CN201391091Y - 超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，应用于超高层建筑领域，其包括：钢柱扭转校正单元，倾斜钢构件安装测量控制单元，以及片区钢结构测量校正单元。本实用新型提出的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，充分考虑了巨型钢柱扭转、巨型倾斜钢构件、顶部钢结构晃动、焊接变形以及日照变形等施工环境对测量精度的影响，并采用控制理论，预估测量偏差及其它影响因素，进行阶段性的调整，取得了较高测量精度，满足了钢结构安装质量和进度要求。

Description

超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***

技术领域

本实用新型涉及高层建筑钢结构的测量校正领域，且特别涉及一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***。

背景技术

位于上海市浦东陆家嘴金融贸易区Z4-1街区(世纪大道100号)的上海环球金融中心，基地面积约30,000平方米，建筑占地面积约14,400平方米，总建筑面积约381,600平方米。是一幢以办公为主，集商贸、宾馆、观光、会议等功能于一体的综合性大厦。主楼地上101层，总高度492米，是目前国内第二高楼，也是世界第二高楼，人能到达高度为世界第一高楼。裙房地上5层。主楼和裙房地下均为3层。主楼主体结构采用型钢混凝土组合结构和钢结构，其中第91层及以上为全钢结构。核心筒外周边框架钢结构构件有巨型长柱(一般为三倍层高、长10M左右)、带状桁架、巨型斜撑、伸臂桁架、周边小柱和楼层钢梁等。核心筒内有钢柱、钢梁、钢桁架及转换桁架等。顶部为观光天桥和幕墙支撑等全钢结构。最厚钢板为100mm，部分复杂接点采用铸钢件，总用钢量约6.7万吨。由于本工程结构平面形状和几何尺寸变化多，钢结构安装测量具有较大困难，同时也没有合适的校正***对高层建筑钢结构的安装精度进行校正。

实用新型内容

本实用新型提出一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，其能够有效地对高层建筑的钢结构进行测量预控与校正。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，应用于超高层建筑领域，其包括：钢柱扭转校正单元，倾斜钢构件安装测量控制单元，钢梁及钢桁架安装测量控制单元，以及片区钢结构测量校正单元。

进一步的，所述钢柱扭转校正单元包括钢柱就位单元，钢柱标高测量控制单元，钢柱垂直度校正单元，以及钢柱扭转测量校正单元。

进一步的，该***包括顶部钢结构测量校正单元，焊接变形测量校正单元，以及日照变形测量校正单元。

本实用新型提出的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，通过钢柱扭转校正单元，倾斜钢构件安装测量控制单元，钢梁及钢桁架安装测量控制单元，以及片区钢结构测量校正单元的处理，能够有效地对高层建筑的钢结构进行测量预控与校正，满足了钢结构工程施工验收规范和工程测量规范规定的允许偏差要求，测量工作紧密配合施工而不单独占用工期。本实用新型提出的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，充分考虑了巨型钢柱扭转、巨型倾斜钢构件、顶部钢结构晃动、焊接变形以及日照变形等对施工环境影响，并采用控制理论，预估测量偏差及其它影响因素，进行阶段性的调整，取得了较高测量精度，满足了钢结构安装质量和进度要求。

附图说明

图1所示为本实用新型较佳实施例的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***结构示意图。

图2所示为本实用新型较佳实施例中钢柱扭转校正示意图。

图3所示为本实用新型较佳实施例中钢柱扭转测控点示意图。

图4所示为本实用新型较佳实施例中顶部钢结构测量控制示意图。

图5所示为本实用新型较佳实施例中日照温差对钢柱变形的影响示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

本实用新型提出一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，其能够有效地对高层建筑的钢结构进行测量预控与校正。

请参考图1，图1所示为本实用新型较佳实施例的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***结构示意图。本实用新型提出一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10，应用于超高层建筑领域，其包括：钢柱扭转校正单元100，倾斜钢构件安装测量控制单元200，以及片区钢结构测量校正单元400。

根据本实用新型较佳实施例，所述钢柱扭转校正单元100包括钢柱就位单元110，钢柱标高测量控制单元120，钢柱垂直度校正单元130，以及钢柱扭转测量校正单元140。该***10包括顶部钢结构测量校正单元600，焊接变形测量校正单元700，以及日照变形测量校正单元800。

使用本实用新型的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10操作时，首先进行钢柱的测量与校正：

由于本工程结构平面形状和几何尺寸变化多，在实施测量作业前，须详细熟悉图纸，并根据结构梁等布置方向不同情况，在相应坐标中计算出所有钢柱的平面位置坐标。

钢柱的测量与校正内容包括安装前测量准备工作、柱底就位、柱顶标高校正、柱身垂直度校正等。测量遵守的先后顺序为柱底位置测定-柱顶标高校正-错口调整-垂直度测量校正。

①.钢柱安装前主要测量准备工作

·按照已测放的轴线校正预埋偏差过大的连接螺栓。

·在钢柱底部外侧划出钢柱中心线。

·用水准仪从高程控制点引测标高，并用不同厚度的垫铁找平柱底基层。

②.钢柱就位

钢柱就位时应尽可能一步到位，少量的校正可用千斤顶和撬棍校正。柱底就位经校正后轴线偏差应不大于±3mm。

③.钢柱标高测量控制

本工程钢柱标高控制主要测量控制各节柱顶标高，且只能采用相对标高，保证每层层高正确。具体是利用施工楼层的标高控制基准点位进行竖向传递标高，柱底标高偏差应≤±1.5mm，层高偏差应≤±5mm。当层间高度偏差超限时应通过加垫铁板垫高或切割衬板降低上一节钢柱标高的方法来调整钢柱的标高。

④.钢柱垂直度校正

本工程是采用全站仪测定柱顶坐标的方法，算出实测坐标值与理论坐标值之差值，再根据柱底实际就位偏差来推算钢柱本身垂直度。即垂直度“δ”值为实测柱顶坐标与理论坐标差值减去柱底偏差。其值应≤H/1000，且绝对偏差值≤±10mm。由于钢柱高度一般都在10m左右，故单节钢柱垂直度经校正后偏差值δ应不大于±10mm。

对于第二节及以上的钢柱吊装首先应使柱与柱接头相互对准，然后用全站仪测定柱顶中心坐标进行垂直度测量校正。校正上节钢柱垂直度时要考虑下节钢柱相对于轴线的偏差δ值，校正后上节柱顶对于下一节柱顶的偏差为“-δ”，使柱顶偏回到设计允许的范围内，从而便于上下节柱对接和斜撑的顺利吊装以及保证钢柱安装的精度。

再请参考图2，图2所示为本实用新型较佳实施例中钢柱扭转校正示意图。使用本实用新型的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10对钢柱扭转测量校正：

为控制钢柱自身扭转状态，要对其特征角点或牛腿进行坐标测量，通过计算其中心坐标与特征角点坐标偏差是否一致来判断此钢柱是否存在扭转，并按实际扭转情况进行校正。钢柱扭转校正方法是在上柱和下柱耳板的不同侧面夹入一定厚度的垫板，夹紧柱头临时接头的连接板，使其反向扭转。对于用这种方法还校正不动的，就要在钢柱翼板的侧面施焊自制的“L”型校正钢板，用千斤顶将上下柱对接部位向相反方向顶动，使其反向扭转至允许偏差范围内，钢柱扭转的允许偏差值为3mm。若偏差过大，可分次校正。各种钢构件顶端特征角点示意见图3，图3所示为本实用新型较佳实施例中钢柱扭转测控点示意图。针对不同钢构件结构分别具有4个控制点：控制点1-4或者3个控制点：控制点1-3。

使用本实用新型的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10对倾斜钢构件安装的测量控制：

倾斜钢柱、巨型斜撑等钢构件因为自身倾斜姿态的因素，重力对其安装产生重大影响。在倾斜构件的测量校正时，利用全站仪对其顶部中心点进行坐标测量，再通过计算其偏差指导钢构件校正。根据以往施工的经验，同时根据其倾斜度，向其倾斜的反方向预偏3～5mm，其柱头标高预抬高3～5mm，以保证其在焊接完成后的安装位置满足施工和设计允许偏差要求。

使用本实用新型的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10对钢梁及钢桁架的安装测量控制：

目标层水平钢梁及钢桁架等安装测量控制，首先要测量钢梁和钢桁架两端头标高是否符合设计要求，其次测量其平面上两边高差，确保其不会出现翘头或扭转。然后采用全站仪测定钢梁和钢桁架的两端中心线坐标。取坐标点时，应在其端头向内50mm或100mm为宜。如果钢梁和钢桁架中心线坐标与理论坐标偏差超限时，应及时调整。当钢梁和钢桁架中心线坐标与理论坐标值相差值虽在规范允许范围内，但错口偏差超限时，也应对钢柱牛腿进行复测校正，使钢构件受力状态能够满足结构设计要求。

使用本实用新型的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10对片区钢结构测量校正：

①.在一个片区的钢柱、钢梁、钢斜撑等安装完毕后，要整体进行测量校正。位于同一排中间部位钢柱的平面轴线位置和垂直度尽可能校正到零位，其余钢柱的垂直度、倾斜度、轴线位置可向两边适当倾斜一点或偏一点；并给焊接收缩预留一定的预偏值；对于局部尺寸偏差过大的钢柱，要用千斤顶和倒链进行校正；对于整体偏差过大的，可用拉钢丝绳等方法进行校正。校正后紧固高强螺栓。

②.当高强螺栓初拧紧后，要对这一片区钢柱再次进行整体复测，作好记录。根据复测偏差值大小及偏差方向，决定对焊前偏差是否还需要进行局部尺寸调整以及确定焊接顺序、焊接方向、焊接收缩的预留量。然后方可进入焊接工序。

使用本实用新型的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***10对测量精度自检、闭合复检与监理复测验收：

平面控制网和高程控制点测设从基础底板，或±0.000楼层面，或中间转换(站)层上垂直向上传递到目标层，进而对目标层轴线和标高的测定后，都还需要经过严格仔细的自我复测和相互复核，必须确保测量结果的正确性，方可作为钢结构安装的依据。我们的测量和复核流程如下：

①.第一次平面控制网和高程控制点测设，或竖向传递，或测放轴线和标高；

②.第二次自行重复进行测定，并对结果进行偏差值调整；

③.第三次再对平面和高程测定点之间多边形角度及边长尺寸等进行闭合复检，并调整其偏差值；

控制点闭合复核限差如下表：

等级	适用范围	测角中误差(″)	边长相对中误差
				一级	钢结构、超高层、连续程度高的建筑	±7	1/30000

④.第四次由监理人员复测或参与并监督情况下复测验收，并进行偏差值调整，作为最终测量成果供作施工依据。

对于环境影响的预控：

(1).顶部钢结构测量校正

本工程第91层及以上为全钢结构，受风力、日照、温差、塔吊运转等影响，仪器架设部位很不稳定，投递上来的控制点在一定的时间内有可能产生位移，造成测量数据失准，为保证点位精度，须进行多次重复投点观测。其步骤如下：

①.在第96层控制基准点A、B、C处，见图4，图4所示为本实用新型较佳实施例中顶部钢结构测量控制示意图。架设激光铅直仪向上投点，在目标层设接收装置进行接收。即在A点上架设一台全站仪，另外两个点B和C点上分别架设棱镜，作为后视方向和复核点。

②.在通视较好的位置设置强制归心措施架，由A点全站仪采集坐标数据后架设一台全站仪P进行测量作业。

③.在目标层上，对投上来的点进行实时检测，如发现偏差超限时须及时对全站仪A和棱镜B、C进行调整，然后利用小棱镜对全站仪P的位置进行数据修正，全站仪P重新进行定向修正后再继续测量工作。

通过施工过程中对控制点位置变化的总结发现，在第100层钢桁架安装完成后，顶部结构通过胎架连为一体，晃动幅度变小。12点到14点时间段内变化最大约为10mm，其他时间最大约为6mm，方向均为东西方向。由此判断顶部结构主要受到塔吊运转及日照因素影响。

运用这种多次重复投测的办法，有效克服了高空大风等现场工作环境不稳定的影响，提高了测量精度。

对于焊接变形测量校正：

在本工程钢结构安装中采用框架结构分片区安装的方法。测量校正时，按照结构受力体系、安装顺序，在钢柱沿梁轴线反方向进行相应的预偏。

对于焊接方法不当或者混凝土砼影响产生的偏差δ，应及时采用千斤顶配合倒链反向校正，个别偏差较大的，可配合在钢柱底部火烘作热胀冷缩处理。在无法有效校正的情况下，可在校正上节钢柱垂直度时要考虑本节钢柱底相对于轴线的偏差“δ”，在垂直度偏差范围内，校正上一节柱顶对于本节柱顶的偏差为“-δ”，使柱顶回到设计允许的范围内，从而保证钢柱安装的精度及整体结构的顺利拼装。

对于日照变形测量校正：

通过对本工程钢结构安装测量控制点位移的追踪监测，可以证明钢构件安装中受日照温差影响造成变形较大。

由于日光照射在钢柱的一侧，钢柱将会向背光的一侧发生附加的倾斜位移。尤其是在夏季上午9:00～10:00和下午2:00～3:00时，上海地区钢柱两侧温差在3℃～10℃时，即需要对钢柱采取预偏措施，见图5，图5所示为本实用新型较佳实施例中日照温差对钢柱变形的影响示意图。

日照温差情况下钢柱预偏理论公式：

Δ＝a*Δt*L²/h

式中：

Δ：钢柱顶受日照温差影响产生的位移值

a：钢材的线膨胀系数

Δt：柱两面的温差

L：钢柱的长度

h：温差方向柱截面的厚度

以1000mm厚10m长型钢为例，当温差为10度时，其位移值“Δ”可达到12mm。综合考虑日照温差随时间的不确定性及钢柱垂直度允许偏差，在实际的测量作业过程中，取1/2Δ为常数进行预偏，即在此情况下，向日照反方向预偏6mm。

对于测量校正时间和环境的最佳选择：

尽可能选择早晨和傍晚(早晨夏天7点钟之前、冬天8点钟之前，以及下午5点钟之后)阳光较弱时间，以及塔吊停运转时，进行测量平面控制网设置和垂直向上传递、以及对重要钢构件平面位置、标高及垂直度进行最终测量校正。

综上所述，本实用新型提出的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，通过钢柱扭转校正单元，倾斜钢构件安装测量控制单元，钢梁及钢桁架安装测量控制单元，以及片区钢结构测量校正单元的处理，能够有效地对高层建筑的钢结构进行测量预控与校正，满足了钢结构工程施工验收规范和工程测量规范规定的允许偏差要求，测量工作紧密配合施工而不单独占用工期。本实用新型提出的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，充分考虑了巨型钢柱扭转、巨型倾斜钢构件、顶部钢结构晃动、焊接变形以及日照变形等对施工环境影响，并采用控制理论，预估测量偏差及其它影响因素，进行阶段性的调整，取得了较高测量精度，满足了钢结构安装质量和进度要求。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，应用于超高层建筑领域，其特征在于包括依次连接的：

钢柱扭转校正单元，倾斜钢构件安装测量控制单元，以及片区钢结构测量校正单元。

2.根据权利要求1所述的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，其特征在于所述钢柱扭转校正单元包括钢柱就位单元，钢柱标高测量控制单元，钢柱垂直度校正单元，以及钢柱扭转测量校正单元。

3.根据权利要求1所述的超高建筑巨型钢构件安装测量预控与校正***，其特征在于该***包括顶部钢结构测量校正单元，焊接变形测量校正单元，以及日照变形测量校正单元。

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