钢结构安装施工测量方案及精度指标探讨

钢结构安装施工测量方案及精度指标探讨
高俊强樊增龙李基千
【提要】本文以大连远洋大厦钢结构安装工程为例，就我国高层钢结构安装施工中的工程测量内容、测量方法、程序步骤及精度指标进行了分析和总结。

【关键词】施工测量
【Abstract】 This paper, taking the steel structure installation of Yuanyang Building in Dalian as an example, gives the details and procedures as well as the accuracy analysis to show such kind of works.
【Key words】 construction surveying
1 概述
高层钢结构建筑自重轻、构件截面小、有效空间大、抗震性能好，施工速度快，用工少，除钢结构本身的造价比钢筋混凝土结构稍高外，其综合效益优于同类高层钢筋混凝土结构，建筑物高度超过100m以上的超高层钢结构，其优点更为突出。

但是，高层钢结构建筑技术复杂，施工难度较大，在材料选用、设备配置、构件加工、结构安装、质量检验等方面都有严格的要求。

为了保证钢结构有条不紊地顺序安装，保证钢结构的安装质量并且保证一定的安装速度，首先要合理安排各项施工工艺、保证结构安装中的整体与局部稳定性及对称性，并有足够的强度和刚度。

一般要进行事先验算，不足时则采取加固措施，最大限度地减少结构安装中的变形值，保证结构的安装速度。

为此，安装中一般应从中央向四周扩展，以利焊接误差的减少和消除。

对于筒体结构先内筒后外筒；对于对称结构采用位置对称方案安装和焊接；对于非对称结构按上述原则具体确定。

立面流水一般以一节钢柱为单元，每个单元以主梁或钢支撑、带状衔架安装成框架为原则，其次是次梁、楼板及非结构构件的安装。

一般凡有钢筋混凝土筒体结构的先浇筒体后施工，在复杂的钢结构工程中除钢构件外还应考虑钢筋混凝土预制构件及外墙板的节点构造，确定安装顺序是否穿插于钢结构安装中进行。

2 施工测量方案制定依据及作业技术要求
2.1 测量方案制定依据
一般钢结构安装工程施工测量方案主要依据下列规范及文本：
(1)中华人民共和国国家标准《钢结构施工与验收规范》GB50205-95；
(2)中华人民共和国国家标准《工程测量规范》GB50026-93；
(3)中华人民共和国国家标准《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95；
(4)中华人民共和国国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》
GB90204-92；
(5)业主、设计方提出的具体的设计说明及文字要求。

2.2 技术要求
钢结构安装施工的技术要求包含许多方面，诸如地脚螺栓预埋、吊装、校正、焊接等，而其中与制定测量方案密切相关的内容见表1。

注：H为钢柱和主体结构高度；L为梁长；H1为单节柱高度
根据上述规范要求的内容及表1的具体要求确定施工测量中应满足的限差：
(1)土建提供的定位轴线应认真复核其点位偏差，控制点之间的距离偏差必须小于4mm，角度偏差必须小于10″，如超过则需调整，并以此作为钢结构柱轴线的依据。

(2)引测的定位轴线，其外框轴线之间的总距离偏差仍应达到小于3mm，相邻二柱的柱距离偏差应小于2mm。

(3)地脚螺栓预埋定位的精度必须满足小于3mm的要求，并且标高误差应严格控制在2mm的范围内。

3 钢结构安装施工测量的主要内容
3.1 测量工作的主要内容
3.1.1 平面控制网的建立
平面控制网可以根据土建提供的轴线控制点(或网)直接利用，或依据大连市规划勘测院提供的坐标点引测到施工区域内，构成高精度的小型平面控制网(建立的过程同常规工程测量，这里不再赘述)。

3.1.2 地脚螺栓的预埋定位测量
地脚螺栓的预埋方法一般有两种。

一种是一次浇注法，另一种是预留坑位二次浇注法。

前一种方法要求测量工作人员先布置高精度的方格网，并把各柱中心轴线引测到四周的适当高度，一般超过底板厚度
10cm左右；后一种方法可待底板浇注完成初凝后再重引测平面控制网及柱中心轴线到各预留坑位的四周。

两种方法各有优劣，前者一次浇注预留防渗漏效果好，但是地脚螺栓定位后容易在浇注混凝土过程中发生位移，螺栓定位精度低；后者地脚螺栓定位精度高，但二次浇注，处理不当，容易产生渗漏。

3.1.3 平面控制点的逐层传递
为了确定出每一根钢柱的轴线位置，必须首先投测其平面控制网点，观测一般采用高精度的天顶准直仪或激光经纬仪配合激光靶进行，投测后的轴线必须进行角度和距离检测，距离可用钢尺直接丈量2测回，各测回较差<±2mm，与理论值之差｜Δs｜不宜超过4mm；角度观测必须满足《工程测量规范》对四等网测角的规定，角度与理论值之差｜Δβ｜应小于0.0025ρ×S AB/S1.S2(式中：S AB为两目标点的距离；S
、S2分别为测站点到两目标点间的距离；以米为单位)［1］。

然后进行1
平差和归化改正，最后再排尺、放线。

3.1.4 钢柱轴线位置的标定
不论是核心筒的钢柱还是外框架的钢柱，都必须在吊装前标定每一钢柱的几何中心，吊装后标定其柱轴线的准确位置(钢针刻划)，作为测控该节钢柱垂直度的依据。

3.1.5 钢柱标高的传递及误差调整
高层钢结构的安装对标高控制的要求很高。

GB50205-95《规范》规定：同一层柱各柱顶高差允许偏差为5mm；同一根梁两端高差允许偏差为L/1000且≤±10mm(L为梁长)；主体结构总高度允许偏差为±30mm 等。

另外由于制造公差、焊接收缩等原因造成各节钢柱的柱顶标高与设计标高不一致，因此为达到《规范》要求，在吊装前运用水准仪以某一设计标高值抄平各钢柱，并在抄平位置作好标记，如图1中A位置，同时对进入施工现场的钢柱用已检定的钢尺从柱顶向柱底往下截取某一长度，并在此位置作好标记(如图1中的B位置)。

然后通过调节图1中d 值的大小达到控制标高的目的。

如果抄平线A与截取线B不在同一截面时，必须用水平尺引测到同一个截面后方可进行调节。

每节柱吊装完毕后，都测定其标高，确定其与设计值的差异，如超过限差，则需要通过下一节柱的安装或反馈到制造工厂修正其长度来进行调整。

图1
3.1.6 钢柱焊接过程中的跟踪测量
在每一节钢柱吊装就位以后，通过初校使单节柱垂直度达到要求，同时尽可能使整体垂直度偏小，然后进行焊接，在焊接过程中，钢柱的垂直度必然会发生变化，这时需要采用经纬仪进行跟踪来测定其变化情况并以此指导焊接。

3.1.7 核心筒施工中预埋件的定位测量
根据投测上去的基准点进行检测，符合要求后放线。

用S3水准仪在已立好的核心筒剪力墙竖筋上抄出仪器的视线标高，作好标志，然后通过拉钢尺的方法把标高引到核心筒预埋件的设计值位置上，每个预埋件至少引测两个标高点，从此标高位置上定出预埋件的平面位置，通过焊接将其固定在竖筋上，在焊接过程中应用两台仪器进行监测。

由于土建支模、混凝土浇筑等作业影响，原来已定位好的构件有可能发生偏离，但偏差一般不会超过设计预留值，待拆模后预埋件和剪力墙一起不再受施工影响，故重新投点、排尺、放线，精确定出预埋件的轴线位置及标高位置，作为焊接连接板的依据。

3.2 测量工作流程图
测量放线工作作业流程如图2所示。

图2 钢结构安装测量顺序
4 工程实例
4.1 工程概况及安装工艺
由大连远洋公司投资的大连远洋大厦是第一栋由我国自己设计、国内制造、国内施工(中建八局)的超高层钢结构建筑。

建筑总面积为13.2万m2，其中地下室2.8万m2，结构形式分为A座、B座和连体裙楼三部分。

A楼地下4层，地上52层，总高度200.8m，设计采用内核心筒—外框柱结构体系，地下4层至地上6层为劲性钢筋混凝土框架柱，梁和板为钢筋混凝土结构，地上7层至52层梁柱为钢结构，核心筒为劲性钢筋混凝土结构，楼板为钢筋砼结构；B楼地下5层，地上26层，高度98.8m，为钢筋砼框筒结构；连体裙楼地下4层，地上6层，高度26m，为钢筋砼框架结构。

根据业主要求，钢结构6层以下部分同土建结合交叉施工，并会同B座、连体裙房同时施工，计划二个半月完成，6层以上主体钢结构安装，要求5个月时间完工，即到97年11月底封顶。

要求吊装平均速度保证达到3节/月，即达到平均50件/天的工效水平。

对照国内钢结构工程施工实例，这是个高水平的要求，对超高层钢结构要求这样的安装进度尚无先例可循，再考虑大连地区的气象条件影响，这一要求就更难实现。

针对上述工程结构及其特点要求，大连远洋大厦高层钢结构的安装顺序是平面以核心筒为中心往四周扩展进行安装，竖向是从下往上先核心筒后外框柱进行安装。

为此，远洋大厦高层钢结构工程根据施工深化图及施工进度，分批编制了构件的安装顺序图和安装顺序表，用于指导
安装和配套供应。

包括：①钢柱安装顺序图(图3)，②主梁安装顺序图(图4)，③次梁和压型钢板安装顺序图。

(a)1-14层
(b)15-52层
图3 柱子安装顺序
(a)1-14层
(b)15-52层
图4 主梁安装顺序
4.2 垂直度控制测量方案
平面控制网用常规方法建立，具体要求见前文。

从地下4层到地上6层都采用统一控制网和土建同步向上传递，但在6层以后为了保证核心筒剪力墙有足够的养护时间，施工要求核心筒先于外框架柱3节的高度施工。

这就要求核心筒有独立的施工控制网，但同时又要求核心筒部分与外框架柱联系在一起，并还要和土建保持一致。

为解决这一矛盾施工时我们建立了外框柱8点，内核筒4点的“重叠式矩形控制网”，详见图5。

图5 矩形控制网
在内核筒的施工中为控制劲性钢柱(H型)的垂直度，提出了“逐节控制，逐层调整纠正”的方案，即首先在吊装后控制单节柱的垂直度，基本到位(此时由于风振及无法固定等原因可能会出现变化)，在每层混凝土强度达到后，再检测一次柱顶偏差，依据此数据在绑扎上一层钢筋时再进行调整，不一定能调整到位，待第三层混凝土浇注后，再测量校正一次到位。

另外，为保证核心筒钢柱位置的绝对正确，逐层投测“空中轴线”并平移到核心筒混凝土墙面上，检核复核无误后，再在空中钢梁上架设经纬仪(需用专用夹具)监控单节柱的垂直度情况并记录，其目的在于控制钢柱扭曲、变形及激光靶扭转造成激光经纬仪跟踪产生的失
真情况。

外框架柱的垂直度控制是依据8个控制点架设仪器并在柱顶安装激光靶来纠正调整单节柱的垂直度，其它钢柱即利用此8根柱(称为标准柱)用拉线(细钢丝)钢尺量距的方法来调整就位。

关于柱、梁标高的控制，大连远洋大厦是在柱顶抄平各节钢柱，测出其误差，再进行调整。

5 结束语
钢结构安装施工测量是随钢结构建筑的兴起而出现的新的测量工作，比一般的工业设备安装测量更加复杂，而且需要其他工种相互配合，相互协作，并随安装工艺流程的变更要及时变化作业方法和手段，具有丰富的实际工作经验及一定的理论知识才能胜任此项工作。

此外，根据笔者的经验，高层钢结构工程中土建施工、构件制作和结构安装质量监理等多个方面应使用具有同一标准的钢尺，量测的手段也必须具有相同的精度，这是各项工作的基础。

作者单位：高俊强(南京建筑工程学院南京210009)樊增龙(中国化学工程南京岩土工程公司南京210035)李基千(中建八局安装公司南京210000)
参考文献
[1]高俊强：高层建筑施工轴线控制中有关问题的研究，《南京建筑工程学院学报》，1998(3)
[2]杨嗣信胡世德侯君伟主编：《高层建筑施工手册》，中国建筑工业出版社，1992年
[3]中华人民共和国冶金工业部标准，《冶金建筑安装工程施工测量规范》(YBJ212-88)，冶金工业出版社。