珠江新塔钢结构安装

摘要：结合广州珠江新城西塔工程的钢结构施工，介绍了超高层钢结构施工过程中的测量关键技术，包括坐标系的转换、轴线控制点的竖向传递、倾斜圆管柱安装精度的控制、复杂构件检验、外环梁的精度控制等。

关键词：超高层；测量；坐标转换
1、工程概况
广州珠江新城西塔主塔楼总建筑面积为253076㎡，建筑高度为432m，地上共103层，地下室为停车场和餐厅，地上为办公楼、高级酒店客房、最高处设有直升飞机平台。

塔身平面呈“心”形布置，其外筒平面轮廓由三段大半径和三段小半径的圆弧相交组成，外筒立面呈“鼓”形，由三种大曲面和三种小曲面相互间隔连成一体。

本工程外筒由30根钢管柱15个节点，最大的重量是64t，相互斜交形成网格状，通过楼层环向、辐射钢梁与内筒混凝土剪力墙或钢框架连接成一体，形成高耸的空间稳定结构。

2、控制网的建立
2.1、坐标转换
钢结构设计图上所有外框筒节点定位平面坐标均为建筑坐标（x-o-y），原点为内筒中心，即编号为A、B、C的三条轴线的交汇处。

总平面设计图中所有桩点坐标为城市大地坐标，两坐标系旋转夹角为150，按下图所示进行坐标系的转换，统一归化为建筑平面坐标，便于现场测量的快速计算。

下图中“X-O-Y”为城市大地平面坐标系，“x-o-y”为建筑平面坐标系。

2.2、二级控制点布置
平面轴线控制点的位置转换方法，首先应以图纸设计的轴线点理论坐标为根据，对原控制点坐标进行测设；然后布网测量并进行平差处理，与理论值比较，当误差在允许范围内时才可以继续上传递。

69层转换点位后的内圈测量控制网可以一直使用到屋顶层，详见图69～71层二级测量控制点、主楼71层～98层二级测量控制点布置示意图、主楼98层～屋顶层二级测量控制点布置示意图。

3、控制点的向上引测
竖向引测对接收点组成的控制网进行角度、距离测量，考虑投点存在误差，因此测量的角度和边长与已知存在一定的差异，需进行平差处理，以提高控制点的精度。

3.1、平面轴线引测
上部楼层平面轴线控制点的引测，首先在±0.000m混凝土楼面激光控制点上架设激光铅直仪，垂直向上投递平面轴线控制点，以后每隔54m中转一次激光控制点，（图9 详见标高引测示意图）。

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。

3.2、标高控制点引测
地上楼层基准标高点由全站仪从首层楼面竖向引测，每升高54m引测中转一次，54米之间各楼层的标高用钢卷尺延主楼核芯筒外墙面向上量引测。

全站仪引测标高基准点的方法如下：
（1）、在±0.000m层的砼楼面架设全站仪，通过气温、气压计测量，对全站仪进行气象改正设置。

（2）、全站仪后视以每隔54m中转一次的核心筒墙面+1.000m为标高基准线。

测得仪器高度值，对仪器内Z向坐标进行设置，包括反射棱镜的常数设置。

示意如下：
（3）、全站仪望远镜垂直向上，延激光控制点的预留洞口垂直向上测量，顶部反射棱镜放在土建提模架或需要测量标高的楼层位置，镜头向下对准全站仪。

由于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：
（4）、计算得到反射棱镜位置的标高后，用水准仪后视全站仪测得的标高点，计算水准仪高度值，将该处标高转移到剪力墙侧面距离本楼层高度+1.000m处，并弹墨线标识。

4、外筒钢柱安装测量定位技术
测量定位技术主要体现在外筒钢结构，外筒钢柱节点为X形，各层节点的分枝角度不同，所以每一个节点的位置都必须用全站仪进行三维空间坐标定位测量。

测量放样总体流程：
测量步骤：
（1）计算上一节将要吊装的钢柱顶中心的三维坐标；
（2）平面和高程控制网点投递到顶层并复测校核；
（3）吊装前复核下节钢柱顶中心的三维坐标偏差，为上节柱的垂直度、标高预调提供依据；
（4）对于标高存在误差的钢柱，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；（5）用全站仪对外围各个柱顶中心进行坐标测量；
a、架设全站仪在投递引测上来的测量控制点上，照准一个或几个后视点；
b、输入后视点、测站点坐标值、仪高值、棱镜常数、棱镜高度值，建立本测站坐标系统；
c、配合小棱镜或对中杆测量各柱顶中心的三维坐标；
（6）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；
（7）向监理报验钢柱顶的实际坐标，焊前验收通过后开始焊接；
（8）焊接完成后引测控制点，再次测量柱顶三维坐标，为上节钢柱安装提供测量校正的依据，如此循环。

计算三维坐标：
(1)常温条件,不考虑荷载增加引起变形而影响每节柱顶中心点的三维坐标；
(2)按施工顺序，考虑各种因素，主要是荷载增加引起每节柱顶中心点位移。

6、X节点构件进场检查
外框筒由30根巨型钢管混凝土柱斜交组成，共分成17个区域。

每个区域由钢管相交成15个X节点，共255个。

X节点受力大，构件对接部位多，每端口对接中心控制点之间夹角面多而杂。

由于钢结构构件在工厂内加工制造的质量好坏，对钢结构工程的现场安装及整体结构的安全稳定至关重要，因此对构件的精度要求非常高。

6.1、验收原理
采用高精度全站仪，对于每一个构件建立新的坐标系，对关键点位的检测，记录三维坐标，将实测坐标输入电脑并转换为图纸构件同一坐标系,还原实物,
将实测构件关键点坐标与构件标准模型以最大限度拟合对齐，得出偏差。

6.2、验收内容
本工程X节点构件构主要测量工作内容包括：钢柱外形尺寸、对构件各关键点位空间坐标进行检测、柱上牛腿和连接耳板。

6.3 、验收过程
6.3.1 钢柱外形尺寸检验
钢柱外形尺寸验收包括钢柱的直径、长度、柱中圆心间距，其中直径和柱中心间距尺寸非常重要，对构件拼装影响大，钢柱直径检查采用钢卷尺，直接量取两对角点（柱口四等分点）距离，（对角点在构件出场时以经用红色油漆笔做出醒目标记）以垂直角度量取两次取平均值，柱的长度及柱中心间距由于构件的特殊性用钢尺检验比较困难，在后面用全站仪检测。

6.3.2、节点测量
本工程测量工作的重点就是节点各连接点测量，它关系着整个建筑的最终成型，由于每个节点上有4个直管柱、6个钢梁的连接分枝，各分枝的位置处于三维空间状态，这构成了节点形态复杂，空间位置各异，因此必须采用三维坐标测量法核对各点的空间位置。

（1）X节点采用三维坐标测量，坐标精度要求非常高，必须配置高精度全站仪，本工程拟选拓普康GPT-7001全站仪作为主要测量仪器，并配反射薄膜贴片。

（2）X节点测量流程
在测量的过程中必须为每个X节点建立单独坐标，使X节点的坐标统一。

利于测量控制计算，工程资料的记录、检查。

6.3.3、柱上牛腿和连接耳板、各关键点位空间坐标进行检测
现场单个X型外筒节点构件，周边建立任意坐标系。

坐标系建立以方便测量、各控制点相互通视、架设地点坚硬为原则，测站点坐坐标定为（0，0，0）。

在钢柱四等分点拉上磁力线锤确定圆心，拉上磁力线锤后必需再用钢卷尺复查，以保证圆心准确性，然后调节十字架中心激光反射片中心与磁力线锤交点重和。

牛腿测量以牛腿外边中点向内偏移150mm
X节点钢柱三维坐标测量要点
(1) 在地面已建立好坐标系原点上架设全站仪，在节点管口测量点上安放激光反射片；膜片中心与节点上十字中心重合，因膜片厚度＜1mm，全站仪数据面板显示的坐标读数即为该点的实际数值，省略了反射棱镜垂直对中和坐标值换算的麻烦。

(2) 在同一点上，全站仪每次架设高度不可能一致，也没规律可寻，若用钢尺量取仪器中心的高度，则误差较大，不能满足精度要求，因此在正式施测前，对一个已知高程点作Z向坐标的比测，将测得的数据直接在全站仪上进行数据改正。

6.4、偏差核对
6.4.1 将记录实测的节点柱关键点三维坐标（1、2、3、4、5、6号点），并输入电脑。

6.4.2 将实测出三维坐标线模与厂家提供标准三维模型以最大限度拟合对
齐，以3号点为起始点，3、1，3、4为起始边对齐，即可捕捉到线模A与标准模型B上的4个管口坐标实际偏差。

上面提到的牛腿、连接耳板的位置和角度偏差均可以此体现出来。

如下图：
6.5、偏差核对数据
构件坐标偏差核对时，因为是以3号点为起始点，3、1，3、4为起始边对齐，以3号点为基准点，而构件实际偏差定位是以X节点中心交点o为基准点（因构件自身情况特殊性而观测不到），所以在以上得出偏差值必须除以2还原实际偏差值。

钢结构施工中，对构件精度要求高，而且验收要求迅速、可靠，不影响施工进度。

传统钢尺测量法是目前钢结构构件验收采用的普遍方法，其原理简单、直观，容易被大多数人所接受，但工作较大，不仅耗费大量的人力、物力，而且效率较低。

在高新技术日益发展的今天，全站仪和电子计算机得到了广泛的应用，运用接口技术使二者相连，建立一套完整的全站仪实时测绘系统对钢柱验收检查是非常必要的，西塔钢结构施工中，对常规方法与钢结构实时测量系统进行了比较，结果说明该系统不仅提高了工作效率，而且提高了构件的检查精度。

7、结束
广州珠江新城西塔工程建筑造型独特，外筒巨型钢柱成斜交网格、钢柱角度变化复杂，立面成腰鼓型，此结构体系在国内尚为首次，在施工过程中积累了许多成熟的测量技术，为其他类似项目的测量工作提供了借鉴参考的实践依据。