垂准仪法超高层建筑平面控制网竖向传递

陈展鹏

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

1 引言

近年来，随着经济的发展和土地资源的紧缺，作为各个国家和城市经济实力和技术实力的标志性建筑——超高层建筑越来越多。超高层建筑大多采用钢筋混凝土核心筒与外钢框架组合筒体结构，根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》［1］规定:现浇混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1 000且≤30 mm。因此，如何准确地实现超高层建筑平面控制网竖向传递成为超高层建筑施工测量的难点和重点。

超高层建筑平面控制网的竖向传递主要有内控法［2］、外控法和综合法［3］。内控法即在超高层建筑基础底板上布设平面控制网，并在楼层相应位置上预留传递孔，应用垂线原理进行平面控制网的竖向传递。内控法又分为吊线坠法［4］、垂准仪法。垂准仪法受环境影响小，投测距离大，效率高，误差小，是目前超高层建筑平面控制网竖向传递内控法的主要方法。常用的仪器有激光经纬仪、激光垂准仪、垂准经纬仪等。本文以某超高层建筑为例，论述垂准仪法平面控制网竖向传递的具体实现及精度检核方法。

2 垂准仪法平面控制网竖向传递

某超高层建筑设计总高400余米，共103层。平面控制网竖向传递采用激光垂准仪分段投点，逐段控制。内控网由IG1、IG2、IG3、IG4组成(如图1所示)，分别在10层、30层、50层、70层进行传递，传递距离约 54 m。由于70层结构变化，内庭中空，重新布设了K1、K2、K3、K4、K5共5个控制点，分别位于3 个电梯井角，5个点在85层作最后一次传递。

图1 1～70层平面控制网竖向传递示意图

本工程选用JZC－G102激光自动安平垂准仪进行投点，仪器主要技术参数如表1所示。投测时，将仪器置于控制点上，调平，并实施强制对中，转动垂准仪让激光束垂直投测到新测楼面预留孔处放置的数显光靶。为消除同心圆误差，同方向旋转仪器90°、180°、270°投测。若4次投点的点位较差在限差范围内，选取4次投点的中心作为最终的投点点位。

JZC－G102激光自动安平垂准仪主要技术参数 表1

由于受到日照、地球自转、风力、温差等多种因素的影响，建筑物处于周期性的偏摆运动状态。楼体的周期运动特性将直接影响投点的正确性，因此必须对楼体的周期性运动进行观测，从而选择最佳的投点时间，投点距离，必要时对投点进行偏差改正。本工程采用数字正垂仪测量建筑物的倾斜偏差。

3 数字正垂仪法倾斜偏差测量

数字正垂仪［5］为武汉大学测绘学院研制，获国家专利(ZL 97209451.2)。系统主要由重垂、传感器的线圈和栅格板组成(如图2所示)。线圈安装在重锤下方，栅格板安置在观测点上。由于仪器采样速率高，重锤没有阻尼装置，通过对连续观测的数据进行数学处理，可以精确计算垂线的中心位置。数字正垂仪的主要技术指标如表2所示。

图2 数字正垂仪示意图

数字正垂仪主要技术指标 表2

下面以50层～70层测量为例，介绍数字正垂仪测量数据处理。本次测量时间从2008年11月13日3:00～14日 13:00共 34 h，数据采样率设置为15 min，数字正垂仪每 15 min输出一次x坐标与y坐标，同时需要采集即时的温度与风速。对原始数据经过小波变换进行滤波可以得到70层相对于50层的运动轨迹(图5，横轴为x方向测量值，纵轴为y方向测量值)。图3、图4是2008年11月13日3:00～14日13:00的温度变化曲线图和风速变化图。综合图3～图5可以得出以下结论:

图3 温度变化曲线图

图4 风速变化曲线图

图5 建筑物运动轨迹图

(1)70层相对于50层东西方向最大摆幅为2.1 mm，南北方向最大摆幅为 2.5 mm，点位最大摆幅 3.2 mm。根据施工方要求和超高层建筑施工放样精度要求，楼体倾斜偏差小于 4 mm，不需要投点改正。

(2)建筑物夜晚摆动小于白天。13日3:00～7:30，70层相对于 50层东西方向的摆幅仅为0.28 mm，南北方向摆幅为 0.2 mm。综合风速及温度变化曲线图，建议投点选择在风力较小的夜间进行，避开风力、日照和温度等因素对投点的影响。

(3)旁证了预先制定的50 m～60 m的传递间隔是实用、合理的。超高层建筑平面控制网竖向传递距离不宜过大，因为楼体摆动会随着传递距离增加而增大，激光光斑也会出现发散，给投点带来较大误差;同时传递距离也不宜过小，过小会引起递距次数增多，产生误差累积。

(4)平面控制网竖向传递精度检核

平面控制网竖向传递内控法不受建筑外部施工环境的影响，但随着建筑物高度的增加，平面控制网传递过程中的整体位移与转动难以检查与控制。因此有必要对投点进行内、外符合精度检核。内符合检核主要利用全站仪实测转换后的控制网边长、角度，与理论值进行比较。根据多次转换的经验，若边长较差小于2 mm，角度较差小于6″，可认为本次投点传递正确，否则需重新投点，直至边长、角度较差在限差范围内。

外符合检核即选取控制网中任意2个点，利用激光垂准仪将其投测到最高层的钢平台工作面，利用GPS技术按照一级GPS网精度要求与首级控制网进行联测。将测定的坐标与理论坐标进行比较，如表3所示。点位较差最大值小于 30 mm，符合规定。

工作面GPS测量结果 表3

5 结论

建筑物明显的周期性运动规律必须在外界条件变化小和数字正垂自身不受影响的条件下进行至少24 h连续观测才能得到。利用激光垂准仪投点前，要先利用数字正垂仪得到建筑物的周期性运动规律，然后在相同或近似的条件下投点，必要时对投点进行偏差改正。

本文通过某超高层建筑平面控制网竖向传递的实例，详细介绍了垂准仪法平面控制网竖向传递的具体实现，数字正垂仪法测量楼体倾斜偏差以及平面控制网竖向传递精度检核方法，对超高层建筑平面控制网竖向传递具有较好的借鉴作用。

［1］GB 50204－2002.混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［2］谢旭阳.内控法在高层建筑施工测量中的探讨［J］.施工技术与测量技术，2008，28(4):192 ～193.

［3］胡玉银.超高层建筑施工测量［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［4］葛存扣，张奇.超高层建筑钢结构的施工测量及质量控制［J］.安徽建筑，2009，164(1):98～99.

［5］赵小阳.联合多种方法检定超高层建筑物平面控制网转换精度［J］.工程勘察，2012，3:79～81.

［6］范峰，王化杰，金晓飞等.超高层施工监测系统的研发与应用［J］.建筑结构学报，2011，32(7).

［7］黄加旺，岳国森，曹红杰等.高层建筑垂直度检测方法的探讨［J］.测绘通报，2011(7).

［8］王天应，刘业光.浅析超高层建筑垂直度和表示方法［J］.城市导刊，2010(4):34～37.