鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
貴陽國際會議展覽中心c2 201大廈具有復雜的筒式懸掛結構，擁有多個懸掛體且懸掛體在結構上呈不對稱分布。本文介紹了201大廈的施工精度控制措施，通過有效地施工過程監測，準確、高效地完成了復雜懸掛體結構的精確安裝。
[關鍵詞]：筒式懸掛 施工測量 不對稱結構 監測
1 工程特點及測量難點分析
貴陽國際會議展覽中心c2 201大廈全高201米，建筑面積5.1萬平方米，是全球最高的筒式懸掛建筑，同時懸掛體結構在結構分布上不對稱。大廈由核心筒和吊掛樓層兩部分組成，核心筒部分由12根鋼管混凝土柱組成的巨形框架體系，吊掛樓層從第八層開始吊掛，平面上吊掛樓層在核心筒周圍分為4個對稱的部分，每部分平面投影為15mx15m，立面上4部分相互錯開呈階梯式上升，每部分吊掛到一定樓層間隔2～3層后重新開始吊掛。如圖1所示
2 控制網的建立和垂直引測
根據總包及業主提供工程現場平面控制點平面布置圖的主軸線點，結合現場的實際情況，平面控制網需經過多次測放來完成對整個鋼結構工程的安裝控制。根據大廈的施工特點，采用外控+內控相結合的方法來控制鋼構件的軸線位置和整體垂直度，將場區控制網布置為一四邊形。使用日本GTS332全站儀觀測水平角四測回，往返測距。按三角網嚴密平差。主要精度指標：測角中誤差±1.6″；平均點位誤差4mm;最弱邊相對中誤差1：10.5萬。B點為單一三角形，按邊角計算坐標。軸線控制點靠近建筑物布設。簡單圖形，有多余觀測條件。水平角觀測兩測回，往返測距。高程測量上，采用幾何水準方法聯測BM1水準點和附近控制點。外圍控制點采用多方向（往返）三角高程法測定其高程。場區控制點計算采用地方坐標系。施工測量采用以樓心為原點的工程坐標系，具體詳見圖2。
2.1 地下室控制網的測放——外控法
當地下室負2層底板澆筑完畢并達到一定強度后，根據基坑外圍地面控制點，在地下負2層底板面進行平面控制網的第一次測放，測放時首先根據土建和測繪院提供的軸線交點坐標為起始坐標，結合現場的通視條件用全站儀通過坐標放樣，并在基坑周圍做好控制軸線引樁以備測量放線用。地下1~2層測量放線的基準均從基坑外圍地面控制軸線做起始，每次測量放線前進行軸線坐標的復測檢查，確保每次放線位置正確一致。
2.2 地上部分控制網的建立——內控法
對于±0.000m以上即采用“內控法”，當±0.000Mm層結構樓面砼澆筑并達到一定強度后即可開始進行第二次控制軸線的測放。根據測設好的基坑四個主軸線控制點，將主軸線點垂直引測至±0.000m層樓面，在塔樓筒體內建立四個激光測量控制點，進行距離和角度閉合，達到一級控制網的精度后，用墨斗彈上十字線保存下來，并做上油漆標識，以此作為地上部分結構測量放線的施工依據，由于本工程內筒結構的施工要提前于外筒，為滿足工程的施工進度，故本工程在± 0.000m層上建立4個激光測量控制點，分別控制內筒柱和外筒柱的安裝, 4個激光測量控制點分別建立于距軸線1000mm和4350mm為中心點的內控點，如下圖3。
2.3 垂直引測
2.3.1首層以上內控點相應位置留設200×200預留洞，預留洞做好測量標識，分別架設激光鉛直儀于首層油漆標示的內控點上，將內控點逐一垂直引測至上一樓層，以便上一層的軸線測放。高層結構施工具有一定的特殊性，例如隨著結構施工高度的不斷增加，激光預留孔洞位置容易受到施工障礙物的阻礙遮擋，為了不影響、施工測量投點進度以及標高在豎向傳遞時受鋼尺長度的影響，因此高度每增加50m左右，投測層接力上移，接力投測層選擇在11、22、33、43層。中間各層可從循環基準點垂直向上投測軸線，投點得到的樓層軸線控制點需作閉合復測，正確無誤后進行鋼柱梁的測量定位和檢測，如圖4~6所示。
2.3.2平面控制點垂直引測的具體操作方法如下：
(1)架設激光鉛直儀于激光測量控制點上。儀器整平、對中,通知要測量的樓層上方人員安置好激光接收靶，做好投點準備。
(2)接通激光電源，打開激光器，上方人員收到激光后，通知儀器操作人員進行調焦，待光斑直徑達到最小時，通知下方緩慢360°水平旋轉儀器。
(3)上方人員用鋼筆或簽字筆隨著光斑的移動軌跡作標記畫圓，待圓形軌跡閉合后，通知下方點已作好。由于儀器的精度及整平操作存在誤差，所作圓形軌跡會有大小，當圓形軌跡過大時，上方人員應及時通報下方人員再次精確整平儀器，并調整儀器的各項指標，要求圓形軌跡的直徑在5mm左右時為好。最后根據已畫好的圓，確定圓心點，此點即是本樓層的測量控制點。
(4)依據同樣的方法對激光鉛直儀搬站，確定下一點。待四個控制點投出后，用激光全站儀進行角度和距離的閉合及平差精確定出本層測量控制點。
3 主要施工測量技術
3.1 核心筒鋼柱安裝
3.1.1鋼柱的安裝校正
鋼結構連接臨時固定完成后，應在測量工的測量監視下，利用千斤頂、倒鏈以及楔子等對其的垂直度偏差、軸線偏差以及標高偏差進行校正。
3.1.2垂直度的控制和調整
鋼結構平面軸線及水準標高核驗合格后，排尺放線，鋼柱吊裝就位在基礎上。用經緯儀檢查鋼柱垂直度的方法是用經緯儀后視柱腳下端的定位軸線，然后仰視柱頂鋼柱中心線，互相垂直的兩個方向均鋼柱頂中心線投影均與定位軸線重合，或誤差小于控制要求，認為合格。垂直度偏差在高強螺栓緊固、焊接前后都應嚴格控制。
利用焊接收縮來調正鋼柱垂偏是鋼柱安裝中經常使用的方法。安裝時，鋼柱就位，上節鋼柱柱底中心線對準下節柱頂的中心線，而上節柱頂的中心線可以在未焊前向焊接收縮方向預偏一定值，通過焊接收縮，使鋼柱達到預先控制的垂直精度。
3.1.3控制柱底位移來調正鋼柱的偏差
(1)如果鋼柱垂偏尺寸過大，個別情況可以利用調整該節柱底中心線的就位偏差，來調整鋼柱的垂直精度，但這種位移偏差一般不得超過3毫米。
(2)焊接與日照綜合影響時，單節柱和中心柱可以不必預留收縮，應控制垂直偏差為主。
(3)加強焊接工藝控制，采用對稱焊等方法，可以克服中心柱與單節柱的偏差，對于邊緣的鋼柱，應控制邊柱上部建筑物中心的垂偏，可適當預留一定的焊縫收縮量。
3.2 懸掛體安裝精度控制
201大廈共具有10個單獨懸掛體，平面上分布于大廈的四個方向上，立面上不對稱分布，懸掛體之間相互間隔2~3個樓層。單個懸掛體具有九層樓層高度，平面尺寸為15m*15m，體量及重量都較大，施工中應嚴格控制懸掛體的變形。
3.2.1懸掛體的個體安裝偏差
201大廈懸掛體采用高空散件拼裝的方式，其具體作法為在懸掛體下部搭設胎架，懸掛體構件在胎架上進行安裝。待安裝完成后拆除胎架，結構內力改變，懸掛體內部構件發生變形，因此安裝中要考慮個體構件變形在整體結構中的累變影響。
(1)單根構件的加工精度控制:構件在依次組裝成形成懸掛體的過程中，其所承受的荷載逐漸形成，構件受結構內力作用而發生變形。構件的變形不能超出結構的整體位形，還應符合其自身的物理性能，其最合適的值應當為當建筑完成后建筑物內部各構件的變形與設計狀態相一致。這就需要在構件加工過程中額外施工一部分變形，這部分變形值與結構安裝過程中構件產生的變形相抵消，實現構件的理想物理性能狀態。利用計算機方針模擬分析軟件及反復迭代理論，計算出建筑物在自然狀態下各桿件的變形值，反號疊加到建筑物構件位形中，進而分析出沒根桿件的加工位形控制值。
(2)單根構件的安裝精度控制:當大廈結構形成撤出胎架后，受結構重力大廈發生整體位移，結構內部的各桿件節點定位也發生改變。在施工中通過控制桿件節點位移以達到調整結構大廈整體位形的目的。具體作法為利用計算機仿真模擬分析軟件各桿件在結構完成形態下的節點位移值，將此位移值反號疊加到桿件的設計空間位置上，則在實際施工中桿件的安裝采用這個新的空間位置定位，從而中和桿件的物理位移。
3.2.2懸掛體的整體位形控制
(1)外部環境影響:貴陽市屬于高原山地地貌，且201大廈建于山腰上，施工過程中全年多霧、多雨，且溫差、風力較大，同時鑒于本大廈特殊的懸掛體結構形式，外部環境對結構安裝精度具有較大影響作用。對懸掛體整體位形的監測應選在日照前進行，減少陽光對測量儀器造成的影響，監測行為應每天都要進行，記錄數據，橫向對比數據波動情形。本大廈在結構施工過程中，結構的剛度系數處于強烈的不穩定狀態，施工變形較大，在懸掛體的施工中應盡量保持懸掛體的對稱施工，維系結構的剛度系數處于較穩定的狀態，減小結構的側向變形。
(2)懸掛體的位形調整:根據本工程施工方案，懸掛體施工采用搭設胎架的方法進行在進行。在進行上層懸掛體施工時上層懸掛體與胎架的自身重力通過胎架傳遞至下層懸掛體上，下層懸掛體因此會發生下撓。在進行上層懸掛體施工時對下部懸掛體實施監控，如產生下撓則調節設置于胎架頂部的千斤頂，將懸掛體整體頂升至設計標高位置。千斤頂調節懸掛體標高按照從下部到上部依次調節的方式進行，即首先調節最下部的懸掛體標高，完畢后再對其上部一組的懸掛體標高進行調節，以此類推，見圖7。
4 結語
貴陽國際會議展覽中心為具有多組、不對稱懸掛體結構，結構復雜，高空安裝特別是懸掛體安裝精度要求高。針對本工程結構特點和現場測量難點，制定出一套既滿足鋼結構安裝要求、有便于操作，可靠的測量、施工方案，過程層層把關，步步校核，監測成果明確，誤差精度均在控制范圍內，準確、高效地完成了鋼結構高空精確安裝的任務。
參考文獻：
【1】 張正祿．工程測量學．武漢：武漢大學出版社，2005．
【2】 中國有色金屬工業協會．GB50026-2007 工程測量規范[S]．北京：中國計劃出版社，2008．
【3】 JGJ/T8-97國家行業標準，建筑變形測量規程（JGJ/T8-97）
作者簡介：邵麒（1979-）中建鋼構公司貴陽會展工程項目經理，工程師 。
聯系地址：武漢市武珞路456號新時代商務中心40樓（430070）。
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