超高层倾斜柱测量研究与探讨

超高层倾斜柱测量研究与探讨

梁骞 候健彤 饶健辉

中国建筑第八工 程局 广东广州 510000

摘要：近年来，新型钢结构体系的不断出现，使建筑整体外形不再局限于传统的长方体及圆柱体等常规的空间几何体，取而代之的是一些来自于自然元素的异形空间几何体。相对而言，钢结构建筑外形越是独特，其施工难度就越大，对其施工过程中的测量定位要求也越高，尤其是异形空间结构，传统的轴线定位和钢结构安装测量控制技术在此类工程中不再适用，三维空间坐标测量定位技术，将成为现代钢结构测量定位的一种重要手段。

关键词：超高层；倾斜柱；测量；研究与探讨

前言:

随着人们对建筑视觉效果的追求，建筑设计、施工等行业水平的提高，各类倾斜建筑相继出现。西班牙马德里市的欧洲之门、中国中央电视台新台址，与前两倾斜建筑相比，居然大厦更具特色。本文介绍居然大厦钢结构深化设计利用X steel对建筑主结构建模，将倾斜柱进行有效分段，利用全站仪进行空间坐标定位，将相关信息反馈到钢柱加工厂，钢结构加工厂将施工过程中的误差作为下一节柱加工的预调值，以达到对建筑物整体控制的目的。

一、施工测量与控制的难点

因钢柱的空间角度变化，不同柱的空间角度不同；深化设计必须逐根柱逐层建模，随着施工误差预调值得出现，深化设计须不断对模型进行修改，施工过程中的变形，它来源于自重恒载、外加恒荷载、准永久荷载和基础沉降，这些将引起空间坐标的变化，这些荷载随着施工阶段的不同而改变，而施工测量是贯穿于整个结构施工，这就给工测量带来了不可避免的影响。此外，因场地狭小制的基准点随着施工的推进将会改正，使基准点满足测量施工及测量仪器的精度要求，因施工预调值的出现，钢构件加工及安装的进度都很难控制^[1]。

二、斜柱测量原理

斜柱在现场全站仪测量放样之前，需经过严密的内业数据计算，体育场斜柱分为单斜和双斜柱两种，后者又称斜扭柱，柱子垂截面为正方形，设计图纸给出了边长以及柱子底面，和顶面中心点在体育场施工坐标系中的三维坐标，单斜柱是指柱子绕其横截面往一个方向倾斜，单斜柱在水平面的截面为矩形。而斜扭柱相当于单斜柱绕柱中心线再旋转一个角度，设计也给出数值，从柱顶部往下看，顺时针为正，当柱子为单斜柱时=0，所以可以说单斜柱是斜扭柱的一种特殊形式。斜扭柱在水平面上的截面为平行四边形，放样内业工作首要解决的问题是在给定一个任意高程的情况下，均能计算出该高程面上斜柱的四角点坐标。

三、钢结构倾斜柱的测量定位与临时固定

外倾斜钢柱是指其水平投影，已超出其下部相邻楼层范柱间支撑，大楼整体钢结构示意围的斜钢柱，内倾斜钢柱是指其水平投影未超出其下部相邻楼层范围的斜钢柱。内倾斜钢柱在安装时可通过在底部楼层钢梁上加设刚性支撑，来辅助该钢柱的测量定位和临时性固定，且在自重作用下，内倾斜钢柱沿倾斜方向的后续变形较小^[2]。而外倾斜钢柱的测量定位不同于内倾斜钢柱，其测量定位和临时性固定都比较困难。本工程总结以往经验，通过技术创新，在安装过程中通过“手拉葫芦+钢丝绳”相结合的方式，来辅助外倾斜钢柱的测量定位和临时性固定，再通过手拉葫芦在测量定位过程中对斜钢柱进行微调，顺利完成钢结构的安装。

四、测量定位技术准备

在斜钢柱深化设计模型中正确导入轴线网，根据已有基点坐标推算出斜钢柱上端口四边中点的理论坐标（x，y，z），作为斜钢柱定位校正的基准值，在斜钢柱自重作用下，钢丝绳的后续变形较大，故在测量定位过程中，还需根据预先计算的后续变形值对其进行预偏处理。根据计算值及变形方向，外倾斜钢柱在定位时将沿变形反方向预偏^[3]。其次，选定精度较高的徕卡1200全站仪作为测量工具，根据仪器标称精度，徕卡1200全站仪测角精度为0.5，测距精度±2mm达百万分之二，能满足测量精度要求。此外，根据现场设置的测量控制点坐标引出仪器架设点坐标，仪器架设时应注意架设点要有良好的视野，保证每个柱端至少要有2个以上仪器架设点可见，以便测量复核。

五、空间倾斜柱测量与控制

第一，深化设计，设计人员针对该工程的每一不同连接接头，根据原设计图提供的构件断面、受力点、内力大小进行节点连接设计，形成节点大样图，供原设计单位审核。第二，深化设计人员按实际情况对钢柱进行分段，为方便加工及深化设计图纸的修改，断面与柱中心线垂直，分段必须标明每段钢柱的具体尺寸。第三，预调值完成后，对完成的深化图进行调整。第四、分段加工加工过程中应严格控制如下部位的质量，除满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的要求，钢柱长度误差应控制在±2mm，以免累计误差过大。

六、斜钢柱安装测量定位

为了保证安装质量，在工厂加工时就需专门制作好测量控制刻画线，测量刻画线应在构件加工完成并检验合格后制作，刻画线应标记在构件上端口四边的中部，制作精度要保证在±1mm范围内。为减小斜钢柱校正工作量，在吊装前应预先找出斜钢柱的重心，并根据重心在斜钢柱上下端设置斜吊吊耳以及吊装用钢丝绳的长度，确保斜钢柱吊装时起吊角度接近理论倾斜角度。同时斜钢柱吊装就位后，其下端用普通安装螺栓通过连接板固定上下耳板，上端通过钢丝绳+手拉葫芦与钢柱上钢梁的预设耳板进行拉结固定。其次，斜钢柱在校正时，其下端通过起落吊钩并用撬棒调整柱间间隙，对于错边及扭转可通过千斤顶进行调整，斜钢柱的上端主要通过手拉葫芦进行微调，微调时要确保与测量工作的同步进行。测量时选取2个中点，根据构件上的刻画线位置分别放置自贴式棱镜反光片，将边中点实测坐标（x，y，z）与理论坐标（x0，y0，z0）进行对比，并根据对比结果进行相应调整。另考虑到钢丝绳+手拉葫芦定位的斜钢柱后续变形会较大的特点，故斜钢柱在校正时需沿后续变形方向的反方向进行预偏，预偏值可按照结构设计计算软件中给出的值设置。

七、质量控制要点

测量前，要做好测量人员的交底工作，树立高精度的测量意识，在测量过程中要严格贯彻测量工作的自检、复核制度。所有仪器架设点均应通过控制点对仪器架设点的坐标进行复核，而为了保证测量数据的精度，全站仪应定期进行精度检测标定并由专人保管，整个测量工作要尽可能保证测量仪器和测量人员相对固定，将测量施工的人为误差控制到最低^[4]。同时斜钢柱端部控制点的理论空间三维坐标，应在深化设计提供的钢结构模型中根据轴线网调出，也要考虑到钢丝绳受拉变形的特性，钢柱在定位时一定要根据计算的预调值进行预偏移。为避免钢构件不同立面在不同温度下的变形，测量及复核工作应统一在温差变化较小的日出前或黄昏后进行。此外，设备必须保养良好，所选起吊用工具和钢丝绳必须有足够的安全系数，一般不得小于5～7倍。使用的手拉葫芦必须经过安检及正常保养。

结语：

综上所述，随着建筑科技的发展和对不规则造型建筑的需求不断扩大，未来将有越来越多的建筑物采用斜(扭)柱的结构形式。本文通过两种方法论述了任意高程柱角点坐标的求解过程，相比之下，旋转矩阵的方法更容易建立数学模型概念，建筑施工测量全站仪放样的全面普及，在传统测量规范不能明确给出某具体部位坐标放样限差时，测量监理应结合工程实际，采用正确的测量误差理论制定适当的坐标限差，对指导工程的施工有着重要的意义。

参考文献：

[1]常涛.无人机倾斜摄影测量技术在超高层建筑竣工测量中的应用[J].住宅与房地产,2020(21):180.

[2]吴汉.无人机倾斜摄影测量技术在超高层建筑竣工测量中的应用[J].四川水泥,2020(02):122.

[3]丁鸽,彭健,焦明东,燕立爽.无人机倾斜摄影测量技术在超高层建筑竣工测量中的应用[J].测绘地理信息,2019,44(03):62-64.

[4]刘闯,余建国,汤飞,朱海岩,张斌,裴宁宁.居然大厦钢结构空间倾斜柱施工的测量与控制[J].中国建筑金属结构,2009(08):38-40.