上海金茂大廈地下3層，地上88層，總高達(dá)420．50m，是國(guó)內(nèi)最高的建筑物。測(cè)量工作中因受自然條件、建筑物變形、施工條件等影響，有很多難點(diǎn)，為此采用聯(lián)合測(cè)量法控制，建立施工測(cè)量平面、垂直控制網(wǎng)，順利完成了測(cè)量任務(wù)，測(cè)量結(jié)果滿足施工和設(shè)計(jì)對(duì)測(cè)量精度的要求。
上海金茂大廈主體建筑地下3層，地上88層，總建筑面積289500m2，總高度420．50m，為中國(guó)第一、世界第三高度。
　　主樓外墻為以不銹鋼管作裝飾線條的玻璃幕墻，在主樓24層、51層和85層高度范圍內(nèi)有3道外伸桁架將核心筒與外部鋼結(jié)構(gòu)相連接。塔樓頂部中央有一座高約51m 的塔尖，其底部標(biāo)高369．500m，頂部標(biāo)高為420．500m。
1　施工特點(diǎn)和測(cè)量難點(diǎn)
1．1　施工特點(diǎn)
　　塔樓分四踏步施工，分別是核心筒、巨型鋼柱、復(fù)合巨型柱和筒內(nèi)外樓板。主樓核心筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用分體組合式鋼平臺(tái)模板系統(tǒng)。
1．2　測(cè)量工作的難點(diǎn)
　　（1）自然影響：在高空作業(yè)時(shí)，易受日照、風(fēng)力、搖擺等不利因素的影響。
　�。�2）建筑物變形影響：由于受到沉降、收縮等影響，設(shè)置的測(cè)量點(diǎn)位會(huì)發(fā)生變化，一般網(wǎng)點(diǎn)邊長(zhǎng)會(huì)縮短，影響測(cè)量精度。
　�。�3）施工條件的影響：塔樓分四踏步施工，核心筒和復(fù)合巨型柱分別獨(dú)立施工。因周期長(zhǎng)，節(jié)奏快，施工快慢不一。核心筒施工快，樓層面施工慢，如核心筒施工達(dá)A41層169．000m時(shí)，樓層面只到89．000m，兩者高度相差達(dá)80m，使核心筒十字軸線與樓層四邊形網(wǎng)點(diǎn)在相應(yīng)高度的層面上無(wú)法聯(lián)網(wǎng)；筒內(nèi)樓面后施工，搭設(shè)中心測(cè)量平臺(tái)也很困難，并且在第24～26層、51～53層、85～87層有3道外伸鋼桁架將核心筒和復(fù)合巨型柱連接成一個(gè)整體。
　�。�4）使用絕對(duì)標(biāo)高的影響：按設(shè)計(jì)規(guī)定，標(biāo)高引測(cè)必須使用絕對(duì)標(biāo)高。要考慮建筑物的沉降量以及設(shè)計(jì)對(duì)53層以上的標(biāo)高修正，勢(shì)必增加許多工作量。其次是先前設(shè)置在各樓層上的標(biāo)高線（點(diǎn)）變化亦不盡相同，要經(jīng)常檢查和修正。
　�。�5）56層以上筒中心為空筒（圖1），測(cè)量工作十分困難。
2　施工測(cè)量平面（垂直）控制網(wǎng)的建立
　　以往高層建筑施工通常采用天頂法來(lái)控制垂直度。金茂大廈施工中，采用坐標(biāo)法、天頂法和極坐標(biāo)法相結(jié)合的聯(lián)合測(cè)量法來(lái)控制。
　　塔樓控制測(cè)量分平面控制測(cè)量與垂直控制測(cè)量?jī)刹糠�。其中平面控制測(cè)量的方法是在場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)建立場(chǎng)地控制網(wǎng)，先放出塔樓中心軸線及基礎(chǔ)施工所需用的軸線。垂直控制測(cè)量的方法是在塔樓中建立垂直控制點(diǎn)，用LEICAZL 天頂垂準(zhǔn)儀投測(cè)垂直基準(zhǔn)線。隨著施工的進(jìn)展，為使投測(cè)控制點(diǎn)最大限度地接近施工區(qū)，根據(jù)工程實(shí)際情況，設(shè)置了一定數(shù)量的測(cè)量平臺(tái)，使投測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)換上去，同樣再?gòu)臏y(cè)量平臺(tái)上的投測(cè)點(diǎn)，投測(cè)并固定到已提升的施工鋼平臺(tái)面上。依據(jù)在施工平臺(tái)上的5個(gè)垂直投測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)核心筒施工軸線，按設(shè)計(jì)尺寸控制和調(diào)整模板的位置，從而保證筒身的垂直度。在樓層面上，根據(jù)四邊形控制網(wǎng)點(diǎn)，投測(cè)在各樓層面上，以測(cè)設(shè)各層的施工軸線。
2．1　坐標(biāo)系統(tǒng)
　　塔樓SO M 建筑坐標(biāo)軸，兩條正交零軸線交于主樓中心，其坐標(biāo)為Y＝1000．00，X＝500．00。
　　根據(jù)上海建筑設(shè)計(jì)研究院提供的金茂大廈地下連續(xù)墻平面圖，測(cè)算墻與紅線轉(zhuǎn)折點(diǎn)所注SO M 建筑坐標(biāo)（Y，X）與設(shè)計(jì)坐標(biāo)（A，B），見(jiàn)圖2。
　　其中：YOX 為SO M 建筑坐標(biāo)系，AO＇B 為設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，則P 點(diǎn)在兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的坐標(biāo)Y、X 和A、B 的關(guān)系式為：
Y＝a ＋Acosα＋Bsinα
X＝b －Bcosα＋Asinα
A＝（Y－a）cosα＋（X－b）sinα
B＝－（X－b）cosα＋（Y－a）sinα
　　上式中的參數(shù)a ＝753．391，b ＝558．088，α＝16°4＇54．7″。
2．2　施工平面控制網(wǎng)的建立
　　在施工場(chǎng)地上，平面控制網(wǎng)為布設(shè)一個(gè)通過(guò)塔樓中心的十字軸線加密網(wǎng)（圖3），十字軸線與塔樓建筑零軸線相重合。
2．3　塔樓垂直控制網(wǎng)（點(diǎn)）的設(shè)置
　　依據(jù)場(chǎng)地控制十字軸線，在核心筒段內(nèi)布設(shè)一個(gè)小十字軸線網(wǎng)，其點(diǎn)為A1～A5，在筒外樓層布設(shè)一個(gè)正四邊形網(wǎng)，其點(diǎn)為A6～A9（圖4）。十字軸線端點(diǎn)延長(zhǎng)通過(guò)門洞交于四邊形中間，形成一個(gè)田字形網(wǎng)。將首次垂直控制網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置于基礎(chǔ)承臺(tái)面上，因地下室測(cè)量不便，故將承臺(tái)面上的控制點(diǎn)精確投測(cè)至A3層面上，作為垂準(zhǔn)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)。
2．4　測(cè)量平臺(tái)的轉(zhuǎn)換
　　為保證塔樓控制點(diǎn)垂準(zhǔn)線的垂直度，并最大限度接近施工區(qū)，進(jìn)行測(cè)量平臺(tái)的轉(zhuǎn)換，結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇在A3、A17、A27、A38、A48層設(shè)置測(cè)量平臺(tái)，并在各層進(jìn)行連測(cè)，以保證點(diǎn)位精度。由于樓層部分鋼結(jié)構(gòu)尺寸不斷向核心筒方向收縮，故在54層以上將樓層四邊形邊長(zhǎng)從39．100m 改為28．550m。因核心筒中心部分53層以上是空筒，且筒內(nèi)樓層混凝土澆筑滯后，無(wú)法設(shè)站，故在A48層近核心筒壁處設(shè)置4個(gè)垂直測(cè)量控制點(diǎn)（TZ1～TZ4），作為53層以上核心筒垂準(zhǔn)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，并與樓層四邊形網(wǎng)A6～A9相連，另在A54層、A72層設(shè)置測(cè)量平臺(tái)，在各測(cè)量平臺(tái)上設(shè)加密點(diǎn)測(cè)設(shè)復(fù)合巨型柱垂直測(cè)量控制點(diǎn)，以保證核心筒和復(fù)合巨型柱的相對(duì)精度。
3　垂準(zhǔn)測(cè)量方法和要求
　　觀測(cè)時(shí)間選擇有利時(shí)間如清晨和陰天等。使用LEICAZL 天頂垂準(zhǔn)儀，精度1∶200000（儀器旋轉(zhuǎn)180°對(duì)徑時(shí)二次之差）。測(cè)量時(shí)儀器旋轉(zhuǎn)四個(gè)方向一測(cè)回測(cè)定，指使上面標(biāo)志中心移至十字絲交點(diǎn)為止，然后固定標(biāo)板。
3．1　投測(cè)精度要求
3．1．1　轉(zhuǎn)換控制網(wǎng)精度要求
　　投測(cè)到轉(zhuǎn)換平臺(tái)上的測(cè)點(diǎn)，另用儀器檢查，即在同一測(cè)站上架設(shè)TC1700全站儀（裝置彎管）測(cè)量其點(diǎn)天頂角來(lái)檢查，求得點(diǎn)位ΔX（ΔY）和偏差值，偏差值小于2mm 不予改正。點(diǎn)位全部投測(cè)轉(zhuǎn)換好后，到轉(zhuǎn)換層去檢查。
　　測(cè)量技術(shù)指標(biāo)及限差規(guī)定為測(cè)回?cái)?shù)1測(cè)回，測(cè)角中偏差±8″，十字軸線交角偏差90°±5″，四邊形直角偏差90°±10″，量距偏差1∶20000，十字軸線端點(diǎn)偏差±2mm，四邊形角點(diǎn)偏差±3mm。
由于樓層面混凝土有平面收縮現(xiàn)象，在測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，使邊長(zhǎng)不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，以免收縮出現(xiàn)更大偏差。
3．1．2　投測(cè)至鋼平臺(tái)上的十字軸線點(diǎn)的精度要求
　　在轉(zhuǎn)換平臺(tái)上投測(cè)至施工平臺(tái)上的點(diǎn)投測(cè)完畢后即去鋼平臺(tái)面上檢查，方法是在中心點(diǎn)A1架設(shè)經(jīng)緯儀，測(cè)設(shè)十字軸線邊角關(guān)系，在A53層以上鋼平臺(tái)上，儀器設(shè)在TZ1～TZ4四站進(jìn)行檢查�？紤]到鋼平臺(tái)上受施工振動(dòng)影響較大以及邊長(zhǎng)較短，其限差規(guī)定為十字軸線（四邊形角）90°±20″；量距偏差為十字軸線11．275m±2mm，四邊形線28．550m±3mm。
　　若檢測(cè)后略超過(guò)此限值，則作合理調(diào)整，在鋼平臺(tái)上十字軸線調(diào)整一般選南北方向線。若交角大于1＇或邊長(zhǎng)偏差大于5mm，則通知下方進(jìn)行重測(cè)，直至符合要求為止。同時(shí)檢查復(fù)合巨型柱的投測(cè)點(diǎn)，以保證兩者間的相對(duì)精度。
3．2　照準(zhǔn)標(biāo)志
　　在A53層以上高度時(shí)，投測(cè)時(shí)采用滑動(dòng)標(biāo)志如圖5所示，其特點(diǎn)是快速，容易標(biāo)定。
　�。�1）設(shè)置方法：在鋼平臺(tái)上筒中心（或端點(diǎn)）預(yù)埋滑動(dòng)標(biāo)志裝置如圖5（a），標(biāo)志坐標(biāo)線對(duì)準(zhǔn)十字軸線。
　　（2）材料：用一塊質(zhì)硬光滑木板，其尺寸為300mm×300mm×18mm，中間留有100mm×100mm 正方形孔洞，擱置在預(yù)先埋在平臺(tái)上的兩根互相平行的角鋼滑槽中，木板上釘有與鋼槽垂直的兩根平行滑尺（相距150mm），測(cè)量時(shí)將一塊150mm×150mm不銹鋼板標(biāo)志插在滑尺間，其中點(diǎn)留有3mm 通光小孔，如圖5（b）。
　�。�3）移動(dòng)方法：根據(jù)下方指揮，先將木板順Y 軸方向移左（或右），使標(biāo)志中心移在X 軸線上，然后再在滑尺間移動(dòng)標(biāo)板（木板不動(dòng)），使標(biāo)志中心移在Y 軸線上，這樣點(diǎn)位即已確定。經(jīng)檢查無(wú)誤，用螺栓固定木板和標(biāo)板。
4　水準(zhǔn)測(cè)量和塔身高程控制測(cè)量
4．1　水準(zhǔn)測(cè)量
　　高程起算點(diǎn)：以業(yè)主提供的BM1水準(zhǔn)點(diǎn)作為場(chǎng)地基準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)，BM1位于陸家嘴路街心花園處，離基坑?xùn)|北方向約250m。其標(biāo)高BM1＝3．4934m（絕對(duì)標(biāo)高），場(chǎng)地設(shè)計(jì)建筑標(biāo)高±0．000m＝4．200m（絕對(duì)標(biāo)高）。樓層控制標(biāo)高設(shè)置：以Ⅱ等水準(zhǔn)測(cè)量精度進(jìn)行，引測(cè)4個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)高于地下室（兩個(gè)在核心筒南、北外壁上，另兩個(gè)在內(nèi)壁上）為－14．500m 紅三角標(biāo)志，作為地下室標(biāo)高引測(cè)依據(jù)。
　　建筑物出地面后，將高程引測(cè)至核心筒外壁西北角1．500m 處N 點(diǎn)（紅三角標(biāo)志），作為向上引測(cè)高程的基準(zhǔn)點(diǎn)，并與地下室標(biāo)高進(jìn)行連測(cè)與檢查。
4．2　主樓豎向高程控制測(cè)量方法
　　以設(shè)置在核心筒西北角N 點(diǎn)紅三角標(biāo)志（1．500m）作為向上引測(cè)的依據(jù)。用鋼尺丈量引測(cè)，核心筒混凝土每施工一層，在提升完鋼平臺(tái)后，拆松模板時(shí)，于西北角下面已知標(biāo)高點(diǎn)，沿筒壁垂直量上一段層高距離，鋼尺經(jīng)拉力、溫度、尺差等校正，經(jīng)檢查無(wú)誤后，以紅三角標(biāo)志標(biāo)定作為鋼平臺(tái)上高程放樣依據(jù)。
4．3　豎向測(cè)距法
　　豎向測(cè)距使用全站儀加彎管，可測(cè)得較長(zhǎng)段垂距，控制鋼尺逐段丈量累計(jì)偏差，檢查已設(shè)置在筒壁上的標(biāo)高。測(cè)量方法是在平臺(tái)垂直測(cè)量孔上架設(shè)TC1700全站儀，利用壁上已知點(diǎn)高程，測(cè)出儀器視高，然后測(cè)量至接受點(diǎn)棱鏡垂距。并用水準(zhǔn)儀引標(biāo)高于筒壁上，設(shè)置標(biāo)高標(biāo)志，豎向高程測(cè)量方法如圖6所示。所求標(biāo)高點(diǎn)計(jì)算公式為：
H2＝H1＋a＋S＋c＋b1＋b2
　　式中H1為已知點(diǎn)標(biāo)高，a為已知點(diǎn)與儀器水平時(shí)中心高差，S為儀器至棱鏡垂距，c為棱鏡中心至底面間距（常數(shù)18mm），b1為棱鏡底面上水準(zhǔn)尺讀數(shù)，b2為湊整數(shù)。
　　利用垂準(zhǔn)測(cè)量孔進(jìn)行高程控制，高程控制點(diǎn)隨著測(cè)量平臺(tái)的轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換。
4．4　三角高程測(cè)量方法
　　欲在樓層面上求得高程點(diǎn)的測(cè)量方法是在近BM1水準(zhǔn)點(diǎn)的地面處，設(shè)置TC1700全站儀，用兩根裝置棱鏡的標(biāo)桿，一根立在BM1點(diǎn)上，另一根立在所求點(diǎn)上，分別測(cè)出儀器至BM1點(diǎn)和所求點(diǎn)的高差h1和h2，即可算得所求點(diǎn)的高程（圖7）。
　　測(cè)量時(shí)，若兩處所立的棱鏡標(biāo)高一致，其所求點(diǎn)（N1）高程計(jì)算公式為：
HN1＝BM1（高程）＋h2－h(huán)1
　　若儀器至桿1測(cè)得負(fù)高差，則h1前變符號(hào)為“＋”。兩桿高度不一致時(shí)，如桿2大于桿1一差數(shù)，則兩桿之高差減去這一差數(shù)，否則相加。
　　塔樓高度在200m（50層）以上時(shí)，用三角高程測(cè)量法已無(wú)法觀測(cè)，故利用設(shè)在A48層的TZ 1～TZ 4進(jìn)行豎向高程測(cè)量，并根據(jù)建筑物沉降調(diào)整標(biāo)高。
4．5　樓層高程控制
　　依據(jù)在核心筒壁西北處的紅三角標(biāo)高標(biāo)志，在每層核心筒壁四周彈安裝水平線（比每層地面高500mm），供安裝單位使用。
5　主樓沉降觀測(cè)
　　主樓沉降觀測(cè)的目的是掌握建筑物各部位的沉降變化情況，分析數(shù)據(jù)作出預(yù)報(bào)，為建筑物的安全施工服務(wù)；同時(shí)根據(jù)測(cè)得資料，驗(yàn)證設(shè)計(jì)所預(yù)期的沉降數(shù)據(jù)。
5．1　沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)
　　在基礎(chǔ)承臺(tái)面上布設(shè)13個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)（M1～M13），在澆筑承臺(tái)混凝土?xí)r埋設(shè)，標(biāo)志為圓盒形，以利保護(hù)。
5．2　沉降觀測(cè)方法
　　以Ⅱ等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求進(jìn)行觀測(cè)，從場(chǎng)地基準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)BM1引測(cè)組成一個(gè)水準(zhǔn)環(huán)線，塔樓首層至地下室部分用20m 銦鋼帶尺向下傳遞引測(cè)，使用精密水準(zhǔn)儀LEICANA2和銦鋼水準(zhǔn)尺、帶尺進(jìn)行觀測(cè)。
5．3　觀測(cè)要求和觀測(cè)精度
　　前后視距差不大于2m，視距累計(jì)差不大于3m，視距最大長(zhǎng)度不超過(guò)40m。
　　沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于后視點(diǎn)高差的測(cè)定容許差為±1mm，觀測(cè)閉合差不超過(guò)1mm（n 為測(cè)站數(shù)）。沉降觀測(cè)點(diǎn)、測(cè)定高程中偏差最大為±1mm。平均每施工3層觀測(cè)1次。
6　結(jié)構(gòu)各階段完工線（點(diǎn)）測(cè)量成果
　　依據(jù)控制點(diǎn)A6～A9與TZ 1～TZ 4點(diǎn)測(cè)量核心筒外壁8個(gè)棱角完工線（點(diǎn)），從A1層至A88層（每隔5層），其實(shí)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)之比，求得點(diǎn)位偏差值。
　　在核心筒中心A1層基準(zhǔn)點(diǎn)（±0．000m）處，用LEICAZL 天頂垂準(zhǔn)儀投測(cè)至測(cè)量平臺(tái)上，然后用TC1700全站儀（裝置彎管）測(cè)設(shè)天頂角，求得位移偏差值。測(cè)站點(diǎn)移至A17層、A38層、A56層平臺(tái)中心點(diǎn)上，投測(cè)相應(yīng)層次中心點(diǎn)，直至核心筒最高87層（333．700m）處換算得A3層中心至塔尖基座中心垂直位移偏差值為17mm（東南），相對(duì)精度為1／19600，小于設(shè)計(jì)要求的50mm。本工程的測(cè)量成果保證了鋼結(jié)構(gòu)與核心筒順利連接和鎖定，特別是3道外伸桁架順利對(duì)接和主樓玻璃幕墻的順利安裝。