超高层建筑外框内筒组合结构的垂直度控制方法

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1 高层建筑外框内筒组合结构特点

1.1 结构形式

高层建筑外框内筒组合结构平面图如图1所示。

当外框架为钢结构、劲性混凝土结构（包括外框柱为钢管混凝土构件）时，受施工工艺的影响，高层建筑外框内筒组合结构施工过程中，在高度方向，结构构件呈现多个层差，如图2所示。

图1 外框内筒组合结构平面

图2 外框内筒组合结构层差分布

1.2 外框内筒组合结构施工特点

外框内筒组合结构的特点是错层施工[1]，即位于建筑中心部位的核心筒（钢筋混凝土结构或劲性结构）先行施工，四周的钢框架柱、梁随后，最后是压型钢板组合楼板施工。这3 个部分施工在立面上存在3～5层差。钢柱需要校正时，框架梁柱正处在悬空状态，而楼地面还在十几米的下方，且频繁地进行钢筋绑扎、混凝土浇筑等作业，无法架设仪器。

2 超高层建筑外框内筒组合结构的施工测量

高层建筑垂直度控制可分解为控制点传递和施工层垂直度控制2 个步骤。控制点竖向传递通常采用内控法完成。

根据具体工程的特点，在首层合理选择一定数量的内控点，利用铅直仪将这些点位竖直传递到施工层并恢复轴线控制，然后架设经纬仪控制本层钢柱垂直度。如此循环往复，通过层层控制平面位置及本层垂直度，最终保证整体垂直度或竖向设计要求。

由于柱头位置调整是靠经纬仪视准线实现的[2]，所以可以稳定地设站是先决条件。即竖向构件施工前，内控点已经传递至施工层面，且施工层地面牢固，可以架设仪器。然而，这个条件在超高层建筑外框内筒组合结构的压型钢板楼面未浇筑混凝土的阶段无法得到满足。

3 垂直度要求及测量精度指标确定

按照《钢结构工程施工质量验收规范》要求，高层建筑的单节柱垂直度必须满足h/1 000且不大于10 mm；主体结构整体垂直度须满足（h/2 500+10）且不大于50 mm[3]的要求。

单节钢柱垂直偏差来自于两方面影响：一是测量误差，包括柱根定位点测量误差和柱头矫正测量误差，二是日照、风力、焊接应力等外力因素共同影响。

根据等影响原则[4]，测量误差与其他因素产生的误差相等，即测量误差不应大于验收允许误差的一半。以单节柱为例，如果柱长为10 m，则垂直度偏差应≤10 mm，由测量引起的钢柱倾斜误差不大于5 mm[5,6]。若以2 倍中误差作为限差，可以得到柱中心点位中误差不应大于2.5 mm。

由公式推导可以得出，精度要求只有1''级以上的全站仪才能达到。为满足点位精度要求，使用高精度铅直仪进行内控点传递，并使用高精密全站仪（1''级以上）进行坐标测量。同时应尽量减小对中误差、缩小控制范围、控制仰俯角。

4 控制思路

没有稳定的测站，测量控制无从谈起。超高层建筑外框内筒组合结构主体施工过程中，由于核心筒是唯一稳定的依靠，如果能在核心筒外侧相应标高位置上搭设稳定的操作平台，用高精度全站仪测定每节钢柱柱根定位坐标和柱顶中心坐标，指挥操作人员调整、控制柱顶偏差，将能够有效地控制钢柱垂直度。

下面，以某工程为例予以阐述。某超高层外框内筒组合结构平面如图3所示，其外廓轴线间距47.00 m，建筑高度260 m。在认真审核施工图纸的前提下，在首层核心筒外侧选择4 个内控点（确保能够上下贯通）形成正方形，每个内控点控制1/4区域内的4 根钢柱。

图3 某工程外框内筒组合结构平面示意

每节钢柱校正前，在略高于柱头标高位置搭设操作平台，平台兼具接收控制点和安置全站仪功能，既保证一定刚度，又可在一定范围内调节。首层内控点上安置铅直仪，将控制点垂直传递至操作平台。平台上架设全站仪和棱镜，检查边角关系，确保内控点传递质量，然后测定控制范围内柱顶中心坐标，指挥调整，直到满足规范要求为止。

操作平台可与结构原有预埋件连接，平台仅承受仪器重量，构造简单，安装、拆卸方便，对工期不会造成任何影响。同时操作平台设在核心筒外立面上，与钢框架分离，保证了测站稳定性。

5 作业流程

5.1 仪器选型

本工程采用的高精度铅直仪选定大连拉特厂生产的JZC-G铅直仪，标称精度二十万分之一，经实地测试，接收靶安置在100 m的高度上，铅直仪从0°、 90°、 180°、 270°四个方向分别向上投点，点位几乎重合，完全可以保证竖向投测质量。

因用于柱头测量的操作平台附着在核心筒上，位于核心筒施工作业面的下层，为了避免核心筒施工可能对下方测量人员造成伤害，选用拓普康MS05A型全站仪，又称测量机器人。

5.2 测前准备

首先进行坐标转换，将城市坐标系下的控制点、柱中心坐标转换为平行于轴线的施工坐标系坐标，提取坐标数据传输至全站仪。

5.3 内控点传递、检查

用高精度铅直仪将内控点传递至操作平台，然后安置全站仪，检查相邻控制点边角关系以确保传递质量。

5.4 钢柱矫正

钢柱根部就位并初始固定后，用全站仪测定柱中心坐标与设计坐标偏差，指挥作业人员进行调整，偏差满足规范要求后，最终固定、焊接。

由于建立了平行于轴线的施工坐标系，仪器显示的Δx、Δy是沿轴线方向偏差，非常直观，便于操作人员找准调整方向。

5.5 复测

钢柱调整到位并固定、焊接后，用全站仪对控制区域内所有钢柱重新测量，记录每根柱中心坐标偏差，作为上层钢柱就位调整依据。对于偏差超过规范要求的个别柱子重新校正。

6 结语

本文针对超高层建筑外框内筒组合结构的施工测量，介绍了操作层面无法架设仪器的情况下，在核心筒外搭设操作平台，用全站仪控制超高层钢结构垂直度的测量方法。实践证明，这种方法实用、准确、快捷、有效，对超高层垂直度控制具有普遍意义。