
    小結：
    1.此測量方法較原始測量方法（經緯儀）優點。
    1）操作方便，不須為全站儀搭設操作平臺；測量的所有步驟都是在地面或已完成的樓面上進行，更安全。
    2）利用空間坐標點測量，精度高，測量后直接讀出數據。
    3）全站儀測量時對環境溫度、光照等的影響進行了修正。
    4）每節柱測量都可以從首層為后視點，滿足鋼結構結構施工質量驗收規范GB50205-2001對測量的要求，減少了鋼柱隨節數的增加，而使累計誤差不斷增大。
    5）保證單節柱垂直度的同時，使整體垂直度、標高得以保證。
    2.測量的要求：
    1）鋼結構深化及施工人員，須將鋼柱的空間坐標計算出來，并能確保精確。
    2）鋼柱加工精度要求高，構件加工速度應與現場進度相協調。
    3）全站儀測量要求測量人員專業水平較高。
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