高层钢结构施工测量放线工法(全站仪 三维坐标定位)

超高层钢结构复杂空间坐标测量定位工法

1前言

随着我国建筑业的发展，高层、超高层钢结构工程越来越多，施工测量贯穿在钢结构施工的整

个过程中，测量的精度直接影响着钢结构的安装质量。我公司承建的中关村金融中心工程为150m

高的全钢结构，工程造型独特，施工测量复杂，外轮廓为世界上独一无二的双曲面结构，竖向为半

径750m的圆弧，平面圆弧最大半径为100m。钢柱全部为三维坐标定位，核心筒以外的定位轴线为

弧线。通常的是工测量方法在本工程中已不适用。通过认真研究、精心施工，高质量、高速度完成

了工程的施工测量工作，并形成本工法。该工法由中铁建设集团有限公司研究开发，在中关村金融

中心工程中成功应用去的了很好的技术和经济效益。该科技成果被评为北京市二等奖，其关键技术

已达到国际先进水平，填补了我国的空白。该工法已获得铁道部优秀工法一等奖。

2工法特点

2.0.1本工法的施工特点是：采用全站仪进行空间点的三维坐标定位，形成整个空间三维坐标系。

2.0.2与传统的测量方法相比，该工法施工测量方便，测量精度高，施工安全，施工速度快，有

利于提高技术经济和社会效益。

3使用范围

所有高层、超高层钢结构工程的施工测显放线。

4工艺原理

平面控制网的建立采用内控和外控相结合的方法，平面控制采用内控法施工、外控法校核的方

法。钢柱定位采用先进的全站仪进行三维坐标定位。钢柱柱头标高、钢柱垂直度、钢柱间的水平距

离层层进行测定和校验。

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

测量准备一控制网建立（包括平面控制网和高程控制网的建立）一地脚螺栓三维坐标测量定位

一测量放线控制一外控法控制钢柱的位置一钢柱安装测量一钢柱安装质量测量

5.2操作要点：

5.2.1测量准备

⑴所有测量仪器准备齐全，并按《中华人民共和国计量法实施细则》规定检验合格：

⑵施工图纸审核完毕，并完成设计交底；

⑶专业测绘设计单位提供的工程水准测量成果、高程测量成果等资料齐全：

⑷现场桩位交接完毕，并做好桩位保护，资料齐全；

⑸定位依据的复核；

（6）用坐标反算法核对所给点的边长D和方位角小；

⑺用符合校测法所给出的水准点进行校核。

5.2.2控制网建立

⑴平面控制网建立

1）根据据每个工程的特点，为方便施工测量，提高施测效率，施工测量可分为一个或两个区域

进行。通常两个区域的划分为：核心筒的施工测量是一个单独区域，核心筒外的钢柱施工测量是另

一个区域。根据每个工程的高度和工程的特点，可采用内控法或内控法和外空法相结合的方法。

2）核心筒控制网建立：

•外控网建立：将核心筒最外边的四条轴线分别向外扩1m,形成核心筒外控平面网，见图5.2.2-1。

•内控网建立：从首层（±0.000以上）开始往上的所有层，必须要在核心筒每层顶板上预留孔

洞以便用激光铅垂仪进行测设。a、b、c、d四个轴线的交点构建木工程的内控网，每层板上预留4

个200X200的激光铅垂仪用的孔洞，用来投测施工时使用，见图5.222。

图5.2.2-1核心筒外控平面控制网图5.2.2-2内控平面控制网

3）外围钢柱测量平面控制网建立：根据每个工程的构件布置情况，可以建立一个或多个平面外

控网。中关村金融中心工程南北柱子为斜柱，东西两侧为直柱，因此南北和东西分别建立两个平面

外控制网,见图5.2.2-3、图5.2.2-4。

图5.2.2-3南北外控平面网图5.2.2-4东西外控平面网

⑵高程控制网的建立

1）用校核无误后的水准点向现场较永久的建筑物上外测本工程的±0.000,用红色油漆作

标记，作为本工程的高程依据。为提高精度，在引测过程中必须使用前后视等长的原则。

2）在施工过程中，必须经常进行现场高程点的复测工作，确保引测的高程点正确无误。并在现

场布设4〜5个同等高程的标高点作为地下地上高程的依据，要在距离本工程一定位置的地方埋设至

少3个水准基准点组成高程点组。

5.2.3地脚螺栓埋设测量

在地脚螺栓的顶端临时安装一定位钢板，与预埋钢板平行并与地脚螺栓垂直。利用架设在柱纵、

横轴线交点上的两台经纬仪垂直交汇，定位钢板上的纵横轴线允许误差为0.3mm.在灌注基础混凝

土前，进行检查调整纵、横轴线与设计位置的允许误差为0.3mm。

5.2.4测量放线控制

⑴平面控制

1）首层底板放线：首先校测控制桩无误后，在控制桩架经纬仪，精密对中后，以盘左盘右取中法,

把控制点投测到首层板面上，并进行闭合校核，闭合差符合测角中误差±10〃，边长相对中误差

1:10000范围内校核无误后，进行细部点投测，经自检、互检，报监理工程师验线合格后，依据轴

线控制网图和施工分区图做控制桩点，作为竖向控制基点。控制桩点做法，用冲击钻把桩点钻出，

然后把钢筋埋入，并用钢锯条锯出十字划在钢筋上作出标记。

2）标准层测量工作与钢结构施工关系（以一柱二层为例）：钢柱安装（先校正标高，再校正位移、

最后调整钢柱的垂直偏差）一测量校正一下层框架梁一上层框架梁一测量一螺栓初拧一下层次梁、

小梁一下层压型钢板堆放一上层次梁、小梁一测量校正一高强度螺栓终拧一压型钢板铺设（楼板50nmi

控制线）一钢筋、混凝土施工。

⑵±0.000以上部位轴线控制：

1）本工程属于超高层建筑（檐高150m）,采用内控外控相结合的方法。结构垂直度要求非常严格，

四周测量场地比较狭小。以首层轴线控制网中基点作竖向投测时，应特别注意以下三点：

•事先应严格校正好仪器，投测时，严格定平度盘水准管。

•尽量以首层轴线为准作后视。

•取盘左、盘右向上投测的平均位置.

2）从首层顶板上开始按留洞平面图所示位置每层顶板留出4个200X200的方洞，作为用激光经

纬仪向上传递各层轴线的依据；

3）留设此施工洞时，位置必须正确，测量人员在每层浇混凝土前应对各洞定位进行校核。用线

坠校核上下层控制线间的误差，用钢卷尺闭合校核轴线控制线间的距离.在首层顶板上就把各控制

轴线引测到较远的马路上，然后每隔6层用激光经纬仪加弯管目镜串中法向楼层投测相应轴线作为

闭合，保证高层竖向轴线正确。内控法与外控法共同操作，相互校核。保证层层有校核。

4）当建筑物施工到一定高度时，外控制和远方轴线标志不太好利用，此时必须以内控制为主要

依据。测量员必须注意，外控制、轴线标忐和内控制之间的关系必须保持一致，控制点之间距离误

差要求达到±2mm,测角中误差±5"。

⑶标高控制：

1）首先校测±0.000标百点，然后将士0.000抄测到建筑物外墙四周并引测到电梯井，用墨斗弹

出，闭合差在±3mm以内。

2）用50m钢卷尺直接从_L0.000点沿电梯井和核心简结构底板预留洞错直拉山各层距结构板面

500mm的统一高程点，当两点高程传递到同一施工面时，用水准仪对传递高程点进行闭合校测，取

其三个高程点传递的平均值为准，作为各层结构高程的控制依据，在工作面上大面积进行抄平。

3）在每层楼板施工完毕后，将激光铅垂仪放置于首层底板上已埋设好的控制点a（或b、c、d）

上将激光铅垂仪精确对中、整平，然后调焦望远镜，照正施工层上的接收靶，利用无线对讲机通知

并指挥施工层上操作接收靶的测量人员，使接收靶上正交的坐标中心点同激光铅垂仪I•字丝交点完

全重合。此时，固定好接收靶，为了消除仪器自身存在的系统误差，再将激光铅垂仪平转90°方向，

重新观测仪器十字丝交点是否与接收靶的正交坐标交点重合，如果重合，说明仪器本身没有存在系

统误差。这样接收靶上的正交坐标交点即为控制点a的向上投影点；用同样的方法将其余各控制点

分别投测到施工层楼板上，同样得到相对应的投影点。

4）控制点投测到施工层楼板上之后，将全站仪分别置于各投测点上，校测各个角及相邻两投测

点间距是否同首层±0.000底板上对应的各个角度及控制距离相符，待角度、距离校测后，将投影

点用墨线连起来，然后以挖制线为基准，用检定过的501r.钢卷尺，将各条轴线投测于楼板上。最后

以轴线为基准测出与钢柱所在轴线的借用1m控制线，作为下一节钢柱校正的依据。

5.2.5外控法控制钢柱的位置（以中关村金融中心工程为例）

⑴利用上图5.2.2-3和上图5.2.2-4作为外控法的轴线控制依据。

⑵南北钢柱定位，见图5.2.2-3

1）用全站仪把。点坐标定出来，在。点放置一台DJD2A级的电子经纬仪，作为塔楼南北钢柱的主

控点。定出A、B、C控制线，根据图纸尺寸把TR2〜TR7各轴线与c轴的交点定出来，同样把TR8〜TR14

轴线与a轴的交点定出来。

2）DJI）2A级电子经纬仪架设在o点，用来控制TRBs轴和TRGs轴上钢柱的垂直于TR1〜TR14轴方向

的位置。莱卡全站仪（TCA2003）架设在TR1〜TR14轴与a、c轴线的交点上，用来控制钢柱的轴线径

向位置。

⑶东西两侧钢柱定位，见图5.2.2-4

1）用全站仪把。点坐标定出来，在。点放置一台DJD2A级的电子经纬仪，作为TRBs轴和TRGs轴上

钢柱的主控点。把TRI、TR7、TR8、TR14、TRC〜TRF、TRJ〜TRN轴线上的各个坐标点同样用全站仪

定出来。

2）用两台DJD2A级电子经纬仪架设在任意一根柱子的两个轴线上，用正交法即可把钢柱位置精

确定位出来。

5.2.6钢柱安装测量

⑴构件进场复测

1）在安装测量前，对柱、梁、支撑等主要构建尺寸与中线位置进行复核，构件的外形与儿何尺寸

的偏差符合“建筑钢结构质量验收规范”的规定。

2）根据流水分区的划分以及钢柱吊装顺序，在需要吊装的钢柱上面根据钢柱原有的冲眼标出轴

线或中心线，并用红色三角作出标记，以便校测用。见下图5.2.67。在吊装前，必须对钢柱的长

度，及截面几何尺寸作检查，以作为吊装测量控制标高的依据。

图5.2.67钢柱上标注基线示意图

⑵定位复测

在基础混凝土面层上第一节钢柱安装前，要对钢柱地脚螺栓部位的柱十字定位轴线控制点组成

的柱格网进行检查、调整。其误差小于1mm。安装时柱底面的十字轴线对准地脚螺栓部位的柱十字

定位轴线。其误差小于0.5mm.。

⑶钢柱垂直度校正

1）将检定过的两台DJD2A级电子经纬分别置于相互垂直的轴线控制网上，精确对中，整平。后

视前方墨线（控制轴线），然后纵向转动望远镜，照准钢柱头上操作人员的标志，并读数，与设计

控制值相对比后，判断方向并指挥吊装人员，对钢柱进行校正。直至在两个方向上均校正在正确垂

直位置后，将四个方向的搅风绳拉紧，然后通知吊装人员进行焊接。

2）由于焊接时，考虑到焊接使得钢骨收缩，而使得柱子偏移，所以必须随时监测并同时校正垂

直度，钢柱校正方法如图5.2.6-2所示。

粮建片

图5.2.6-2钢柱测量校正图

⑷钢柱顶位移校核

在下・•节钢柱吊装前，必须对前•节钢柱顶的偏移进行复测。复测方法用楼板1：已经投测的轴

线及轴线控制线，量出控制线与钢柱中心的尺寸，根据实测数据整理成测量报告，上报各有关部门，

并进行数据分析工以备在下一节钢柱吊装时进行平面调整，以免误差积累而影响总的垂直度。

⑸钢柱安装复测

1）当钢柱初校完后，需安装钢梁。梁柱之间用高强螺栓连接，在连接安装过程中，将会影响

钢柱的垂直度，因此必须安装校检。

2）螺栓初拧之后，需要终拧。终拧同样将会对钢柱垂直度有所影响，为了保证钢柱安装精度

的要求，需作进一步的校测。校测后的测量数据作为节点焊接参考依据。

3）终拧之后，下道工艺是焊接之后的焊缝将会收络。因此，焊接之后，必须再一次校测，校

测后记录下来的测量数据，主要为下•层钢柱安装提供调整依据。

⑹其它测定

在进行柱、梁、支撑等构建安装时，应以柱为准，调整梁和支撑，以确保建筑物整为的铅直度。

在焊接时必须观测与记录以下项目：

1）柱与梁焊缝收缩引起柱身铅直度的测定；

2）柱的日照温差变形的测定值；

3）塔吊锚固在结构上，对结构铅直度的测定；

4）柱身受风力影响的测定。

5.2.7钢结构安装质量检验

⑴钢柱头标高检验方法

用校核无误的当前施工层的控制标高作为基点，用水准仪将低于柱顶300mm的标高线投测到钢

柱上，并弹上墨线。然后用经过检定的钢尺；量出墨线到柱顶的实际尺寸并记录下来。将实测后的

数据整理上报,见图5.2.7T、5.2.72

图5.2.7-I钢柱标高检验图图5.272钢柱垂直校正图

⑵首层以上钢柱垂直度检验校正

1）将首层基准轴线投测到钢梁面上，所投测的线距离梁上的基准设计轴线1m；

2）校测梁上基准线的平面位置、尺寸、关系、经校测符合精度后，方可使用：

3）将经纬仪架设在梁面基准线上，后视基准线方向向上投测，钢柱顶部卡有读数标尺；

4）根据仪器与轴线的间距关系，在标尺上读出相应的尺寸，以此来校正钢柱。见示意图8：

⑶钢柱之间水平距离的检验校正

1）当钢柱吊装完毕后，经过垂直度校正和标高校正完成后，需要进行平面位置校正；

2）AC2003全站仪可以对任意多的点距离联测，利用全站仪的这一程序，来对钢柱水平面位置进

行校验；

3）首先根据设计图纸，在计算机中把任意两个钢柱的平面位置距离计算出来，如图5.2.7-3所

示O

图5.2.7-3

4）用全站仪架设在任意位置（必需能够看到两个钢柱），使用距离联测程序测量出两个钢柱间

的实测距离。把测量数据俣存起来，作为钢柱校测的依据。

6材料及设备（以中关村金融中心工程为例）

表6-1

序号名称型号与规格数量精度

1莱隆站（义TCA20031台0.5"

2「好姿取DJD2A3台2〃

3激起睡仪D2J22台1/45000

4自动安平水准仪NAL1322台±lnm

5舐5m2把limi

6汨刷点器2台

7楂镜20个

8钢卷尺50m2把lirm

9trnwLTZ-200N2只

10机4部

7质量控制

表77

序

项目图示允许偏差(mm)检查方法

号

L/20000

n

1钢结构定位轴线-H用经纬仪和钢尺检杏

且W3.0

L±a

—

2柱子定位轴线=r1.0用经纬仪和钢尺检查

3地脚螺栓位移2.0用拉线和钢尺检查

底层柱柱底轴线

43.0用吊线和钢尺检查

对定位轴线偏移

5上柱和下柱的扭转3.0用钢尺检查

6底层柱基准点标高1A±2.0用7K准仪检查

-

4

h/100用经纬仪或吊线和钢尺

7单节柱的垂直度q

且W10.0检查

1n-

-壬-

匚Ln

8同一层柱柱顶标高之差一=□5.0用7K准仪检查

匚-IJzz]

-

一——i-

一­L/1000

9同一根梁两端水平度用水准仪和钢尺检杏

旦W10.0

_-»r

压型钢板在钢梁上

1015.0用直尺和钢尺检查

的排列错位

L/1500用经纬仪或拉线和钢

11建筑物整体平面弯曲

且尺检杳

一■<-W25.0

[I

(H/2500)+10

12建筑物的整体垂直度用经纬仪检查

且W50.0

按相对标高

L(—用钢尺检重