高層建築測量方法和技巧（高層建築施工測量要點）

2023-07-22 17:48:01

1 高層建築施工測量

1.1 高層建築施工測量的特點及基本要求

1.1.1 高層建築施工測量的特點

1．由於建築層數多、高度高，結構豎向偏差直接影響工程受力情況，故施工測量中要求豎向投點精度高，所選用的儀器和測量方法要適應結構類型、施工方法和場地情況。

2．由於建築結構複雜，設備和裝修標準較高，特別是高速電梯的安裝等，對施工測量精度要求亦高。一般情況在設計圖紙中有說明，總的允許偏差值，由於施工時亦有誤差產生，為此測量誤差只能控制在總的總偏差值之內。

3．由於建築平面、立面造型既新穎且複雜多變，故要求開工前先制定施測方案，儀器配備，測量人員的分工，並經工程指揮部組織有關專家論證方可實施。

1.1.2 高層建築施工測量的基本準則

1．遵守國家法令、政策和規範，明確為工程施工服務。

2．遵守先整體後局部和高精度控制低精度的工作程序。

3．要有嚴格審核制度。

4．建立一切定位、放線工作要經自檢、互檢合格後，方可申請主管部門驗收的工作制度。

圖4-152 上海商城平面控制網

2．用極坐標法和直角坐標法的放樣

在工業企業建築場地上，一般地面較為平坦，適宜於用簡單的測量工具進行平面位置的放樣。在平面位置的放樣方法中，通常用的是極坐標法和直角坐標法。

用極坐標法放樣時，要相對於起始方向先測設己知的角度，再由控制點測設規定的距離。

當用直角坐標法放樣時，則先要在地面上設有兩條互相垂直的軸線，作為放樣控制點。此時，沿著Z軸測設縱坐標，再由縱坐標的端點對Z軸作垂線，在垂線上測設橫坐標。為了進行校核，可以按上述順序從另一軸線上作第二次放樣。為了使放樣工作精確和迅速，在整個建築場地應布設方格網作為放樣工作的控制，這樣，建築物的各點就可根據最近的方格網頂點來放樣。

下面分析用極坐標法和直角坐標法放樣點位的精度。

（1）極坐標法

設有通過控制點O的坐標軸Ox和Oy，待放樣點C（圖4-153）的坐標等於x和y。放樣是用極坐標法，由位於Ox軸上離點O距離為c的點A來進行。也就是說，在A點測設出預先算得之角度α，再由點A測設距離到點c。因此，為了放樣C點，需要進行下列工作：

圖4-153

1）在Ox方向上量出由點O到點A的距離。；

2）儀器對中；

3）在A點安置儀器測設角度α；

4）沿著所測設的方向，由A點量出距離b；

5）在地面上標定C點的位置。

以上各項工作均具有一定的誤差。由於各項誤差都是互不相關的發生，所以彼此均是獨立的，按誤差理論可得用極坐標法測設C點的總誤差：

（4-59）

式中 μ，μ1——丈量c與b的誤差係數；

e——對中誤差；

mα——測設角度誤差；

τ——標定誤差。

由上式可看出，C點離開A點O點愈遠，則誤差愈大。尤其是b的增大影響更大。此外，我們還可看出，總誤差不取決於角度α的大小，而是決定於測設角度的精度。為此，為了減少誤差M，需要提高測設長度和角度的精度。

（2）直角坐標法

直角坐標法是極坐標法的一種特殊情況。此時α＝90°，此外，b和c均是直接丈量的，所以誤差係數μ＝μ1。由此得C點位置的總誤差為

（4-60）

3．施工方格控制網點的精測和檢核測量

建立施工方格控制網點，一般要經過初定、精測和檢測三步。

（1）初定 初定即把施工方格網點的設計坐標放到地面上。此階段可以利用打入的5cm×5cm×30cm小木樁作埋設標誌用。

由於該點為埋石點，在埋設標誌時必須挖掉，為此在初定時必須定出前後方向樁，離標樁約2~3m，根據埋設點和方向樁定出與方向線大致垂直的左右兩個，這樣當埋設標誌時，只要前後和左右用麻線一拉，此交點即為原來初定的施工方格網點（圖4-154）。另配一架水準儀，為了掌握其頂面標高，在前或後的方向樁上測一標高。因前後方向樁在埋設標誌時不會挖掉，可以在埋設時隨時引測。為了滿足施工方格網的設計要求，標樁頂部現澆混凝土，並在頂面放置200mm×200mm不鏽鋼板。方格網點的埋設見圖4-155。

圖4-154 初定點位及方向樁示意圖

圖4-155 方格網控制點標誌埋設圖

1-混凝土保護樁；2-預製鋼筋混凝土樁；3-水準標誌；

4-不鏽鋼標板；5-300mm×300mm混凝土

（2）精測 方格網控制點初定並將標樁埋設好後，將設計的坐標值必須精密測定到標板上。為了減少計算工作量，一般可以採用現場改正。改正方法如下：

1）180°時的改正方法。

詳見圖4-156長軸線改正示意圖。

圖4-156 長軸線改正示意

改正後用同樣方法進行檢查，其180°之差應≤±10"。

2）90°時的改正方法。

詳見圖4-157短軸線改正示意圖。

圖4-157 短軸線改正示意

式中 l——軸線點至軸線端點的距離；

δ——設計角為直角時。

改正後檢查其結果，90°之差應≤±6"。

（3）檢測 精測時點位在現場雖作了改正但為了檢查有否錯誤以及計算方格控制網的測量精度，必須進行檢測，測角用T2經緯儀兩個測回，距離往返觀測，最後根據所測得的數據進行平差計算坐標值和測量精度。

1.2.2 高程控制

水準測量在整個測量工作中所佔工作量很大，同時也是測量工作的重要部分。正確而周密地加以組織和較合理地布置高程控制水準點，能在很大程度上使立面布置、管道敷設和建築物施工得以順利進行，建築工地上的高程控制必須以精確的起算數據來保證施工的要求。

高層建築工地上的高程控制點，要聯測到國家水準標誌上或城市水準點上。高層建築物的外部水準點標高系統與城市水準點的標高系統必須統一，因為要由城市向建築工地敷設許多管道和電纜等。

利用水準點標高計算誤差公式求得的標高誤差為

m2＝n2Li＋σ2Li （4-63）

式中 n——每公裡平均偶然誤差，在三等水準測量中相當於±4mm。

σ——平均系統誤差，相當於±0.8mm；

L——為公裡數，假設為2km。

將上述代入則得

1.3 建（構）築物主要軸線的定位及標定

1.3.1 樁位放樣

在軟土地基區的高層建築常用樁基，一般都打入鋼管樁或鋼筋混凝土方樁。由於高層建築的上部荷重主要由鋼管樁或鋼筋混凝土方樁承受，所以對樁位要求較高，按規定鋼管樁及鋼筋混凝土樁的定位偏差不得超過D/2（D為圓樁直徑或方樁邊長），為此在定樁位時必須按照建築施工控制網，實地定出控制軸線，再按設計的樁位圖中所示尺寸逐一加以定出樁位，定出的樁位之間尺寸必須再進行一次校核，以防定錯，詳見圖4-158。

圖4-158 樁位圖（單位：mm）

1.3.2 建築物基坑與基礎的測定

高層建築由於採用箱形基礎和樁基礎較多，所以其基坑較深，有的達20餘m。在開挖其基坑時，應當根據規範和設計所規定的精度（高程和平面）完成土方工程。

基坑下輪廓線的定線和土方工程的定線，可以沿著建築物的設計軸線，也可以沿著基坑的輪廓線進行定點，最理想的是根據施工控制網來定線。

根據設計圖紙進行放樣，常用的方法有：

1．投影法

根據建築物的對應控制點，投影建築物的輪廓線。具體作法如圖4-159所示。將儀器設置在A2，後視A'2，投影A2A'2方向線，將儀器移至A3，後視A'3，定出A3A'3方向線。用同樣方法在B2B3控制點上定出B2B'2，B3B'3方向線，此方向線的交點即為建築物的四個角點，然後按設計圖紙用鋼尺或皮尺定出其開挖基坑的邊界線。

圖4-159 建築物放樣示意

2．主軸線法

建築方格網一般都確定一條或兩條主軸線。主軸線的形式有"L"‑字形、"T"字形或"十"字形等布置形式。這些主軸線是作為建築物施工的主要控制依據。因此，當建築物放樣時，按照建築物柱列線或輪廓線與主軸線的關係，在建築場地上定出主軸線後，然後根據主軸線逐一定出建築物的輪廓線。

3．極坐標法

由於建築物的造型格式從單一的方形向"S"形、扇面形、圓筒形、多面體形等複雜的幾何圖形發展，這樣對建築物的放樣定位帶來了一定的複雜性，極坐標法是比較靈活的放樣定位方法。具體做法是，首先將設計要素如輪廓坐標，曲線半徑、圓心坐標等與施工控制網點的關係，計算其方向角及邊長，在工作控制點上按其計算所得的方向角和邊長，逐一測定點位。將所有建築物的輪廓點位定出後，再行檢查是否滿足設計要求。

總之，根據施工場地的具體條件和建築物幾何圖形的繁簡情況，測量人員可選擇最合適的工作方法進行放樣定位。

1.3.3 建築物基礎上的平面與高程控制

1．建築物基礎上的平面控制

由外部控制點（或施工控制點）向基礎表面引測。如果採用流水作業法施工，當第一層的柱子立好後，馬上開始砌築牆壁時，標樁與基礎之間的通視很快就會阻斷。由於高層建築的基礎尺寸較大，因而就不得不在高層建築基礎表面上做出許多要求精確測定的軸線。而所有這一切都要求在基礎上直接標定起算軸線標誌。使定線工作轉向基礎表面，以便在其表面上測出平面控制點。建立這種控制點時，可將建築物對稱軸線作為起算軸線，如果基礎面上有了平面控制點，那就能完全保證在規定的精度範圍內進行精密定線工作。

圖4-160所示為某一高層層面軸線投點圖，根據施工控制軸線8、11、D主要軸線，儀器架設在⑧，後視 eq \o\ac(○,8')投點，架在D'後視D'投點，此交點為8/D'。以同樣方法交出11/D'，此兩個主要軸線點定出後，必須再進行檢查，看測出之交角是否滿足精度要求180°±10"和90°±6"，再用精密丈量的方法求得實際定出的距離，再與設計距離比較是否滿足精度要求，如果超限則必須重測。精度要求由設計部門提出或甲方提出，一般規定基礎面上的距離誤差在±5mm以內。當高層建築施工到一定高度後，地面控制點無法直接投線時，則可利用事先在做施工控制網投至遠方高處紅三角標誌作為控制。圖4-161所示為某高層建築施工到8層時用遠方高處的紅三角，用串線的方法定出8層基礎面的控制點。

圖4-160 軸線放樣圖

圖4-161 8層底板的軸線投放

串線法是利用三點成一直線的原理。如圖4-161若測定8軸線，將儀器安置在8/D'處（目估），將望遠鏡照準8紅三角，倒轉望遠鏡測出8'紅三角的偏差值，鬆動儀器中心螺栓，移動儀器大約偏差值的1/2，再照準8目標、固定度盤，倒轉望遠鏡照準8'目標。這樣往返測量多次，使儀器中心嚴格歸化到8軸線上，最後測定8軸線的直線角是否滿足180°±10"。如測角已滿足180°±10"，即儀器中心已置於8軸線上，可以在建築面上投放軸線。

總之，高層建築施工時在基礎面上放樣，要根據實際情況採取切實可行的方法進行，但必須經過校對和覆核，以確保無誤。

當用外控法投測軸線時，應每隔數層用內控法測一次，以提高精度，減少豎向偏差的積累。為保證精度應注意以下幾點：

（1）軸線的延長控制點要準確，標誌要明顯，並要保護好。

（2）儘量選用望遠鏡放大倍率大於25倍、有光學投點器的經緯儀，以T2級經緯儀投測為好。

（3）儀器要進行嚴格的檢驗和校正。

（4）測量時儘量選在早晨、傍晚、陰天、無風的氣候條件下進行，以減少旁折光的影響。

2．建築物基礎上的高程控制

基礎上高程控制的用途，是利用工程標高保證高層建築施工各階段的工作。高程控制水準點必須滿足基礎整個面積之用，而且還要有高精度的絕對標高。必須用二等水準測量確定水準標面的標高。水準網的主要技術要求按工程測量規範，必須把水準儀置於兩水準尺的中間，II等水準前後視距不等差不得超過1m，III等水準前後視距不等差不得大於2m，IV等水準前後視距不等差不得大於4m。如果採用帶有平行玻璃板的水準儀並配有銦鋼水準尺時，那就利用主副尺讀數。主副尺的常數一般為3.01550，主副尺之讀數差≤±0.3mm，視線距地面高不應小於0.5m。如果無上述儀器，就採用三絲法，這種方法不需要水準氣泡兩端的讀數。基礎上的整個水準網附合在2~3個外部控制水準標誌上。

水準測量必須做好野外記錄，觀測結束後及時計算高差閉合差，看是否超限，如II等水準允許線路閉合限差為4根號L或1根號N（L為公裡數、n為測站數）。結果滿足精度要求後，即可將水準線路的不符值按測站數進行平差，計算各水準點的高程，編寫水準測量成果表。4-5-4 高層建築中的豎向測量

豎向測量亦稱垂準測量。垂準測量是工程測量的重要組成部分。它應用比較廣泛，適用於大型工業工程的設備安裝、高聳構築物（高塔、煙囪、筒倉）的施工、礦井的豎向定向，以及高層建築施工和豎向變形觀測等。在高層建築施工中豎向測量常用的方法如下：

1.4.1 雷射鉛垂儀法

雷射鉛垂儀是一種鉛垂定位專用儀器，適用於高層建築的鉛垂定位測量。該儀器可以從兩個方向（向上或向下）發射鉛垂雷射束，用它作為鉛垂基準線，精度比較高，儀器操作也比較簡單。

雷射鉛垂儀如圖4-162所示，主要由氦氖雷射器、豎軸、發射望遠鏡、水準管、基座等部分組成。雷射器通過兩組固定螺釘固定在套筒內。豎軸是一個空心筒軸，兩端有螺扣用來連接雷射器套筒和發射望遠鏡，雷射器裝在下端，發射望遠鏡裝在上端，即構成向上發射的雷射鉛垂儀。倒過來安裝即成為向下發射的雷射鉛垂儀。儀器配有專用雷射電源。使用時必須熟悉說明書，上海聯誼大廈就是用雷射鉛垂儀法作垂直向上傳遞控制的。用此方法必須在首層面層上作好平面控制，並選擇四個較合適的位置作控制點（圖4-163）或用中心"十"字控制，在澆築上升的各層樓面時，必須在相應的位置預留200mm×200mm與首層層面控制點相對應的小方孔，保證能使雷射束垂直向上穿過預留孔。在首層控制點上架設雷射鉛垂儀，調置儀器對中整平後啟動電源，使雷射鉛垂儀發射出可見的紅色光束，投射到上層預留孔的接收靶上，查看紅色光斑點離靶心最小之點，此點即為第二層上的一個控制點。其餘的控制點用同樣方法作向上傳遞。

圖4-162 雷射鉛垂儀示意

1-氦氖雷射器；2-豎軸；3-發射望遠鏡；4-水準管；5-基座

圖4-163 內控制布置

（a）控制點設置；（b）垂向預留孔設置

1-中心靶；2-滑模平臺；3-通光管；4-防護棚；5-雷射鉛垂儀；6-操作間

1.4.2 天頂垂準測量（仰視法）

垂準測量的傳統方法是採用掛錘球、經緯儀投影和雷射鉛垂儀法來傳遞坐標，但這幾種方法均受施工場地及周圍環境的制約，當視線受阻，超過一定高度或自然條件不佳時，施測就無法進行。隨著科技的進步，新一代垂準經緯儀的問世，從而解決了傳統垂準測量方法中的難題，能在各種困難條件下進行施測，使垂準測量方法進一步完善。天頂法垂準測量的基本原理，是應用經緯儀望遠鏡進行天頂觀測時，經緯儀軸系間必須滿足下列條件：①水準管軸應垂直於豎軸；②視準軸應垂直於橫軸；③橫軸應垂直於豎軸。則視準軸與豎軸是在同一方向線上。當望遠鏡指向天頂時，旋轉儀器，利用視準軸線可以在天頂目標上與儀器的空間畫出一個倒錐形軌跡。然後調動望遠鏡微動手輪，逐步歸化，往復多次，直至錐形軌跡的半徑達到最小，近似鉛垂。天頂目標分劃上的呈像，經望遠鏡稜鏡通過90°折射進行觀測。

1．使用儀器及附屬設備

上海第三光學儀器廠的DJK-6普通經緯儀和上海第三光學儀器廠於1985年研製成的DJ6-C6垂準經緯儀；其他國產的J6、J2經緯儀（但望遠鏡要短，能置於天頂）；附屬設備與儀器望遠鏡目鏡相配的彎管稜鏡組或直角稜鏡；目標分劃板（可以根據需要設計製作）。

2．施測程序及操作方法

先標定下標誌和中心坐標點位，在地面設置測站，將儀器置中、調平，裝上彎管稜鏡，在測站天頂上方設置目標分劃板，位置大致與儀器鉛垂或設置在已標出的位置上。將望遠鏡指向天頂，並固定之後調焦，使目標分劃板呈現清晰，置望遠鏡十字絲與目標分劃板上的參考坐標X、Y軸相互平行，分別置橫絲和縱絲讀取x和y的格值GJ和CJ或置橫絲與目標分劃板Y軸重合，讀取x格值GJ。轉動儀器照準架180°，重複上述程序，分別讀取x格值G'J和y格值C'J。然後調動望遠鏡微動手輪，將橫絲與

格值重合，將儀器照準架旋轉90°，置橫絲與目標分劃板X軸平行，讀取y格值C'J，略調微動手槍，使橫絲與

格值相重合。所測得

；

的讀數為一個測回，記入手簿作為原始依據。3．數據處理及精度評定

一測回垂準測量中誤差的精度評定，目前是參照國際標準"ISO/TC172/SC6N8E《垂準儀》野外測試精度評定方法"進行計算的，採用DJ6-C6儀器測試時按下列公式計算：

（4-64）

式中 V——改正數；

N——測站數；

n——測回數；

m——垂準點位中誤差；

r——垂準測量相對精度；

ρ"＝206265"。

如上海賓館施工中使用天頂法，在J2級經緯儀上安裝彎管目鏡，實測結果在65m高度上，誤差為±2mm，即豎向誤差±6"。

1.4.3 天底垂準測量（俯視法）

1．天底垂準測量的基本原理

如圖4-164所示，利用DJ6-C6光學垂準經緯儀上的望遠鏡，旋轉進行光學對中取其平均值而定出瞬時垂準線。也就是使儀器能將一個點向另一個高度面上作垂直投影，再利用地面上的測微分劃板測量垂準線和測點之間的偏移量，從而完成垂準測量。基準點的對中是利用儀器的望遠鏡和目鏡組，先把望遠鏡指向夭底方向，然後調焦到所觀測目標清晰、無視差，使望遠鏡十字絲與基準點十字分劃線相互平行，讀出基準點的坐標讀數A1，轉動儀器照準架180°，再讀一次基準點坐標讀數A2，由於儀器本身存在系統誤差，A1與A2不重合，故中數A＝（A1＋A2）/2，這樣儀器中心與基準點坐標A在同一鉛垂線上，再將望遠鏡調焦至施工層樓面上，在俯視孔上放置十字坐標板（此板為儀器的必備附件），用望遠鏡十字絲瞄準十字坐標板，移動十字坐標板，使十字坐標板坐標軸平行於望遠鏡十字絲，並使A讀數與望遠鏡十字絲中央重合，然後轉動儀器，使望遠鏡與坐標板原點O重合，這樣完成一次鉛垂點的投測。一系列的垂準點標定後，作為測站，可作測角放樣以及測設建築物各層的軸線或垂直度控制和傾斜觀測等測量工作。上海金陵東路售票大樓即應用天底垂準測量方法來完成軸線的投測工作。

圖4-164 天底法原理

A0-確定的儀器中心；O-基準點

2．施測程序及操作方法

（1）依據工程的外形特點及現場情況，擬定出測量方案。並做好觀測前的準備工作，定出建築物底層控制點的位置，以及在相應各樓層留設俯視孔，一般孔徑為φ150mm，各層俯視孔的偏差≤φ8mm。

（2）把目標分劃板放置在底層控制點上，使目標分劃板中心與控制點標誌的中心重合。

（3）開啟目標分劃板附屬照明設備。

（4）在俯視孔位置上安置儀器。

（5）基準點對中。

（6）當垂準點標定在所測樓層面十字絲目標上後，用墨斗線彈在俯視孔邊上。

（7）利用標出來的樓層上十字絲作為測站即可測角放樣，側設高層建築物的軸線。數據處理和精度評定與天頂垂準測量相同。

1.5 上海金茂大廈施工測量實例

1.5.1 概述

金茂大廈主體建築地下3層，地上88層，總建築面積289500m2，總高度420.50m。

主樓1~52層為辦公室，總面積115438m2，53~87層為五星級賓館，88層為觀光層，距地面340.10m，如圖4-165所示。

裙房長150.40m，寬45.70m，六層。

地下三層，面積57151m2。

主樓有電梯55臺，外牆以不鏽鋼管為裝飾線條的玻璃幕牆，在主樓24層，51層和85層高度範圍內有三道外伸桁架將核心筒與外部鋼結構相連接。

圖4-165

在塔樓頂部中央有一座高約51m的塔尖，其底部標高為369.50m，頂部標高為420.50m。

塔尖於1997年8月8日開始安裝第一段，次日進行後三段的組裝，到14日上午正式提升，僅用了35min，塔尖就穩穩地坐到了383.50m高的位置上，同時宣告了中華第一高樓金茂大廈塔樓結構工程的基本完成。

1.5.2 建築施工對測量精度要求

在大廈建築施工和安裝過程中，測量工作極為重要，它是保證施工質量和建築物安全的重要手段。由於結構的特殊性，塔樓核心筒內的控制點與筒外控制點不能直接通視，又因筒內樓板澆搗滯後，以及56層以上筒中心塊圓弧內為空洞，給測量工作帶來很大困難。

設計施工對測量精度要求：竣工後塔樓中心垂直方向偏差不大於30mm，塔筒五個垂準基點相對於塔筒中心點，點位誤差小於2mm，樓層四邊形控制點小於3mm，垂直投點誤差小於3mm。長度精度量距相對誤差為1：20000，在玻璃幕牆安裝中，要求軸線控制點誤差在3mm以內，高程點誤差在3mm以內。

1.5.3 施工特點和測量難度

1．施工特點：塔樓分四踏步施工，分別是核心筒、巨型鋼柱、複合巨型柱和筒內外樓板。

主樓核心筒為鋼筋混凝土結構，採用分體組合式鋼平臺模板系統，複合巨型柱採用爬模施工工藝。

塔樓共有45節鋼柱子連接而成，其中1~36節為主體樓層，每層有8根巨型鋼柱和16根複合巨型鋼柱，在其層間，每根巨型鋼柱向核心筒方向共收縮12次，每根鋼柱要轉換12個坐標位置。

在主樓的三道外伸桁架由於其設計特殊性使外伸桁架從製作到安裝產生了一系列前所未遇的技術難點。

2．測量的難度：金茂大廈為超高層建築物，在施工測量時遇到了不少困難，有以下幾種不利情況：

（1）自然影響：在高空作業時，易受日照、風力、搖擺等不利氣候影響。

（2）建築物變形影響：設置在建築物上的測量點由於受到沉降、收縮等影響，其點位亦會發生變化，一般網點邊長會縮短，影響測量精度。

（3）施工條件的影響：塔樓分四踏步施工（核心筒、巨型鋼柱、複合巨型柱混凝土、樓面混凝土），周期長、節奏快、施工快慢不一。核心筒施工快，樓層面慢，如有一次核心筒施工已達A41層＋169m時，樓層面只到＋89m，兩者高度相差達80m，使核心筒十字軸線與樓層四邊形網點在相應高度的層面上無法聯網，其次筒內樓面後施工，搭設中心測量平臺很困難。

（4）結構複雜的影響：由於鋼結構設計的特殊性，塔樓共有45節鋼柱的垂直度測量，立好每節鋼柱後，測量時通常水平梁都未安裝，無法設站，故每次設法在核心筒壁上搭設測站。三道外伸桁架的測量，因為施工程序的決定，核心筒的8根立柱，必須先澆進核心筒剪力牆內，下面只露出16隻巨型柱節點，待後安裝複合巨型柱上來後，再安裝相關的水平梁及支撐，因此對這先安裝好的8根立柱的位置與標高一定要控制好，否則產生扭轉，使以後的φ100、φ150的鎖軸無法鎖進。

（5）使用絕對建築標高的影響：設計規定標高引測必須使用絕對標高，即從場地水準基點BM1引測上去，勢必增加許多工作量。其次是先前設置在各樓層上的標高線（點）變化亦不盡相同，勢必增加許多檢查和修正工作。

1.5.4 施工平面（垂直）控制網的建立

塔樓控制測量分為平面與垂直控制測量兩大部分，其中平面控制測量在場地區域內建立場地控制網。首先放樣出塔樓中心軸線及基礎施工所需用的軸線，而垂直控制測量在塔樓中建立垂直控制點，用Wild ZL天頂垂準儀投測垂直基準線。隨著施工的進展，為了使投測控制點接近施工區，設置一定的測量平臺，使投測點轉換上去，同樣再從測量平臺上的投測點，投測至提升好的施工鋼平檯面上，從標定在施工平臺上的五個垂直軸中心來測設核心筒施工軸線，按設計尺寸來控制和調整模板的位置，從而保證筒身的垂直。在樓層面上根據四邊形控制網點，投測在各樓層面上，來測設各層的施工軸線。

1．坐標系統

塔樓SOM建築坐標軸，兩條正交零軸線交於主樓中心，其坐標為Y＝1000.00，X＝500.00。

根據上海建築設計研究院金茂大廈地下連續牆平面圖（圖號S-2），在牆與紅線轉折點所注SOM建築坐標（Y，X）與設計坐標（A，B）兩種坐標，經計算其換算方法如下，如圖4-166所示。

圖4-166

其中：YOX為SOM建築坐標系

AO'B為設計坐標系

則P點在兩個系統內的坐標，Y、X和A、B的關係式為：

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）

上式中的參數a＝753.391

b＝558.088

α＝16°04'54.7"

2．施工平面控制網的建立

金茂大廈平面控制網以業主提供的航1、航3和航4來引測，其SOM坐標見表4-46。

表4-46

在建築施工場地上，平面控制網布設一個通過塔樓中心的十字軸線加密網，點1~點4為軸線的端點，1~7為加密點，如圖4-167所示：十字軸線與塔樓建築零軸線相重合。

圖4-167 場地平面控制網圖

3．塔樓垂直控制網（點）的設置

依據場地控制十字軸線，在核心筒段內布設一個小十字軸線網點，其點為A1~A5，在筒外樓層布設一個正四邊形網，其點為A6~A9，如圖4-168所示：十字軸線端點延長通過門洞交於四邊形中間，形成一個田字網型。

圖4-168 主樓垂直控制網圖

首次垂直控制網點設置於基礎承檯面上，由於地下室測量不便，便把承檯面上的控制點精確投測至A3層面上，作為垂準測量基準點。

4．測量平臺的轉換

為了保證塔樓控制點垂準線的垂直度，以及最大限度接近施工區，進行了測量平臺的轉換，選擇在A3~A17~A27~A38~A48層設置測量平臺，並在各層進行連測，保證點位精度。

由於結構原因，在核心筒中心部分56層以上是空洞，以及筒內樓層澆搗滯後，無法設站，故在A48層近核心筒壁處，設置四個垂直測量控制點TZ1~TZ4，如圖4-169所示。

圖4-169 A48層垂準控制點

作為53層以上核心筒垂準測量基點，並與樓層四邊形網A6~A9相連，又因樓層部分鋼結構尺寸不斷向筒方向收縮，故在54層以上將樓層四邊形邊長從39.100m改為28.550m，並且在A54層、A72層設置測量平臺，同時在各樓層四邊形網上作加密點來測設軸線和複合巨型柱位置。

1.5.5 垂準測量方法和要求

觀測選擇有利時間如清晨和陰天，使用Wild ZL天頂垂準儀進行，儀器標稱精度1：200000（儀器旋轉180°對徑時二次之差）。測量時儀器旋轉四個方向一測回測定，直至上面標誌中心移至十字絲交點為止，然後固定標板。

1，投點方法

其方法為：置儀—對中—整平，水平度盤指向0（軸線方向），通知上方準備投測，其作業步驟如下：

（1）指揮上方，使標誌中心初步移在鏡裡十字絲交點附近（圖4-170a）。

（2）指揮使標誌中心精確移在十字絲交點中心（圖4-170b）。

（3）垂準儀旋轉180°，使標誌中心折射在縱絲下（上），離十字絲交點一微小距離d（圖4-170c）。

（4）指揮上方，在縱絲上向交點方向移d/2的距離，即此點為儀器旋轉小圓軌跡的中心，旋轉0°和180°兩個對徑位置，鏡裡會出現的情況（圖4-170d）。

（5）垂準儀水平旋轉90°與270°位置，按上述方法測量移至在橫絲上（圖4-170e）。

（6）檢查投點位置正否，旋轉四方，如點對稱折射在十字絲線上（圖4-170f），那點才算投正。

圖4-170

點投好後，通知上方，固定標誌。

2．投測精度要求

（1）轉換控制網（點）的精度要求

投測到轉換平臺上的測點，另用儀器檢查：其方法是在同一測站上，架設TC1700全站儀（裝置彎管）測量其點天頂角來檢查，求得點位ΔX（ΔY）和偏差值，偏差值小於2mm不予改正。點位全部投測轉換好後，到轉換層上去檢查。測量技術指標及限差規定如下：

測回數1測回

測角中誤差±8"

十字軸線交角誤差90°±5"

四邊形直角誤差90°±10"

量距誤差1：20000

十字軸線端點誤差±2mm

四邊形角點誤差±3mm

由於樓層面混凝土有平面收縮現象，在測量長度時，使邊長不小於設計長度，以免收縮出現更大誤差。

（2）投測至鋼平臺上的十字軸線點的精度要求

在轉換平臺上投測至鋼平臺上的點投好後，就到鋼平檯面上去檢查，其方法是：在中心點A1架設經緯儀測設十字軸線邊角關係，在A53層以上鋼平臺上，儀器設在TZ1~TZ4四站來檢查。考慮到鋼平臺上受施工振動影響較大，以及邊長較短，其限差規定如下：

十字軸線（四邊形角）90°±20"

量距誤差 十字軸線11.275m±2mm

四邊形線28.550m±3mm

如果檢測後略超過此限值，則合理調整，在鋼平臺上十字軸線調整一般選南北方向線來調整。如果交角大於1'或邊長誤差大於5mm，則通知下方進行重測，直至符合要求為止。

3．照準標誌

在A53層以上高度時，投測時採用滑動標誌，其特點是快速容易標定。

（1）設置方法：在鋼平臺上筒中心（或端點）預埋滑動標誌裝置如圖4-171 （a）所示，標誌坐標線對準十字軸線。

（2）材料：用一塊質硬光滑木板，其尺寸為300mm×300mm×18mm，中間留有100mm×100mm正方形空洞，擱置在預先埋好在平臺上的二根相平行角鋼滑槽中，木板上釘有與鋼槽相垂直的二根平行滑尺，相距為150mm，測量時用一塊150mm×150mm不鏽鋼板標誌插在滑尺間，其中點留有3mm通光小孔，如圖4-171（b）。

圖4-171 滑動標誌

（3）移動方法：根據下方指揮，先將木板順Y軸方向，移左（或右），使標誌中心移在X軸線上，然後再在滑尺間移動標板（木板不動），使標誌中心移在Y軸線上，這樣點位就定好。經過檢查無誤後，就用螺栓固定木板和標板。

1.5.6 水準測量和塔身高程控制測量

1．水準測量

（1）高程起算點：以業主提供的BM1水準點作為場地基準水準點，BM1位於陸家嘴路街心花園處，離基坑東北方向約250m處。其標高BM1＝＋3.4934m（絕對），場地設計建築標高±0.000m＝±14.200m（絕對）。

（2）樓層控制標高設置：以11等水準測量精度進行，以BM1水準點引測至地下室四個基準標高（兩個在核心筒南、北外壁上，另兩個在內壁上）為－14.500m紅三角標誌，作為地下室標高引測依據。

建築物出地面後，以BM1水準點精密地把高程引測至核心筒外壁西北角＋1.500m處N點，N點紅三角標誌如圖4-172所示，作為向上引測高程基準點，並與地下室標高進行連測與檢查。

圖4-172 N點紅三角標誌

2．主樓豎向高程控制測量方法

以設置在核心筒西北角N點紅三角標誌（＋1.500m）作為向上引測依據。

（1）鋼尺丈量引測法：核心筒混凝土每施工一層（4.0m或3.2m），在提升完鋼平臺後，拆松模板時，在西北角下面已知標高點，沿筒壁垂直量上一段層高距離，鋼尺經拉力、溫度、尺差等改正，經檢查無誤後，以紅三角標誌標定，作為鋼平臺上高程放樣依據。

（2）豎向測距法：豎向測距使用全站儀加彎管，可測得較長段垂距，控制鋼尺逐段丈量累計誤差，檢查已設置在筒壁上的標高。其測量方法如下：在平臺垂直測量孔上，架設TC1700全站儀，利用壁上已知點高程，測出儀器視高，然後測量至接受點稜鏡（鏡面向下）垂距。並在稜鏡底面上立水準尺，用水準儀引標高於筒壁上，設置標高標誌，豎向高程測量方法如圖4-173所示所求標高點計算公式：

圖4-173豎向高程測量圖

H2＝H1＋a＋S＋c＋b1＋b2 （4-67）

式中 H1——已知點標高；

a——已知點與儀器水平時中心高差；

S——儀器至稜鏡垂距；

c——稜鏡中心至底面間距（常數18mm）；

b1——稜鏡底面上水準尺讀數；

b2——湊整數。

（3）三角高程測量方法

欲在樓層面上求得高程點，其測量方法如下：在近BM1水準點的地面處，設置TC1700全站儀，用二根裝置稜鏡的標杆，一根立在BM1點上，一根立在所求點上，分別測出儀器至BM1點和所求點的高差hl和h2，即可算得所求點的高程，如圖4-174所示。測量時，二處所立的稜鏡標高一致時，其所求點（N1）高程計算公式如下：

圖4-174 三角高程測量示意圖

HN1＝BM1（高程）＋h2－h1 （4-68）

如果儀器至杆1測得負高差，則hl前變符號為"＋"。

二桿高度不一致時，如杆2大於杆1一差數時，則二桿之高差減去這一差數，否則相加。

塔樓高度在＋200m（50層）以上時，用三角高程測量法已無法觀測。在53層以上的高程控制，用設在A48層的TZ1~TZ4點豎向高程測量方法進行。

（4）樓層高程控制

依據在核心筒壁西北處紅三角標高標誌，施工員在每層核心筒壁四周測設墨斗線彈注安裝水平線，其標高為每層地坪設計標高＋500mm，供後續各安裝單位使用。

1.5.7 塔樓鋼結構安裝測量

88層的金茂大廈，高達420.50m，共有45節鋼柱子組成，其中第1~36節為主體樓層，每層有8根巨型鋼柱及16根複合鋼柱，如圖4-175所示。每根巨型鋼柱在坐標軸上ΔX（ΔY）向筒方向共收縮12次，每次收縮ΔX（ΔY）為0.750m，每對鋼柱每次垂直向筒方向平移1.0607m，12次在軸上共收進9.000m，平移12.728m，每根鋼柱要轉換12個坐標位置，勢必增加測設鋼柱垂直度的難度，尤其在東西方向上。

圖4-175 主樓鋼柱位置圖

第41節為塔基底部，42節為塔基基礎，43~45節為塔尖，這樣的超高層鋼結構（如轉換12個坐標位置）垂直度測量允許偏差，現行規範沒有詳細說明，現規定每節鋼柱垂直度限差在10mm之內，主體結構整體垂直度如公式（4-69）所示：

H/2500＋10.0＜50.0mm （4-69）

式中 H——柱總高度。

即總體垂直度不得超過50mm，為此機械施工公司制定了嚴密的施工方案，測得鋼柱最大偏差為第24節（＋234.495）A6柱總體偏差為28mm，從而保證了鋼結構封頂時總體垂直偏差大大小於50mm的要求。

1．8根巨型鋼柱垂直度測量

（1）地面測量法：利用場地控制網，將外圍柱軸線延長至塔樓外場地上，設置測點，同時在1層柱子面上，設置軸線標誌，一根柱子設二個基準標誌東（西）和南（北），作為投測依據。在相應測站上，用T2經緯儀進行正倒鏡投測，在上節柱子上量出偏差，求得位移量。隨著建築物不斷升高，此基準線方向標誌必須向上傳遞，利用上部軸線重新設置方向標誌。第一次設置的一層方向標誌，一直用到第一道外伸析架安裝完成。第二次方向標誌設在第18層鋼柱上，一直用到第二道外伸桁架安裝結束。第三次基準方向標誌，設在48層的鋼柱上。

（2）聯合測量法：當結構安裝到150m以上時，採用高空和地面聯合測量法。在安裝時，高空由當班工，測量安裝節柱的本節垂直度，使用J2型經緯儀，地面測量總體垂直度，使用T2型經緯儀。測好後，互相對照，從而為下一節柱子安裝提供垂直偏差的依據。在高空測量中，架設儀器困難，測量人員自己動手解決了擱置儀器問題，即利用鋼管、扣件及螺栓，製作一個簡單的可固定在核心筒上安放儀器小平臺，這樣可解決一個方向的測量問題。另一個方向測量，將儀器安置在已安裝好的鋼梁上，這個方法一直使用到88層。

（3）坐標測量法：該方法也是總體垂直度測量的一種方法，其方法在53層以上時，在每逢各節柱頂的樓層面上，在核心筒壁處的測點TZ1~TZ3和TZ2~TZ4，在其方向一定高度處，在筒壁上預留200mm×200mm方孔，使其對向通視，如圖4-176（a）所示。測量時設置一個擱置平臺，使儀器中心對準樓面上測點，如圖4-176（b）所示。從孔中看到對向後視點，測量各節柱頂中心位置坐標，算得偏差和垂直度。

圖4-176 垂直度測量

2．三道外伸桁架的測量

三道外伸桁架的安裝是整個鋼結構工程的關鍵，要求較高。依施工程序，核心筒的8根立柱必須先澆進核心筒剪力牆內，樓層下面只露出16隻巨型柱節點，待安裝複合柱上來後，再安裝相關的水平梁及支撐。因此對這先安裝好的8根立柱的軸線與標高控制至關重要，特別是軸線，如控制不好，產生扭轉，以後φ200和φ協50的鎖軸，無法鎖進。

測量方法：在測設三道外伸桁架時，鋼平臺較長時間分別停留在24層、51層和85層相應高度範圍內，根據投測在鋼平臺上的十字軸線點來測設8根立柱和鋼結構的位置，如圖4-177所示。8根立柱位置控制在3mm內，等澆好混凝土後再測一次，求得8根立柱的實際偏差值，為外伸桁架複合柱安裝提供調整數據。

圖4-177 鋼平臺上的十字軸線點

柱頂標高依據在各層核心筒壁西北紅三角標高標誌來引測。由於測量控制得好，使三道外伸桁架416根鎖軸，順利鎖定。

3．塔頂測量

塔頂測量是僅次於外伸桁架的第二難點。因為在88層以上，只有少量幾根外圍柱設計是垂直的，其餘都是傾斜的。測量方法根據85層核心筒壁上4個測量點TZ1~TZ4點投測至P1~P4各層面上，直至塔尖基座中心（＋383.50m）層面。在各層面上4個控制點網用來控制各層軸線和塔尖垂直度。

1.5.8 主樓沉降觀測

主樓沉降觀測主要是為了掌握建築物各部位的沉降變化情況，分析數據，作出預報，為建築物的安全施工服務。同時根據測得資料，對設計所預期的沉降數據，進行驗證。

1．沉降觀測點的布設

在基礎承檯面上布設13個沉降觀測點，即M1~M13，如圖4-178所示，在澆搗承臺混凝土時一起埋設，標誌為圓盒式型，以利保護。

圖4-178 主樓沉降觀測點布置圖

2．沉降觀測方法

以II等水準測量精度要求進行觀測，從場地基準水準點BM1，引測組成一個水準環線，塔樓首層至地下室部分用20m銦鋼帶尺向下傳遞引測，觀測使用精密水準儀Wild-NA2和銦鋼水準尺、帶尺。

3．觀測要求

前後視距差不大於2m，視距累計差不大於3m，視距最大長度不超過40m。

觀測精度：沉降觀測點相對於後視點高差的測定允許偏差為±1mm，觀測閉合差不超過1

根號N mm（式中n為測站數）。沉降觀測點、測定高程中誤差最大為±1mm。4．觀測周期

平均每周觀測一次。

5．主樓累計沉降量

1998年3月28日，主樓第121次沉降觀測，測得累計沉降量見表4-47。

主樓累計沉降量 表4-47

1.5.9 結構各階段完工線（點）測量成果

1．核心筒完工線（點）測量

依據控制點A6~A9與TZ1~TZ4點測量核心筒外壁八個稜角完工線（點）如甲4-179所示。從A1層~A88層（每隔5層），其實測坐標與設計坐標之比，求得點位偏差值（略）。

圖4-179 核心筒完工點布置

2．核心筒外伸朽架柱頂偏差和標高測量

核心筒的三道外伸桁架的柱頂中心水平偏差，依據投測在A24層、A51層和A85層鋼平臺上的十字軸線來測設，分別量測軸線與柱頂中心間距離，算得每個柱頂的水平位移偏差如圖4-180~圖4-185所示，同時算得每道外伸桁架相對偏差（略）。標高測量分別以核心筒紅三角標高標誌，用水準測量方法，測出各柱頂高程，求得高程偏差。

圖4-180 核心筒24層柱頂水平位移及標高偏差

圖4-181 核心筒26層柱頂水平位移及標高偏差

圖4-182 核心筒51層柱頂水平位移及標高偏差

圖4-183 核心筒53層柱頂水平位移及標高偏差

圖4-184 核心筒85層柱頂水平位移及標高偏差

圖4-185 核心筒87層柱頂水平位移及標高偏差

3．主樓鋼柱位移（垂直度）和標高測量

鋼柱位移測量：鋼柱每節安裝完畢後，在其縱橫軸線上設站用經緯儀正倒鏡投點法量取矢量或測設鋼柱中心坐標，求得位移偏差量，現列出從第1節至第35節中轉換節柱位移偏差量（略）。

標高從核心筒壁上紅三角標高標誌引測。

4．主樓複合巨型柱混凝土體完工線（點）測量

主樓複合巨型柱體完工線（點）測量依據在對應樓層面上控制點來測設其柱體的4個角點的實際坐標與設計坐標之比，求得水平位移偏差值。從A1層~A86層間每隔5層測量一次，其柱體軸線位置與角點編號如圖4-186所示，位移偏差值此處略。

圖4-186 柱體軸線位置與角點編號

5．核心筒中心點垂直位移偏差

在核心筒中心A3層基準點（＋12.800m）處，用Wild ZL天頂垂準儀投測至測量平臺上，然後用TC1700全站儀（裝置彎管）測設天頂角，求得位移偏差值。隨著施工的進展，測站點移至A17層、A38層、A56層平臺中心點上，投測相應層次中心點，直至塔尖基座中心（＋382.500m）換算得A3層中心至塔尖基座中心垂直位移偏差值：

累計位移偏差值 矢量 ΔY＝＋19mm（偏東）

ΔX＝＋9mm（偏南）

S（A3-基座）＝21mm（東南）

相對誤差為1/17600