高层钢结构安装测量技术

1 高层钢结构安装测量技术 青岛万邦中心工程钢结构安装测量技术郭孔松由中国钎具论坛网www qianju wang提供中冶京唐建设有限公司金属结构工程公司 2 主要内容 一 引言二 重点及难点三 控制网的布设及具体操作四 钢结构安装测量五 结束语 3 一 引言 在钢结构工程安装过程中 测量是一项专业性较强又非常重要的工作 测量精度的高低直接影响到工程质量的好坏 测量效率的高低直接影响到工程进度的快慢 测量工序的繁琐程度又直接影响操作工人的安全性 因此安装测量技术水平的高低是衡量钢结构工程施工水平的一项重要指标 依据我公司近年来承建多座高层钢结构工程 石家庄开元广场 北京西门子 中国 总部办公楼 中国石油大厦 北京雪莲大厦 青岛万邦中心工程 烟台世茂海湾工程等 的施工经验 总结出本高层钢结构安装测量技术 为此类工程施工提供参考 4 西门子总部办公大楼 石家庄开元花园 中国石油大厦 5 西安法门寺合十舍利塔 北京中关村西区四号地 北京雪莲大厦 6 工程概况介绍 青岛万邦中心工程建筑造型独特 1 塔楼采用带伸臂桁架并结合巨型支撑的型钢混凝土框架 混凝土筒体混合结构 地下4层 地上共54层 结构高232 5m 形体利用外观上的斜向钢架 形成一个高耸的多斜面水晶体 框架柱分为H型钢柱 箱型柱及 鱼骨型 柱 斜撑为H型及箱型 桁架为箱型 13层 22层 35层为3个避难层 巨型伸臂桁架位于35层 35层以上为全钢结构 9层 35层 45层的建筑外形切角决定了节点构造的复杂 该楼钢结构工程量约2万吨 为目前山东省第一高楼 钢柱的截面形式多样及独特的结构造型决定了本工程测量工作的复杂性 现场实际采用全站仪极坐标测控方法 取得了很好的效果 7 尽管高层钢结构的形式有所差异 但是高层建筑钢结构安装测量校正技术是相通的 任务主要有下面三项 a 建立一个精度高 牢固可靠的测量控制网 此控制网是以后所有测量工作的依据 b 平面及高程控制点的竖向传递 传递精度的高低是整个钢结构安装测量工作的关键 c 楼层平面放线及钢柱安装校正测量 准确快速地为校正工作提供测量数据 是整个钢结构安装测量工作的主要任务 工作量大 也是保证钢结构安装施工进度的前提 主要任务 9层切角节点 8 二 重点及难点 1 自然条件影响 在高空作业时 易受日照 风力 摇摆等不利因素的影响 2 建筑物变形影响 由于受到沉降 收缩等影响 设置的测量点位会发生变化 一般网点边长会缩短 影响测量精度 3 设计造型的影响 该工程核心筒存在两次减体 立面结构存在四次变形 使内控点在布置时要全面考虑 4 施工条件的影响 核心筒和楼层分别独立施工 核心筒施工快 楼层面施工慢 使核心筒十字轴线与楼层四边形网点在相应高度的层面上无法联网 5 使用绝对标高的影响 按设计规定 标高引测必须使用绝对标高 要考虑建筑物的沉降量以及标高修正 势必增加许多工作量 9 三 控制网的布设及具体操作 1 主要测量仪器 10 2 平面控制测量 2 1假定施工平面坐标系统的建立该高层结构形状不规则且框架柱方向不一 各层轴线控制 钢结构安装及校正测量中采用极坐标方法 为了计算及施测的方便 建立假定的施工坐标系 将结构平面图置于该假定坐标系下 即获得每节框架柱 每根梁每个节点的平面坐标 同时根据图上所设计控制点的相对位置 获得每个平面控制点的坐标 11 2 2平面内控网的建立 首先要满足核心筒混凝土结构施工及钢结构安装标准节间的施工需要 且综合考虑施工流水段的划分 钢结构拓展安装的进行 在每个工作区设3 4个点 组成闭合图形 作为该工作段的控制点 以便有足够的检核条件 塔楼的钢框架结构部分 在6 9层 36 51层 45 51层存在四个切角 其中较大部位的缩体的有三个 在进行内控点的布置时充分考虑缩体前后的必设控制点 同时由于钢框架形状不规则 钢柱中心一个方向或两个方向都偏轴 并且部分钢柱中心线的方向与轴线存在夹角 夹角存在多样性 难于用常规方法安装调控 12 塔楼一 塔楼二 裙楼有三点形成通视闭合测量 以减少测量误差 13 1 35层内控点布置 35 45层内控点布置 45 顶层内控点布置 外框 6点核心筒 4点 外框 5点核心筒 4点 外框 4点核心筒 4点 14 2 3内控点的竖向传递 为保证塔楼控制点垂准线的垂直度 并最大限度接近施工区 进行测量平台的转换 分别在12层 23层 36层 45层作为阶段传递层 并在各层进行联测 以保证点位精度 投测到转换平台上的测点 进行角度 距离闭合测量 经计算机平差计算 满足角度偏差不大于5 相对距离偏差不大于1 20000的精度要求后 即作为该阶段楼层的投测基准点 阶段传递示意图 15 2 3 1钢结构由于施工在土建楼板施工之前 施工时测量无稳定操作面 故借助已经安装完成的下节钢柱或钢梁 采用夹具代替三角支架 此处四面能通视 上下可互通 无构件及其它物体阻挡 人员可在钢柱操作平台内安全操作 且便于闭合校核 测量校正时视野开阔 用于接收底部激光和校正以及控制点引测 全站仪夹具 16 2 3 2激光洞口留设 2 3 3控制轴线点位的垂直引测 根据激光点的布置 在2F以上各施工楼层预留200 200mm的激光传递口 在不施工时需盖好洞口 需安排专人保护 避免上方放置重物造成损坏 如下图 主轴线平面控制网的垂直引测 分别架设激光铅直仪于首层标示的主控制轴线点上 将主控制轴线点逐一垂直引测至同一楼层 以便目标层的测量轴线控制 具体详见下页图 主楼激光控制点投递示意图 17 现场实际操作图片 18 2 3 4为提高激光点位捕捉的精度 减少分段引测误差的积累 制作激光捕捉靶 示意如下 19 2 3 5控制点接收完成后 在措施底板上弹上十字中心线 用油漆涂上测量对中三角标志 方便日后对中 如右图 2 3 6弹好中心线后 架设全站仪与大菱镜进行控制点闭合检查 主要检查角度与边长关系 如误差较大 需重新投测 误差较小 则进行平差处理 20 3 高程控制测量 首先 对监理公司提供的施工现场的标高基准点与城市水准点进行联测 然后用精密水准仪按照国家二等水准测量规范要求 在首层平面及核心筒易于向上传递标高的位置布设三个高程基准点 经与场区高程控制点以三等水准测量精度联测后 标注 红色油漆标记和建筑标高 3 1首层标高基准引测从高程控制点将高程引测到首层核心筒墙外壁便于向上竖直量尺处 建立 1米标高基准控制线 校核合格后作为起始标高线 围绕核心墙弹出墨线 并用红油漆标明高程数据 本工程高程基准线分别布设在1层 13层 25层 37层 50层 基准标高线标识示例如下所示 21 3 2 1方法一 悬吊钢尺法利用首层红 为标高基准 用检定合格的钢尺吊大垂球沿结构外皮或内控点预留口垂直向上传递高程 并用红 作好标记 在经尺长 拉力 垂球重 温度改正后做为其标高值 使用S3水准仪将该层三个高程点往返检测合格后 误差在 3mm内为合格 做为该层高程基准点 每次传递必须以首层为基准 严禁层层传递 3 2 2方法二 全站仪竖向测距法 本工程采用 高程控制点的传递是在底层平面控制点预留孔正下方架设好全站仪 先精确测定仪器高 再转动全站仪进行竖向垂直测距 最后通过计算整理求得激光反射片的高程 然后按 工程测量规范 GB50026 93 所规定的二等水准测量的要求把激光反射片的高程传递到核心筒外壁上 3 2首层标高基准引测 22 23 标高控制网引测步骤 第一步 在首层用水准仪在核心墙四面建立1米标高基准控制线 各点之间复测闭合后弹墨线标示 用油漆涂上测量三角标志 标明单位英文缩写和数字 第二步 将大盘尺零刻度对好1米水准线 从每控制层直接引测到施工层 在达到12层左右后 做标高控制点转移 施工层钢构件标高控制之前 应先校测传递上来至少3个以上标高控制点 当闭合差小于3mm时 取其平均高程引测水平线 抄平时 应尽量将水准仪安置在测点与后视点范围的中心位置 第三步 架设全站仪于标高控制点布置层 通过气温 气压计测量气温 气压 对全站仪进行气象改正设置 24 由于全息反射贴片配合远距离测距时反射信号较弱 影响测距的精度 故本工程用反射棱镜配合全站仪进行距离测量 反射棱镜放置示意如下 第四步 全站仪望远镜垂直向上 顺着激光控制点的预留洞口垂直往上测量距离 顶部反射棱镜放在钢措施架或楼板及需要测量标高的楼层 镜头向下对准全站仪 25 第五步 计算得到反射棱镜位置的标高 后视测点标高 计算仪器高 将该处标高转移到核心筒墙面距离本楼层高度 1 0m处 与钢尺引测的标高进行闭合 如下图所示 26 四 钢结构安装测量 1 安装测量工艺流程 27 2 钢柱的测量校正 2 1方法一 借线法 常规方法 将2台经纬仪架设在钢柱相互正交的方向线上 采用正倒镜法测量钢柱的垂直度 见右图3 3 9 在梁安装过程中 柱垂直度一般会发生微小变化 因此采用4台J2经纬仪对相应柱进行跟踪观测 若柱垂直度不超标 只记录数据不必调整 若柱垂直度超标 先复核构件制作尺寸及轴线放样误差 然后再进行处理 在梁安装过程中 不得再次调整柱的垂直度 在高强螺栓紧固前 测量所有柱垂直度 紧固后再次复测 焊接过程中对柱垂直度跟踪监测 根据实际偏差情况 适当调整焊接顺序及施焊的速度 28 2 2方法二 极坐标法 本工程采用 根据已建立的拟定测量坐标系 计算各钢柱中心和控制点在该坐标下的理论坐标 运用极坐标原理对钢柱进行测量校正 极坐标法测量示意图 A B为已知点 A为测站点 P1 P2 P3为待定点 2 2 1基本原理 29 2 2 2控制部位 钢柱截面形式有H形 箱形 异形柱 应根据钢柱本身外形特点制定不同的测控方法 各种截面的钢柱在柱顶中心和柱顶翼缘板四周 用油漆笔做上控制记号 并事先在图纸上计算出柱子控制点的三维平面坐标 在柱子吊装到位后 架设全站仪采用三维平面坐标 对钢柱进行校正 校正过程中 将反射片置于控制点上 逐一测设 直到柱子设计坐标值与仪器所测坐标相吻合 此方法即可控制柱轴线偏差又可以起到预防钢柱扭转 30 2 2 3钢柱校正步骤 1 计算上一节将要吊装的钢柱控制点三维坐标 2 控制点引测到施工层上层并做好仪器架设防护 各控制点复测校核至合格 3 吊装前复核下节钢柱顶中心的三维坐标 为上节柱的精确定位提供依据 4 对于标高超差的钢柱 可切割上节柱的衬垫板 3mm内 或加高垫板 5mm内 进行处理 如需更大的偏差调整将由制作厂直接调整钢柱制作长度 所测钢柱 仪器位置 31 6 如遇到死角 全站仪无法直接观测钢柱或构件 可采用小棱镜对中杆使小棱镜变换高度来校正钢柱 如图所示 5 全站仪测量外围各钢柱控制点坐标 a 架设全站仪在投递引测上来的测量控制点上 照准二个以上后视点复合 b 输入后视点 测站点坐标值 仪高值 反射片常数 反射片高度值 确定本测站坐标位置c 反射片配合测量各钢柱控制点三维坐标 32 7 钢柱吊装首先是柱与柱接头的相互对准 钢柱就位后用全站仪进行三维坐标点进行控制 校正上节钢柱精确定位时要考虑下节钢柱相对于轴线的偏差 校正后上节柱顶对于下一节柱顶的偏差为 使柱顶偏回到设计允许的范围内 从而便于柱间和斜撑顺利吊装以及保证钢柱安装精度 8 当一安装区间的钢柱 梁和斜撑安装完毕后 对钢柱整体进行测量校正 对于局部尺寸偏差 采用无缆风校正技术进行钢柱调整 示意如下 无缆风校正柱接口连接板形式 无缆风校正情形 33 9 校正完成后对这一片区的钢柱再次进行整体观测 并做好记录 根据记录的偏差值大小及偏差方向 决定对焊前偏差是否还需要进行局部尺寸调整以及确定焊接顺序 焊接方向焊接收缩的倾斜预留量 确定每根钢柱及相连结构的焊接顺序 交付焊接班组实施焊接 右图是焊接顺序卡 10 当焊接完成后 对该片区的钢柱 钢梁再次复测 并做好记录 作为资料和上一节钢柱吊装校正和焊接的依据 11 结合下节柱顶焊后偏差和单节钢柱的垂直度偏差 矢量叠加出上一节钢柱校正后的三维坐标实际值 12 焊接完成后再次测量柱顶控制点三维坐标 为上节钢柱安装提供测量校正依据 如此循环 34 3 桁架的测量校正 3 1伸臂桁架控制点的布置 主要控制点布置在桁架上方钢柱柱顶中心 同时在分断口中心 断口附近的上弦节点上方和下弦节点下方的左右两方 用钢尺分中找出观测控制点 由内业人员计算出中心点坐标值 作为控制桁架的主控制和辅助控制点 如下图所示 35 将全站仪架设在控制轴线上 整平对中后 输入测站点 X Y 坐标数据 然后将反射片放置到桁架观测点上 用反射片底部中线对准控制点 用全站仪十字线中心照准贴片 所测设数据与控制点设计坐标值进行对比得出偏差 如偏差较大 则用倒链和千斤顶对轴线方向进行校正 直到偏差符合规范要求 然后用同种的方法对桁架另一端进行校正 各点到位后对连接板上的临时螺栓进行施拧 接口待焊 并对桁架进行一次全面复测 并做好原始数据记录 在结构封顶 沉降结束之后 对断口处的主要控制点进行复核 视数据变化大小采取调整措施 满足要求后进行最后施焊 3 2桁架的安装测控 断口处控制点 断口处控制点 36 核心筒内桁架安装 外框桁架安装 37 4 钢结构安装变形因素及监测 钢结构安装测量控制的精度 取决于多方面的综合因素 有关温度 日照 风力等环境的影响 需要积累相关经验去消除或避免 施工顺序 焊接顺序的优化是提高精度和工作效率的有效途径 为了保证钢结构安装的精度 保证结构和安装过程安全性 并研究温度 日照等对钢结构产生变形的规律 在钢柱上设置变形监测点 用自动跟踪高精度全站仪对钢结构进行三维变形观测 4 1季节性温度变化应对措施 季节性温度变化主要对建筑物的标高产生影响 而测量定位的标高引测其高度方向的距离是归化改正为20 的标准温度下进行的 全站仪显示的Z坐标值经过了气压 温度系数改正 标高点的理论位置高度不受温度变化影响 问题是标高点标记在核心墙面 核心筒混凝土墙高度受季节性温度变化影响产生热胀冷缩 同时考虑到外围钢柱的线膨胀系数要比核心筒混凝土墙的线膨胀系数更大 外围钢柱受阳光直接照射 温度上升快 日温差变化明显 要确保标高基准点位置不随温度变化而变动 简单化考虑 在冬季进行标高基准点的向上引测可选定午后2 4时的最高气温条件下进行 而在夏季可选定在日出前或者日落后进行 在这两个时段的气温条件与设计的常温条件相差最小且变动幅度不大 对标高值的影响最小 在一定高度范围内可忽略不计 38 4 2日温度变化应对措施 不管是季节性温度还是日温度的变化 建筑物整体的平均冷热程度变化对竖向高度有一定的影响 日照使建筑物阴阳面出现冷热不匀 建筑物整体向阴凉面倾斜 对平面定位轴线有一定的影响 因此 选择阴天 日出前时间进行激光控制点的垂直向上投测 避免建筑物阴阳面温差的影响 4 3温度对钢柱影响及预控 夏季上午9 00 10 00和下午2 00 3 00时 受日光照射在钢柱的一侧 钢柱将会向背光的一侧发生附加的倾斜位移 这时可考虑对钢柱按如下理论公式 a t L 2h 其中 柱顶因温差影响产生的位移值 a 钢材的线膨胀系数 t 柱两面的温差 L 钢柱的长度 h 温差方向柱截面的厚度 进行预偏