高层钢结构钢柱垂直度控制实时测量工法

1、PAGE PAGE 23高层钢结构钢柱垂直度控制实时测量工法编写单位：中建八局青岛公司刘宝忠前言随着建筑市市场的发发展以及及建筑水水平的提提高，高高层和超超高层钢钢结构建建筑逐步步增多。在在钢结构构工程安安装过程程中，施施工测量量是一项项专业性性较强又又非常重重要的工工程，测测量精度度的高低低直接影影响到工工程质量量的好坏坏，测量量效率的的高低又又直接影影响到工工程进度度的快慢慢，因此此安装测测量技术术的高低低是衡量量钢结构构工程施施工水平平的一项项重要指指标，而而钢柱垂垂直度的的控制又又是高层层钢结构构结构施施工测量量的重点点和难点点。高层钢结构构钢柱垂垂直度控控制实时时测量工工法是我我们在

2、长长期高层层和超高高层钢结结构施工工测量放放样实践践中，充分分利用免棱棱镜全站站仪、便便携式计计算机（或或可编程程计算器器）的性性能，通通过对传传统的施施工测量量方法进进行研究究改造，形形成的针针对高层层钢结构构工程施施工测量量放样的的施工工工法。该该工法的的关键技技术是平平面控制制点竖向向高精度度向上传传递技术术、钢柱柱中心实实际位置置的间接接测量及及理论位位置数据据库建立立技术、计算机与全站仪进行数据实时通讯技术。该工法是在北京大学医院病房楼、郑州蓝码大厦、南京新地中心及青岛万邦中心施工测量放样经验的基础上形成的。用这种测量方法对高层钢结构钢柱安装过程进行控制，测量人员为钢柱安装人员提供的

3、数据时间短，精度高。南京新地中心工程的钢柱节垂直度及建筑物全高垂直度经评估和鉴定，完全符合钢结构验收规范的要求。质量评定等级为合格，观感达到“好”的要求。在此，我们们编制此此工法，希希望它能能够为以以后高层层钢结构构的施工工测量提提供指导导作用。该工法于220088年3月被认认定为中中建八局局企业工工法。1特点传统的钢柱柱垂直度度控制方方法是先先在施工工操作面面上放样样出柱网网的纵横横轴线，再再利用两两台经纬纬仪从两两个近似似相互垂垂直的方方向对一一根钢柱柱进行测测量控制制，这种种方法投投入测量量人员多多，结果果反馈到到钢柱校校正操作作人员的的时间长长，经纬纬仪架设设位置限限制较多多。本工工法

4、所采采用的施施工测量量方法，是充分利用免棱镜全站仪的免棱镜测距性能，测量钢柱立面某些特定点的三维坐标，测量值传递到便携计算机，程序依据钢柱的几何形状，间接计算出钢柱的中心偏移量及钢柱的扭转偏差值，同时可以得出钢柱的标高偏差值。因此利用本工法进行钢柱的垂直度控制测量，可以缩短施工前的轴线放样的时间，减少测量工作的劳动强度，减少测量结果的反馈时间，提高钢柱的安装质量。2适用范围围高层钢结构构钢柱垂垂直度控控制实时时测量工工法适用用于所有有柱子安装装的垂直直度控制制测量及及质量检检测验收收，特别别是许多多非水平平、非垂垂直的特特异构件件安装过过程中的的施工测量量及质量量验收。3工艺原理理高层钢结构构

5、钢柱垂垂直度控控制实时时测量工工法的工工艺原理理是：由由于钢柱柱安装垂垂直度校校正时，钢钢柱顶端端不方便便安设全全站仪的的反射棱棱镜，为为此充分分利用免免棱镜全全站仪的的免棱镜镜测量性性能，快快速测量量钢柱顶顶端特征征点的三三维坐标标，并把把测量信信息通过过数据线线实时传传输到便便携式计计算机中中。在施施工测量量前的准准备阶段段，应认认真分析析图纸，建建立合适适实用的的建筑物物坐标系系，收集集各钢柱柱的中心心坐标、钢柱编号号、截面面大小及及定位角角度等相相关信息息，并建建立数据据库。当当测量结结果被程程序接收收后，程程序依据据测量点点坐标信信息自动动查找测测量钢柱柱的编号号，找到到相关信信息，

6、并并计算出出该钢柱柱中心偏偏移量及及钢柱的的扭转偏偏差值等等钢柱安安装校正正所需的的相关信信息，及及时把相相关信息息反馈给给施工人人员作为为钢柱垂垂直度校校正的依依据。4工艺流程程及操作作要点4.1高层层钢结构构钢柱垂垂直度控控制实时时测量工工法施工工测量流程程收集编程资料收集编程资料编写测试程序现场勘察理设控制点控制测量平面及高程控制点竖向传递安置全站仪测量特征点坐标分析计算信息及时传递给操作人员钢柱安装校正后，再一次观测循环4.2高层层钢结构构钢柱垂垂直度控控制实时时测量操操作方法法4.2.11分析计算算、通讯讯程序编编写4.2.11.1收集编编程资料料：编程程的基本本资料包包括钢柱柱编号

7、、钢柱中心坐标、截面形状、截面大小及定位角度等描述钢柱外部形状及空间位置的相关信息以及全站仪的指令码资料，为使测量人员提供的数据使用方便，程序编写前还应与钢柱安装校正施工人员多次沟通，与钢构件加人人员沟通，相互提供对方所需要的资料。收集钢柱相关资料的过程还应包括对设计数据正确性复核计算过程，并对数据进行分类编码。4.2.11.2编写写程序:按程序序功能不不同可把把程序分分成三个个主要模模块，基基础数据据管理模模块；计计算机与与全站仪仪之间进进行实时时数据通通讯模块块；钢柱中心心偏移量量及钢柱柱的扭转转偏差值值分析计计算模块块。1）基础数数据管理理模块：由于数数据关系系比较简简单,基础数数据的管

8、管理可以以利用MMicrrosooft Offficee Acccesss软件件建立Acccesss数据库,数据库库的建立立及数据据的添加加、修改改、删除除等管理理工作可可以通过过Miccrossoftt Offficce AAcceess软件直直接进行行，也可可以通过过VB等常用用的编程程软件，自自己编写写符合自自己要求求和习惯惯的程序序界面，以以方便自自己的工工作。基基础数据据内容一一般包括括钢柱编编号、钢钢柱中心心理论坐标标、截面面形状、截截面大小小、截面面变换位位置、定位方方位角及及钢柱观观测标志志点的理理论基础础坐标等等描述钢钢柱外部部形状及及空间位位置的相相关数据据。2)计算机机与

9、全站站仪之间间进行实实时数据据通讯模模块:不同厂厂家的全全站仪有有不同的的指令码码体系，同厂家家的不同同型号全全站仪的的指令码码也不完完全相同同，因此此编写程程序前必必须熟悉悉各个命命令的意意义。计计算机与与全站仪仪一般通通过串行行端口进进行数据据交换，编编程前也也应熟悉悉操作串串行端口口的编程程语句。另另外需要要准确确确定计算算机发出出测量指指令后，仪器测测量、到测量量结果发发送到仪仪器缓存存区的时时间间隔隔，并在在程序中中设置等等待时间间，确保保接收指指令发出出后，所所需的测测量数据据已发送送到仪器器缓存区区，否则则将会得得不到结结果。3）钢柱中中心偏移移量及钢钢柱的扭扭转偏差差值分析析计

10、算模模块：此此模块的的主要计计算模型型如下。（1）钢柱柱中心坐坐标的间间接测量量钢柱的截面面形式多种多多样，但但最基本本的截面面形状有有两种，一一种是圆圆形钢柱柱，一种种是矩形形钢柱。无无论是圆圆形钢柱柱还是矩矩形钢柱一般般都无法法直接观观测柱顶顶与柱底底中心，因因此只能能通过测测量其他他特征点点的坐标标，来间间接计算算中心点点的坐标标，下面面分别阐阐述圆形形钢柱及及矩形钢钢柱中心心坐标间间接测定定和计算算方法。其其它截面面类型的的钢柱可可以做适适当改变变，转化化成这两两种截面面类型进进行计算算。对于圆形钢钢柱观测测左右两两侧边缘缘的水平平角并在在同一截截面上贴贴上做观观测标志志（或粘粘反光贴

11、贴片）测量斜斜距、水水平角及及竖直角角。如下下图-11所示：k为测站站点，p为方向向控制点点，钢管管中心为为o ，b为观测标标志，在在测站上上观测钢钢管左右右边缘m、n 的角度度为1 和2，及观测测标志点点b的角度度b、k、b两点的的斜距Skbb及竖直直角。图-1:圆圆钢管柱柱中心坐坐标测量量计算示示意图则由已知方方位kp及 1、2可计算算测站至至钢管中中心的方方位k；钢柱柱中心坐坐标的计计算算法法如下：矩形钢柱中中心坐标标测量图图-2所示示，b cc为观测标标志（或或粘反光光贴片），与矩矩形钢柱柱线相对对称放置置，其距距离S可在贴贴片上测测得，d点在与b cc相垂直直方向延延伸矩形形钢柱宽宽

12、度的一一半do即为钢钢柱的中中心位置置，do可根根据矩形形钢柱的的尺寸来来定，是是可以得得到的已已知数据据。在测测站上观观测观测测点b、c两点的的角度、两两点与测测站的斜斜距及竖竖直角。图-2:矩矩形钢柱柱中心坐坐标计算算示意图图则由已知方方位kp及 1、2可计算算矩形钢钢柱中心心坐标，计计算算法法如下：（2）钢柱柱中心偏偏移量及及钢柱的的扭转偏偏差值计计算钢柱中心偏偏移量是是钢柱中中心理论论值与钢钢柱中心心间接观观测值之之差；钢钢柱的扭扭转偏差差值是观观测标志志点的理理论值与与观测标标志点的的实测值值之差。以上得到了了圆钢柱柱和矩形形钢柱在在观测标标志截面面处的中中心点坐坐标和高高程，要要得

13、到柱柱面与柱柱底高程程，只需需在上述述点的坐标上上加或减减相差距距离即可可。4.2.11.3测试程程序：程程序编写写完成后后，应对对整个程程序的所所有功能能，各种种不同情情况进行行测试，确确保程序序执行结结果正确确。测试试的数据据至少要要包括所所有前面面已确定定的观测测标志点点的数据据。4.2.22施工测测量平面面及高程程控制网网的建立立：首级平面与与高程控控制网的的建立方方法及精精度等级级与其他他类似工工程一致致，并按按要求编编制测量量方案，为为了方便便全站仪仪测量点点的三维维坐标，要要求平面面控制点点与高程程控制点点布置在在同一位位置上。采用天顶仪仪进行竖竖向平面面控制点点传递，当当操作层

14、层到地面面控制点点的高度度大于1100mm时，依依据规范范应把地地面控制制点向上上传递，作作为上部部平面控控制点传传递的依依据，其其方法如如下条所所述。4.2.33平面控制制点竖向向传递4.2.33.1平面控控制点竖竖向传递递的流程程如图-3所示用天顶仪竖向传递水平控制点用天顶仪竖向传递水平控制点测量传递点之间的距离并与理论值比较自由网平差归化改正后放样出轴线网合格不合格图-3:平面控制点竖向传递的工艺流程4.2.33.2用天顶顶仪竖向向传递水水平控制制点轴线是高层层钢结构构安装的的生命线线，轴线线放样精精度的高高低将直直接影响响钢柱安安装的整整体垂直直度及构构件安装装速度。高高层施工工测量依

15、依据，根根据规范范的要求求，应从从地面控控制网引引投到施施工层，不不得使用用下一节节楼层的的定位轴轴线。从从工程测测量的角角度而言言，建筑筑物的整整体垂直直度的控控制主要要通过内内控、外外控或内内外控结结合的方方法来进进行的。高高层结构构竖向传传递一般般都采用用内控法法，投点点仪器选选用天顶顶准直仪仪。在需需要传递递控制点点的施工工层预留留孔处水水平固定定一块有有机玻璃璃板做成成的光靶靶，在控控制点上上架设天天顶准直直仪，慢慢慢旋转转天顶仪仪在（0、90、1800、2700、3600），便便在接收收光靶上上得到一一个激光光圆，圆圆心即为为该控制制点的传传递点。传传递过程程如图-4所示示。所有有

16、控制点点传递完完成后，则则形成该该楼层轴轴线控制制网。由于日光照照射不均均匀，高高层钢结结构会生生产较大大的垂直直度变化化，为了了减少日日光对水水平控制制点传递递的影响响，向上上传递控控制点的的作业时时间应选选择阴天天或日出出前进行行。图-4:平平面控制制点竖向向传递示示意图4.2.33.3测量传传递点之之间的距距离并与与理论值值比较对传递到施施工层的的控制点点组成的的控制网网进行角角度、距距离测量量。距离离用全站站仪或钢钢尺精密密丈量四四测回，各各测回之之间较差差2mmm，与理理论值之之差S不宜超超过6mmm；角角度观测测用J2级仪器器测量需需六测回回，必须须满足工工程测量量规范对对四等网网

17、测角的的规定：角度与与理论值值之差|应小于0.000255S33/S11S2（式中中：S3为两目目标点之之间的距距离，S1、S2为测站站点到两两目标点点之间的的距离，以以米为单单位）。若若角度偏偏差和距离离偏差S超出规规范要求求，则必必须重新新竖向投投测平面面控制点点。只有有当、S符合要要求后，方方可进行行平差。全站仪的普普及，使使得测距距比测角角方便快快速，人人为因素素对测量量精度的的影响较较小，实实际操作作时用测测边网比比较合适适，且定定权简单单。4.2.33.4秩亏自由由网平差差由于投点存存在误差差，因此此测量的的角度和和边长与与已知值值存在一一定的差差异，需需进行平平差处理理，以提提高

18、控制制点的精精度。由由于每个个点都可可能存在在投点误误差，平平差时无无起始数数据，因因此采用用秩亏自自由网平平差。无起始数据据的自由由网能较较方便地地找出它它的GT阵，因因此用假假观测值值法解法法有利，测测边网的的无起始始数据的的自由网网平差的的数学模模型及计计算过程程如下：式中，n为为观测值值个数，m为未知知数个数数。坐标近似值值采取底底层控制制点的已已知坐标标，在自自由网平平差时保保持了这这些点的的重心坐坐标保持持不变。实实际平差差时获得得的各点点精度均均较高，从从而保障障了施工工测量放放样的精精度，以以此作为为本楼层层细部平平面放线线的依据据。秩亏自由网网平差过过程也可可采用别别的公司司

19、开发的的成熟软软件进行行。4.2.33.5归化改改正后放放样出轴轴线网若使用全站站仪进行行细部轴轴线放样样，利用用上面平平差后的的控制点点坐标，用用极坐标标法放样样即可，无无需先对对控制点点进行归归化改正正；若用用经纬仪仪和钢卷卷尺放样样轴线，则则应先对对控制点点进行归归化改正正，然后后以归化化后的控控制点作作为平面面测量的的依据，钢钢卷尺测测距时，应应在钢尺尺的自由由端施加加标准拉拉力，且且需进行行温度尺尺长改正正。4.2.44标高的的向上传传递及控控制线放放样标高的传递递采用挂挂钢尺法法，在施施测的过过程中必必须施加加标准拉拉力，且且应进行行温度尺尺长改正正。另一一种方法法是在底底层的一一

20、个平面面控制点点上架设设好全站站仪，先先精确测测定仪器器横轴的的标高，在在仪器的的正上方方设置棱棱镜或反反射片，然然后转动动全站仪仪望远镜镜到垂直直状态，测测量两点点间的距距离，通通过计算算求得棱棱镜标高高，再把把棱镜高高和传递递到钢柱柱上。标标高向上上传递均均应单独独进行两两次，两两次测量量较差H不宜大大于7mmm,取平均均值作为为最后结结果。标标高传递递上来后后设置临临时水准准点，作作为该楼楼层上一一节点钢钢结构安安装标高高控制的的依据。传传递过程程如图-5、图图-6所示示：图-5:水水准仪传传递标高高传递示示意图图图-6:全站仪仪传递标标高传递递示意图图标高引测到到施工层层后，用用水准仪

21、仪在钢柱柱上放样样出统一一的控制制线，作作为钢柱柱安装的的标高依依据，水水准仪只只能架设设在固定定钢柱上上的仪器器托架上上。标高高的传递递同样不不得从下下层楼层层丈量上上来，以以防止积积累误差差。4.2.55钢柱垂垂直度校校正实时时测量过过程4.2.55.1钢柱柱垂直度度校正实实时测量量流程图-7所示示：-图-7：钢柱垂直校正实时测量流程图图-7：钢柱垂直校正实时测量流程图仪器架设、获取仪器三维坐标并定向实时测量，获取测量点的三维坐标系统计算钢柱中心实际坐标读取钢柱中心理论坐标并偏差计算偏差分析是否满足精度保存测量数据、下一钢柱校正测量否是钢柱调整校正4.2.55.2安置全全站仪、设设置测站站

22、三维坐坐标并定定向在操作层上上进行钢钢柱垂直直度校正正实时测测量时，测测站点尽尽可能选选用从下下方传递递上来的的控制点点，当用用这些控控制点观观测不能能满足施施工要求求时，可可以用这这些控制制点加密密一次控控制点，作作为临时时观测点点，为保保证测量量精度，临临时观测测点不能能作为再再次加密密控制点点的依据据。临时测站点点坐标的的测量可可以有很很多种，使使用不同同的设备备方法也也不同，当当使用全全站仪时时常用两两种方法法：1）极坐标标法，需需在已知知点上设设站测量量边长和和角度，该该种方法法测量结结果的误误差一般般不受控控制点网网形的影影响，误误差主要要来自角角度和边边长的测测量误差差，一般般其

23、点位位的误差差可达到到23mmm，并且且可以在在一个测测站上一一次测量量几个临临时控制制点坐标标，该方方法的缺缺点是在在获取未未知点坐坐标时需需在已知知点上设设架设全全站仪，作作业时间间长。极坐标法测测量过程程如图-8所示。图-8：极极坐标法法测量示示意图A、B为已已知点；A为测站站点；P1、P2、P3为待定定点2）仪器直直接放在在待定点点上进行行距离交交会（自自由测站站的一种种方法），其其点位误误差同样样受网形形的影响响很大，如如图-99所示:图-9：自自由测站站示意图图A、B、CC为已知知点；P为待定定点。mP=SQQRT(2)*m/ssin(P)mP：为待待定点的的误差；m：为测测距误差

24、差；P：为两两测量边边的夹角角。当待定点位位于以两两个已知知控制点点为直径径的圆周周上时（即P=90。），其误差最小，P角增大或变小都会使误差增大，当网形不好时其误差值会迅速增大，一般要求P角在120。60。之间，提高P点的位角精度可增测角度P，在通视条件好的情况下，也可增测P点与另一已知点的距离PC。一般全站仪都有自由测站的功能，有多余观测时自动进行平差处理，应熟悉仪器操作手册，明白各种仪器测量的不同之处。虽然自由测量的精度受图形影响，但自由测站减少一个测站的工作，可以加快测量速度，只是在测量时要注意点位的选择即可大大提高精度，加快作业速度。4.2.55.2仪器设设置好后后，就可可以进行行钢

25、柱垂垂直度校校正测量量，测量量数据是是钢柱校正正方向、校正多少的依据。对于每一根根钢柱，都都是依据据已经制制订好的的测量方方案进行行测量，在在钢柱吊吊装前先先在确定定好的位位置测量量标志。钢柱初步固定定后，对对测量标标志点进进行测量量。由于经经过初步固定定后，钢钢柱的垂垂直度偏偏差一般般小于1100mmm，因因此可以以依据测测量坐标标在数据据库中查查找到该该钢柱的的相关信信息，再再依据相相关信息息计算出出该钢柱柱中心坐坐标的实实测值，最最后计算算出中心心偏移与扭转偏偏差的大大小及方方向等信信息。测量前应依依据规范范、柱长长、施工工实际情情况等实实际情况况确定各各偏差量量的允许许偏差值值，并把把

26、相关数数据输入入到程序序，程序序自行判判断钢柱柱的各偏偏差值是是否符合合施工要要求。4.2.55.3信息及及时传递递给操作作人员:把上述述信息传传递到操操作人员员，指导导其施工工，传递递信息可可借助对对讲机等等工具。4.2.55.4 钢柱垂垂直度的的校正是是一个逐逐步逼近近过程，可可能需多多次测量量、校正正、测量量、校正正的重复复过程，其其垂直度度才能合合格。5材料本工法只控控制产品品的空间间位置，没有形成最终产品的材料。6机具设备备61施工工机具测量工作一一般由一一个小组组协同完完成，以以一个工工作小组组为例，需需要下表表所示的的机具。施工机具一一览表序号名称及规格格单位数量1全站仪套12便

27、携式计算算机台13对讲机对24可编程计算算器个155米钢卷尺尺把26红蓝铅笔只若干7工具包个18铁锤把19红油漆桶110排笔把111钢钉盒若干62检测测设备检测设备一一览表序号名称及规格格单位数量1全站仪套12便携式计算算机台13水准仪套14对讲机对25可编程计算算器个165米钢卷尺尺把27劳动组织织和安全全序号工种构成技术要求人员数量1测量工程师师有较好的编编程基础础，有钢钢结构施施工测量量经验。12测量工持测量员证证471劳动动组织情情况表（一一个工作作小组）72安全全措施施工测量工工作贯穿穿钢结构构安装施施工的全全过程，测量人员除了避免自身伤害外，还应避免测量仪器的伤害。测量施工人员除注

28、意一般施工人员所需注意的安全隐患外，还需要注意下列情况。7.1.11使用塔尺尺、花杆杆、长杆杆棱镜等等金属工工具应有有防触电电警示标标记。7.1.22测量人人员在钢钢梁、洞洞口边等等临边地点点作业时时，应有有可靠的的安全防防护设施施。7.1.33加强对对测量人人员的安安全教育育，测量量人员必必须穿防防滑绝缘缘胶鞋施施工。7.1.44当在隐蔽蔽的角落落测量时，应应有专人人进行安安全看护护。7.1.55测量员员不能离离开仪器器，嬉戏戏打闹，禁禁止闲杂杂人员围围观、碰碰触仪器器。7.1.66携带仪仪器不可可行走在在建筑物物边缘和和攀爬架架管等。7.1.77测量人人员不可可以用望望远镜直直接对准准太阳

29、，在测量量时不能能用眼睛睛从前方方观看望望远镜。8质量要求求81质量量标准对施工测量量的结果果，用现现行有效效的国家家规范和和行业标标准进行行验收，常常用规范范和标准准如下：工程测量量规范GB5500226-993钢结构结结构质量量验收规规范 GBB50220520001高层民用用建筑结结构技术术规程JGJJ99-98钢结构工工程施工工技术标标准八局企企业标准准ZJQQ08-SGJJB2005-22005582检验验办法利用全站仪仪、水准仪仪、钢尺尺等测量量工具对对结果进进行实测测实量，依据据规范、标标准的要要求，计计算出理理论值与与实测值的较较差。83质量量保证措措施8311必须严严格按规规

30、范要求求操作，并并认真执执行现场场方案及及规范所所要求的的各项测测量技术术、验收收程序。8322为防止止视线过过长，目目标模糊糊、晃动动等影响响，当土土建施工工到一定定高度时时（一般般1000米左右），把把基准控控制点向向上转置置，严禁禁逐层传传递。8333每一道道测量工工序完成成后，必必须按三三级验收收制度执执行，自自检合格格后方可可上报监监理工程程师复验验，合格格鉴认后后方可进进入下道道工序施施工。8344班组施施测前，做做好技术术交底工工作，技技术主管管对整理理的测量量成果必必须进行行会审，并并做好上上记录、施施工日志志。8355测量放放线前后后，及时时对测量量仪器进进行检验验，确保保仪

31、器在在状态良良好的情情况下运运行。8366工程中中所有距距离丈量量所使用用的钢尺尺或全站站仪，其其尺长必必须以同同一把钢钢尺作为为比较，最最好用同同一制造造厂的同同一批产产品，并并在同一一计量所所检定。9效益分析析91经济济效益分分析与传统的钢钢柱垂直直施工测测量方法法相比较较，本工工法在经经济效益益方面有有下面几几方面的的不同：本工法在前前期数据据准备及及程序编编写调试试需要比比传统方方法多用用一名测测量工程程师10天的时时间；传统方法是是平面施施测与高高程施测测分开完完成，而而本工法法平面施施测与高高程施测测同时完完成，节节约测量量时间三三分之一一；传统的方法法在钢柱柱垂直度度控制时时需要两两个测量量小组同同时进行行，而本本工法只只用一个个测量小小组就可可单独完完成，节节约测量量时间三三分之一一。因此本工法法与传统统方法比比较，测测量效率率高