上海金茂大厦测量方案

上海上海金茂大厦测量方案上海金茂大厦地下3层，地上88层，总高达420．50m，是国内最高的建筑物。上海金茂大厦地下3层，地上88层，总高达420．50m，是国内最高的建筑物。测量工作中因受自然条件、建筑物变形、施工条件等影响，有很多难点，为此采用联合测量法控制，建立施工测量平面、垂直控制网，顺利完成了测量任务，测量结果满足施工和设计对测量精度的要求。上海金茂大厦主体建筑地下3层，地上88层，总建筑面积289500m2，总高度420．50m，为中国第一、世界第三高度。主楼外墙为以不锈钢管作装饰线条的玻璃幕墙，在主楼24层、51层和85层高度范围内有3道外伸桁架将核心筒与外部钢结构相连接。塔楼顶部中央有一座高约51m的塔尖，其底部标高369．500m，顶部标高为420．500m。1施工特点和测量难点1．1施工特点塔楼分四踏步施工，分别是核心筒、巨型钢柱、复合巨型柱和筒内外楼板。主楼核心筒为钢筋混凝土结构，采用分体组合式钢平台模板系统。1．2测量工作的难点（1）自然影响：在高空作业时，易受日照、风力、摇摆等不利因素的影响。（2）建筑物变形影响：由于受到沉降、收缩等影响，设置的测量点位会发生变化，一般网点边长会缩短，影响测量精度。（3）施工条件的影响：塔楼分四踏步施工，核心筒和复合巨型柱分别独立施工。因周期长，节奏快，施工快慢不一。核心筒施工快，楼层面施工慢，如核心筒施工达A41层169．000m时，楼层面只到89．000m，两者高度相差达80m，使核心筒十字轴线与楼层四边形网点在相应高度的层面上无法联网；筒内楼面后施工，搭设中心测量平台也很困难，并且在第24～26层、51～53层、85～87层有3道外伸钢桁架将核心筒和复合巨型柱连接成一个整体。（4）使用绝对标高的影响：按设计规定，标高引测必须使用绝对标高。要考虑建筑物的沉降量以及设计对53层以上的标高修正，势必增加许多工作量。其次是先前设置在各楼层上的标高线（点）变化亦不尽相同，要经常检查和修正。（5）56层以上筒中心为空筒（图1），测量工作十分困难。2施工测量平面（垂直）控制网的建立以往高层建筑施工通常采用天顶法来控制垂直度。金茂大厦施工中，采用坐标法、天顶法和极坐标法相结合的联合测量法来控制。塔楼控制测量分平面控制测量与垂直控制测量两部分。其中平面控制测量的方法是在场地区域内建立场地控制网，先放出塔楼中心轴线及基础施工所需用的轴线。垂直控制测量的方法是在塔楼中建立垂直控制点，用LEICAZL天顶垂准仪投测垂直基准线。随着施工的进展，为使投测控制点最大限度地接近施工区，根据工程实际情况，设置了一定数量的测量平台，使投测基准点转换上去，同样再从测量平台上的投测点，投测并固定到已提升的施工钢平台面上。依据在施工平台上的5个垂直投测点测设核心筒施工轴线，按设计尺寸控制和调整模板的位置，从而保证筒身的垂直度。在楼层面上，根据四边形控制网点，投测在各楼层面上，以测设各层的施工轴线。2．1坐标系统塔楼SOM建筑坐标轴，两条正交零轴线交于主楼中心，其坐标为Y＝1000．00，X＝500．00。根据上海建筑设计研究院提供的金茂大厦地下连续墙平面图，测算墙与红线转折点所注SOM建筑坐标（Y，X）与设计坐标（A，B），见图2。其中：YOX为SOM建筑坐标系，AO＇B为设计坐标系，则P点在两个系统内的坐标Y、X和A、B的关系式为：Y＝a＋Acosα＋BsinαX＝b－Bcosα＋AsinαA＝（Y－a）cosα＋（X－b）sinαB＝－（X－b）cosα＋（Y－a）sinα上式中的参数a＝753．391，b＝558．088，α＝16°4＇54．7″。2．2施工平面控制网的建立在施工场地上，平面控制网为布设一个通过塔楼中心的十字轴线加密网（图3），十字轴线与塔楼建筑零轴线相重合。2．3塔楼垂直控制网（点）的设置依据场地控制十字轴线，在核心筒段内布设一个小十字轴线网，其点为A1～A5，在筒外楼层布设一个正四边形网，其点为A6～A9（图4）。十字轴线端点延长通过门洞交于四边形中间，形成一个田字形网。将首次垂直控制网点设置于基础承台面上，因地下室测量不便，故将承台面上的控制点精确投测至A3层面上，作为垂准测量基准点。2．4测量平台的转换为保证塔楼控制点垂准线的垂直度，并最大限度接近施工区，进行测量平台的转换，结合工程实际情况，选择在A3、A17、A27、A38、A48层设置测量平台，并在各层进行连测，以保证点位精度。由于楼层部分钢结构尺寸不断向核心筒方向收缩，故在54层以上将楼层四边形边长从39．100m改为28．550m。因核心筒中心部分53层以上是空筒，且筒内楼层混凝土浇筑滞后，无法设站，故在A48层近核心筒壁处设置4个垂直测量控制点（TZ1～TZ4），作为53层以上核心筒垂准测量基准点，并与楼层四边形网A6～A9相连，另在A54层、A72层设置测量平台，在各测量平台上设加密点测设复合巨型柱垂直测量控制点，以保证核心筒和复合巨型柱的相对精度。3垂准测量方法和要求观测时间选择有利时间如清晨和阴天等。使用LEICAZL天顶垂准仪，精度1∶200000（仪器旋转180°对径时二次之差）。测量时仪器旋转四个方向一测回测定，指使上面标志中心移至十字丝交点为止，然后固定标板。3．1投测精度要求3．1．1转换控制网精度要求投测到转换平台上的测点，另用仪器检查，即在同一测站上架设TC1700全站仪（装置弯管）测量其点天顶角来检查，求得点位ΔX（ΔY）和偏差值，偏差值小于2mm不予改正。点位全部投测转换好后，到转换层去检查。测量技术指标及限差规定为测回数1测回，测角中偏差±8″，十字轴线交角偏差90°±5″，四边形直角偏差90°±10″，量距偏差1∶20000，十字轴线端点偏差±2mm，四边形角点偏差±3mm。由于楼层面混凝土有平面收缩现象，在测量长度时，使边长不小于设计长度，以免收缩出现更大偏差。3．1．2投测至钢平台上的十字轴线点的精度要求在转换平台上投测至施工平台上的点投测完毕后即去钢平台面上检查，方法是在中心点A1架设经纬仪，测设十字轴线边角关系，在A53层以上钢平台上，仪器设在TZ1～TZ4四站进行检查。考虑到钢平台上受施工振动影响较大以及边长较短，其限差规定为十字轴线（四边形角）90°±20″；量距偏差为十字轴线11．275m±2mm，四边形线28．550m±3mm。若检测后略超过此限值，则作合理调整，在钢平台上十字轴线调整一般选南北方向线。若交角大于1＇或边长偏差大于5mm，则通知下方进行重测，直至符合要求为止。同时检查复合巨型柱的投测点，以保证两者间的相对精度。3．2照准标志在A53层以上高度时，投测时采用滑动标志如图5所示，其特点是快速，容易标定。（1）设置方法：在钢平台上筒中心（或端点）预埋滑动标志装置如图5（a），标志坐标线对准十字轴线。（2）材料：用一块质硬光滑木板，其尺寸为300mm×300mm×18mm，中间留有100mm×100mm正方形孔洞，搁置在预先埋在平台上的两根互相平行的角钢滑槽中，木板上钉有与钢槽垂直的两根平行滑尺（相距150mm），测量时将一块150mm×150mm不锈钢板标志插在滑尺间，其中点留有3mm通光小孔，如图5（b）。（3）移动方法：根据下方指挥，先将木板顺Y轴方向移左（或右），使标志中心移在X轴线上，然后再在滑尺间移动标板（木板不动），使标志中心移在Y轴线上，这样点位即已确定。经检查无误，用螺栓固定木板和标板。4水准测量和塔身高程控制测量4．1水准测量高程起算点：以业主提供的BM1水准点作为场地基准水准点，BM1位于陆家嘴路街心花园处，离基坑东北方向约250m。其标高BM1＝3．4934m（绝对标高），场地设计建筑标高±0．000m＝4．200m（绝对标高）。楼层控制标高设置：以Ⅱ等水准测量精度进行，引测4个基准标高于地下室（两个在核心筒南、北外壁上，另两个在内壁上）为－14．500m红三角标志，作为地下室标高引测依据。建筑物出地面后，将高程引测至核心筒外壁西北角1．500m处N点（红三角标志），作为向上引测高程的基准点，并与地下室标高进行连测与检查。4．2主楼竖向高程控制测量方法以设置在核心筒西北角N点红三角标志（1．500m）作为向上引测的依据。用钢尺丈量引测，核心筒混凝土每施工一层，在提升完钢平台后，拆松模板时，于西北角下面已知标高点，沿筒壁垂直量上一段层高距离，钢尺经拉力、温度、尺差等校正，经检查无误后，以红三角标志标定作为钢平台上高程放样依据。4．3竖向测距法竖向测距使用全站仪加弯管，可测得较长段垂距，控制钢尺逐段丈量累计偏差，检查已设置在筒壁上的标高。测量方法是在平台垂直测量孔上架设TC1700全站仪，利用壁上已知点高程，测出仪器视高，然后测量至接受点棱镜垂距。并用水准仪引标高于筒壁上，设置标高标志，竖向高程测量方法如图6所示。所求标高点计算公式为：H2＝H1＋a＋S＋c＋b1＋b2式中H1为已知点标高，a为已知点与仪器水平时中心高差，S为仪器至棱镜垂距，c为棱镜中心至底面间距（常数18mm），b1为棱镜底面上水准尺读数，b2为凑整数。利用垂准测量孔进行高程控制，高程控制点随着测量平台的转换而转换。4．4三角高程测量方法欲在楼层面上求得高程点的测量方法是在近BM1水准点的地面处，设置TC1700全站仪，用两根装置棱镜的标杆，一根立在BM1点上，另一根立在所求点上，分别测出仪器至BM1点和所求点的高差h1和h2，即可算得所求点的高程（图7）。测量时，若两处所立的棱镜标高一致，其所求点（N1）高程计算公式为：HN1＝BM1（高程）＋h2－h1若仪器至杆1测得负高差，则h1前变符号为“＋”。两杆高度不一致时，如杆2大于杆1一差数，则两杆之高差减去这一差数，否则相加。塔楼高度在200m（50层）以上时，用三角高程测量法已无法观测，故利用设在A48层的TZ1～TZ4进行竖向高程测量，并根据建筑物沉降调整标高。4．5楼层高程控制依据在核心筒壁西北处的红三角标高标志，在每层核心筒壁四周弹安装水平线（比每层地面高500mm），供安装单位使用。5主楼沉降观测主楼沉降观测的目的是掌握建筑物各部位的沉降变化情况，分析数据作出预报，为建筑物的安全施工服务；同时根据测得资料，验证设计所预期的沉降数据。5．1沉降观测点的布设在基础承台面上布设13个沉降观测点（M1～M13），在浇筑承台混凝土时埋设，标志为圆盒形，以利保护。5．2沉降观测方法以Ⅱ等水准测量精度要求进行观测，从场地基准水准点BM1引测组成一个水准环线，塔楼首层至地下室部分用20m铟钢带尺向下传递引测，使用精密水准仪LEICANA2和铟钢水准尺、带尺进行观测。5．3观测要求和观测精度前后视距差不大于2m，视距累计差不大于3m，视距最大长度不超过40m。沉降观测点相对于后视点高差的测定容许差为±1mm，观测闭合差不超过1mm（n为测站数）。沉降观测点、测定高程中偏差最大为±1mm。平均每施工3层观测1次。6结构各阶段完工线（点）测量成果依据控制点A6～A9与TZ1～TZ4点测量核心筒外壁8个棱角完工线（点），从A1层至A88层（每隔5层），其实测坐标与设计坐标之比，求得点位偏差值。在核心筒中心A1层基准点（±0．000m）处，用LEICAZL天顶垂准仪投测至测量平台上，然后用TC1700全站仪（装置弯管）测设天顶角，求得位移偏差值。测站点移至A17层、A38层、A56层平台中心点上，投测相应层次中心点，直至核心筒最高87层（333．700m）处换算得A3层中心至塔尖基座中心垂直位移偏差值为17mm（东南），相对精度为1／19600，小于设计要求的50mm。本工程的测量成果保证了钢结构与核心筒顺利连接和锁定，特别是3道外伸桁架顺利对接和主楼玻璃幕墙的顺利安装。作者单位：周屹东(上海市第一建筑工程公司，200083)