超高层建筑测量实例上海金茂大厦施工测量文档格式.docx
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塔楼分四踏步施工（核心筒、巨型钢柱、复合巨型柱混凝土、楼面混凝土），周期长、节奏快、施工快慢不一。
核心筒施工快，楼层面慢，如有一次核心筒施工已达A41层＋169m时，楼层面只到＋89m，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，其次筒内楼面后施工，搭设中心测量平台很困难。
（4）结构复杂的影响：
由于钢结构设计的特殊性，塔楼共有45节钢柱的垂直度测量，立好每节钢柱后，测量时通常水平梁都未安装，无法设站，故每次设法在核心筒壁上搭设测站。
三道外伸桁架的测量，因为施工程序的决定，核心筒的8根立柱，必须先浇进核心筒剪力墙内，下面只露出16只巨型柱节点，待后安装复合巨型柱上来后，再安装相关的水平梁及支撑，因此对这先安装好的8根立柱的位置与标高一定要控制好，否则产生扭转，使以后的φ100、φ150的锁轴无法锁进。
（5）使用绝对建筑标高的影响：
设计规定标高引测必须使用绝对标高，即从场地水准基点BM1引测上去，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，势必增加许多检查和修正工作。
4施工平面（垂直）控制网的建立
塔楼控制测量分为平面与垂直控制测量两大部分，其中平面控制测量在场地区域内建立场地控制网。
首先放样出塔楼中心轴线及基础施工所需用的轴线，而垂直控制测量在塔楼中建立垂直控制点，用WildZL天顶垂准仪投测垂直基准线。
随着施工的进展，为了使投测控制点接近施工区，设置一定的测量平台，使投测点转换上去，同样再从测量平台上的投测点，投测至提升好的施工钢平台面上，从标定在施工平台上的五个垂直轴中心来测设核心筒施工轴线，按设计尺寸来控制和调整模板的位置，从而保证筒身的垂直。
在楼层面上根据四边形控制网点，投测在各楼层面上，来测设各层的施工轴线。
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金茂大厦地下连续墙平面图（图号S-2），在墙与红线转折点所注SOM建筑坐标（Y，X）与设计坐标（A，B）两种坐标，经计算其换算方法如下，如图4-166所示。
图4-166
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＋Bsinα
X＝b－Bcosα＋Asinα（4-65）
A＝（Y－a）cosα＋（X－b）sinα
B＝－（X－b）cosα＋（Y－a）sinα（4-66）
上式中的参数a＝753.391
b＝558.088
α＝16°
04'
54.7"
2．施工平面控制网的建立
金茂大厦平面控制网以业主提供的航1、航3和航4来引测，其SOM坐标见表4-46。
表4-46
点号
X（m）
Y（m）
航1
533.861
1055.921
航3
569.540
887.261
航4
242.027
867.711
主楼中心
500.000
1000.000
在建筑施工场地上，平面控制网布设一个通过塔楼中心的十字轴线加密网，点1~点4为轴线的端点，1~7为加密点，如图4-167所示：
十字轴线与塔楼建筑零轴线相重合。
图4-167场地平面控制网图
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点，其点为A1~A5，在筒外楼层布设一个正四边形网，其点为A6~A9，如图4-168所示：
十字轴线端点延长通过门洞交于四边形中间，形成一个田字网型。
图4-168主楼垂直控制网图
首次垂直控制网点设置于基础承台面上，由于地下室测量不便，便把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。
4．测量平台的转换
为了保证塔楼控制点垂准线的垂直度，以及最大限度接近施工区，进行了测量平台的转换，选择在A3~A17~A27~A38~A48层设置测量平台，并在各层进行连测，保证点位精度。
由于结构原因，在核心筒中心部分56层以上是空洞，以及筒内楼层浇捣滞后，无法设站，故在A48层近核心筒壁处，设置四个垂直测量控制点TZ1~TZ4，如图4-169所示。
图4-169A48层垂准控制点
作为53层以上核心筒垂准测量基点，并与楼层四边形网A6~A9相连，又因楼层部分钢结构尺寸不断向筒方向收缩，故在54层以上将楼层四边形边长从39.100m改为28.550m，并且在A54层、A72层设置测量平台，同时在各楼层四边形网上作加密点来测设轴线和复合巨型柱位置。
5垂准测量方法和要求
观测选择有利时间如清晨和阴天，使用WildZL天顶垂准仪进行，仪器标称精度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，直至上面标志中心移至十字丝交点为止，然后固定标板。
1，投点方法
其方法为：
置仪—对中—整平，水平度盘指向0（轴线方向），通知上方准备投测，其作业步骤如下：
（1）指挥上方，使标志中心初步移在镜里十字丝交点附近（图4-170a）。
（2）指挥使标志中心精确移在十字丝交点中心（图4-170b）。
（3）垂准仪旋转180°
，使标志中心折射在纵丝下（上），离十字丝交点一微小距离d（图4-170c）。
（4）指挥上方，在纵丝上向交点方向移d/2的距离，即此点为仪器旋转小圆轨迹的中心，旋转0°
和180°
两个对径位置，镜里会出现的情况（图4-170d）。
（5）垂准仪水平旋转90°
与270°
位置，按上述方法测量移至在横丝上（图4-170e）。
（6）检查投点位置正否，旋转四方，如点对称折射在十字丝线上（图4-170f），那点才算投正。
图4-170
点投好后，通知上方，固定标志。
2．投测精度要求
（1）转换控制网（点）的精度要求
投测到转换平台上的测点，另用仪器检查：
其方法是在同一测站上，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，到转换层上去检查。
测量技术指标及限差规定如下：
测回数1测回
测角中误差±
8"
十字轴线交角误差90°
±
5"
四边形直角误差90°
10"
量距误差1：
20000
十字轴线端点误差±
2mm
四边形角点误差±
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，以免收缩出现更大误差。
（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钢平台上的点投好后，就到钢平台面上去检查，其方法是：
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~TZ4四站来检查。
考虑到钢平台上受施工振动影响较大，以及边长较短，其限差规定如下：
十字轴线（四边形角）90°
20"
量距误差十字轴线11.275m±
四边形线28.550m±
如果检测后略超过此限值，则合理调整，在钢平台上十字轴线调整一般选南北方向线来调整。
如果交角大于1'
或边长误差大于5mm，则通知下方进行重测，直至符合要求为止。
3．照准标志
在A53层以上高度时，投测时采用滑动标志，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4-171（a）所示，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正方形空洞，搁置在预先埋好在平台上的二根相平行角钢滑槽中，木板上钉有与钢槽相垂直的二根平行滑尺，相距为150mm，测量时用一块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4-171（b）。
图4-171滑动标志
（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，这样点位就定好。
经过检查无误后，就用螺栓固定木板和标板。
6水准测量和塔身高程控制测量
1．水准测量
（1）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处。
其标高BM1＝＋3.4934m（绝对），场地设计建筑标高±
0.000m＝±
14.200m（绝对）。
（2）楼层控制标高设置：
以11等水准测量精度进行，以BM1水准点引测至地下室四个基准标高（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，以BM1水准点精密地把高程引测至核心筒外壁西北角＋1.500m处N点，N点红三角标志如图4-172所示，作为向上引测高程基准点，并与地下室标高进行连测与检查。
图4-172N点红三角标志
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）作为向上引测依据。
（1）钢尺丈量引测法：
核心筒混凝土每施工一层（4.0m或3.2m），在提升完钢平台后，拆松模板时，在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、尺差等改正，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。
（2）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误差，检查已设置在筒壁上的标高。
其测量方法如下：
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（镜面向下）垂距。
并在棱镜底面上立水准尺，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4-173所示所求标高点计算公式：
图4-173竖向高程测量图
H2＝H1＋a＋S＋c＋b1＋b2（4-67）
式中H1——已知点标高；
a——已知点与仪器水平时中心高差；
S——仪器至棱镜垂距；
c——棱镜中心至底面间距（常数18mm）；
b1——棱镜底面上水准尺读数；
b2——凑整数。
（3）三角高程测量方法
欲在楼层面上求得高程点，其测量方法如下：
在近BM1水准点的地面处，设置TC1700全站仪，用二根装置棱镜的标杆，一根立在BM1点上，一根立在所求点上，分别测出仪器至BM1点和所求点的高差hl和h2，即可算得所求点的高程，如图4-174所示。
测量时，二处所立的棱镜标高一致时，其所求点（N1）高程计算公式如下：
图4-174三角高程测量示意图
HN1＝BM1（高程）＋h2－h1（4-68）
如果仪器至杆1测得负高差，则hl前变符号为“＋”。
二杆高度不一致时，如杆2大于杆1一差数时，则二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。
在53层以上的高程控制，用设在A48层的TZ1~TZ4点竖向高程测量方法进行。
（4）楼层高程控制
依据在核心筒壁西北处红三角标高标志，施工员在每层核心筒壁四周测设墨斗线弹注安装水平线，其标高为每层地坪设计标高＋500mm，供后续各安装单位使用。
7塔楼钢结构安装测量
88层的金茂大厦，高达420.50m，共有45节钢柱子组成，其中第1~36节为主体楼层，每层有8根巨型钢柱及16根复合钢柱，如图4-175所示。
每根巨型钢柱在坐标轴上ΔX（ΔY）向筒方向共收缩12次，每次收缩ΔX（ΔY）为0.750m，每对钢柱每次垂直向筒方向平移1.0607m，12次在轴上共收进9.000m，平移12.728m，每根钢柱要转换12个坐标位置，势必增加测设钢柱垂直度的难度，尤其在东西方向上。
图4-175主楼钢柱位置图
第41节为塔基底部，42节为塔基基础，43~45节为塔尖，这样的超高层钢结构（如转换12个坐标位置）垂直度测量允许偏差，现行规范没有详细说明，现规定每节钢柱垂直度限差在10mm之内，主体结构整体垂直度如公式（4-69）所示：
H/2500＋10.0＜50.0mm（4-69）
式中H——柱总高度。
即总体垂直度不得超过50mm，为此机械施工公司制定了严密的施工方案，测得钢柱最大偏差为第24节（＋234.495）A6柱总体偏差为28mm，从而保证了钢结构封顶时总体垂直偏差大大小于50mm的要求。
1．8根巨型钢柱垂直度测量
（1）地面测量法：
利用场地控制网，将外围柱轴线延长至塔楼外场地上，设置测点，同时在1层柱子面上，设置轴线标志，一根柱子设二个基准标志东（西）和南（北），作为投测依据。
在相应测站上，用T2经纬仪进行正倒镜投测，在上节柱子上量出偏差，求得位移量。
随着建筑物不断升高，此基准线方向标志必须向上传递，利用上部轴线重新设置方向标志。
第一次设置的一层方向标志，一直用到第一道外伸析架安装完成。
第二次方向标志设在第18层钢柱上，一直用到第二道外伸桁架安装结束。
第三次基准方向标志，设在48层的钢柱上。
（2）联合测量法：
当结构安装到150m以上时，采用高空和地面联合测量法。
在安装时，高空由当班工，测量安装节柱的本节垂直度，使用J2型经纬仪，地面测量总体垂直度，使用T2型经纬仪。
测好后，互相对照，从而为下一节柱子安装提供垂直偏差的依据。
在高空测量中，架设仪器困难，测量人员自己动手解决了搁置仪器问题，即利用钢管、扣件及螺栓，制作一个简单的可固定在核心筒上安放仪器小平台，这样可解决一个方向的测量问题。
另一个方向测量，将仪器安置在已安装好的钢梁上，这个方法一直使用到88层。
（3）坐标测量法：
该方法也是总体垂直度测量的一种方法，其方法在53层以上时，在每逢各节柱顶的楼层面上，在核心筒壁处的测点TZ1~TZ3和TZ2~TZ4，在其方向一定高度处，在筒壁上预留200mm×
200mm方孔，使其对向通视，如图4-176（a）所示。
测量时设置一个搁置平台，使仪器中心对准楼面上测点，如图4-176（b）所示。
从孔中看到对向后视点，测量各节柱顶中心位置坐标，算得偏差和垂直度。
图4-176垂直度测量
2．三道外伸桁架的测量
三道外伸桁架的安装是整个钢结构工程的关键，要求较高。
依施工程序，核心筒的8根立柱必须先浇进核心筒剪力墙内，楼层下面只露出16只巨型柱节点，待安装复合柱上来后，再安装相关的水平梁及支撑。
因此对这先安装好的8根立柱的轴线与标高控制至关重要，特别是轴线，如控制不好，产生扭转，以后φ200和φ协50的锁轴，无法锁进。
测量方法：
在测设三道外伸桁架时，钢平台较长时间分别停留在24层、51层和85层相应高度范围内，根据投测在钢平台上的十字轴线点来测设8根立柱和钢结构的位置，如图4-177所示。
8根立柱位置控制在3mm内，等浇好混凝土后再测一次，求得8根立柱的实际偏差值，为外伸桁架复合柱安装提供调整数据。
图4-177钢平台上的十字轴线点
柱顶标高依据在各层核心筒壁西北红三角标高标志来引测。
由于测量控制得好，使三道外伸桁架416根锁轴，顺利锁定。
3．塔顶测量
塔顶测量是仅次于外伸桁架的第二难点。
因为在88层以上，只有少量几根外围柱设计是垂直的，其余都是倾斜的。
测量方法根据85层核心筒壁上4个测量点TZ1~TZ4点投测至P1~P4各层面上，直至塔尖基座中心（＋383.50m）层面。
在各层面上4个控制点网用来控制各层轴线和塔尖垂直度。
8主楼沉降观测
主楼沉降观测主要是为了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，对设计所预期的沉降数据，进行验证。
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，即M1~M13，如图4-178所示，在浇捣承台混凝土时一起埋设，标志为圆盒式型，以利保护。
图4-178主楼沉降观测点布置图
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，观测使用精密水准仪Wild-NA2和铟钢水准尺、带尺。
3．观测要求
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。
观测精度：
沉降观测点相对于后视点高差的测定允许偏差为±
1mm，观测闭合差不超过1
mm（式中n为测站数）。
沉降观测点、测定高程中误差最大为±
1mm。
4．观测周期
平均每周观测一次。
5．主楼累计沉降量
1998年3月28日，主楼第121次沉降观测，测得累计沉降量见表4-47。
主楼累计沉降量表4-47
累计沉降量（mm）
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
1998.3.28
-36
45
-38
-64
-43
-65
-69
-66
-45
9结构各阶段完工线（点）测量成果
1．核心筒完工线（点）测量
依据控制点A6~A9与TZ1~TZ4点测量核心筒外壁八个棱角完工线（点）如甲4-179所示。
从A1层~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（略）。
图4-179核心筒完工点布置
2．核心筒外伸朽架柱顶偏差和标高测量
核心筒的三道外伸桁架的柱顶中心水平偏差，依据投测在A24层、A51层和A85层钢平台上的十字轴线来测设，分别量测轴线与柱顶中心间距离，算得每个柱顶的水平位移偏差如图4-180~图4-185所示，同时算得每道外伸桁架相对偏差（略）。
标高测量分别以核心筒红三角标高标志，用水准测量方法，测出各柱顶高程，求得高程偏差。
图4-180核心筒24层柱顶水平位移及标高偏差
图4-181核心筒26层柱顶水平位移及标高偏差
图4-182核心筒51层柱顶水平位移及标高偏差
图4-183核心筒53层柱顶水平位移及标高偏差
图4-184核心筒85层柱顶水平位移及标高偏差
图4-185核心筒87层柱顶水平位移及标高偏差
3．主楼钢柱位移（垂直度）和标高测量
钢柱位移测量：
钢柱每节安装完毕后，在其纵横轴线上设站用经纬仪正倒镜投点法量取矢量或测设钢柱中心坐标，求得位移偏差量，现列出从第1节至第35节中转换节柱位移偏差量（略）。
标高从核心筒壁上红三角标高标志引测。
4．主楼复合巨型柱混凝土体完工线（点）测量
主楼复合巨型柱体完工线（点）测量依据在对应楼层面上控制点来测设其柱体的4个角点的实际坐标与设计坐标之比，求得水平位移偏差值。
从A1层~A86层间每隔5层测量一次，其柱体轴线位置与角点编号如图4-186所示，位移偏差值此处略。
图4-186柱体轴线位置与角点编号
5．核心筒中心点垂直位移偏差
在核心筒中心A3层基准点（＋12.800m）处，用WildZL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。
随着施工的进展，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，直至塔尖基座中心（＋382.500m）换算得A3层中心至塔尖基座中心垂直位移偏差值：
累计位移偏差值矢量ΔY＝＋19mm（偏东）
ΔX＝＋9mm（偏南）
S（A3-基座）＝21mm（东南）
相对误差为1/17600
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