整理高程钢柱垂直度测量方法.docx

精品文档最新高层钢柱垂直度限制实时测量工法编写单位：中建八局青岛公司刘宝忠、八 、-前言随着建筑市场的开展以及建筑水平的提升, 高层和超高层钢结 构建筑逐步增多. 在钢结构工程安装过程中, 施工测量是一项专业 性较强又非常重要的工程, 测量精度的上下直接影响到工程质量的 好坏,测量效率的上下又直接影响到工程进度的快慢, 因此安装测 量技术的上下是衡量钢结构工程施工水平的一项重要指标, 而钢柱 垂直度的限制又是高层钢结构结构施工测量的重点和难点.高层钢结构钢柱垂直度限制实时测量工法是我们在长期高层 和超高层钢结构施工测量放样实践中, 充分利用免棱镜全站仪、 便 携式计算机 〔或可编程计算器〕 的性能, 通过对传统的施工测量方 法进行研究改造,形成的针对高层钢结构工程施工测量放样的施工 工法.该工法的关键技术是平面限制点竖向高精度向上传递技术、 钢柱中央实际位置的间接测量及理论位置数据库建立技术、 计算机 与全站仪进行数据实时通讯技术.该工法是在北京大学医院病房 楼、郑州蓝码大厦、 南京新地中央及青岛万邦中央施工测量放样经 验的根底上形成的.用这种测量方法对高层钢结构钢柱安装过程进 行限制, 测量人员为钢柱安装人员提供的数据时间短, 精度高. 南 京新地中央工程的钢柱节垂直度及建筑物全高垂直度经评估和鉴 定,完全符合钢结构验收标准的要求. 质量评定等级为合格, 观感 到达“好〞的要求.在此,我们编制此工法, 希望它能够为以后高层钢结构的施工 测量提供指导作用.该工法于 2021年 3月被认定为中建八局企业工法.1 特点传统的钢柱垂直度限制方法是先在施工操作面上放样出柱网的纵横轴线,再利用两台经纬仪从两个近似相互垂直的方向对一根 钢柱进行测量限制, 这种方法投入测量人员多, 结果反应到钢柱校 正操作人员的时间长, 经纬仪架设位置限制较多. 本工法所采用的 施工测量方法, 是充分利用免棱镜全站仪的免棱镜测距性能, 测量 钢柱立面某些特定点的三维坐标, 测量值传递到便携计算机, 程序 依据钢柱的几何形状, 间接计算出钢柱的中央偏移量及钢柱的扭转 偏差值,同时可以得出钢柱的标高偏差值. 因此利用本工法进行钢 柱的垂直度限制测量, 可以缩短施工前的轴线放样的时间, 减少测 量工作的劳动强度, 减少测量结果的反应时间, 提升钢柱的安装质 量.2 适用范围 高层钢结构钢柱垂直度限制实时测量工法适用于所有柱子安 装的垂直度限制测量及质量检测验收, 特别是许多非水平、 非垂直 的特异构件安装过程中的施工测量及质量验收.3 工艺原理高层钢结构钢柱垂直度限制实时测量工法的工艺原理是：由 于钢柱安装垂直度校正时,钢柱顶端不方便安设全站仪的反射棱 镜,为此充分利用免棱镜全站仪的免棱镜测量性能, 快速测量钢柱 顶端特征点的三维坐标, 并把测量信息通过数据线实时传输到便携 式计算机中. 在施工测量前的准备阶段, 应认真分析图纸, 建立合 适实用的建筑物坐标系, 收集各钢柱的中央坐标、 钢柱编号、 截面 大小及定位角度等相关信息, 并建立数据库. 当测量结果被程序接 收后,程序依据测量点坐标信息自动查找测量钢柱的编号, 找到相 关信息,并计算出该钢柱中央偏移量及钢柱的扭转偏差值等钢柱安 装校正所需的相关信息, 及时把相关信息反应给施工人员作为钢柱 垂直度校正的依据.4工艺流程及操作要点4.1高层钢结构钢柱垂直度限制实时测量工法施工测量流程4.2高层钢结构钢柱垂直度限制实时测量操作方法421分析计算、通讯程序编写4.2.1.1收集编程资料：编程的根本资料包括钢柱编号、 钢柱中央坐标、截面形状、截面大小及定位角度等描述钢柱外部形状及空间 位置的相关信息以及全站仪的指令码资料,为使测量人员提供的数 据使用方便,程序编写前还应与钢柱安装校正施工人员屡次沟通, 与钢构件加人人员沟通,相互提供对方所需要的资料.收集钢柱相 关资料的过程还应包括对设计数据正确性复核计算过程,并对数据 进行分类编码.4.2.1.2编写程序：按程序功能不同可把程序分成三个主要模块, 根底数据治理模块；计算机与全站仪之间进行实时数据通讯模块； 钢柱中央偏移量及钢柱的扭转偏差值分析计算模块.1〕根底数据治理模块：由于数据关系比拟简单,根底数据的管 理可以利用 Microsoft Office Access 软件建立 Access数据库, 数据库的建立及数据的添加、修改、删除等治理工作可以通过Microsoft Office Access 软件直接进行,也可以通过 VB 等常用的编程软件, 自己编写符合自己要求和习惯的程序界面, 以方便自 己的工作.根底数据内容一般包括钢柱编号、钢柱中央理论坐标、 截面形状、 截面大小、 截面变换位置、 定位方位角及钢柱观测标志 点的理论根底坐标等描述钢柱外部形状及空间位置的相关数据.2〕 计算机与全站仪之间进行实时数据通讯模块 : 不同厂家的 全站仪有不同的指令码体系, 同厂家的不同型号全站仪的指令码也 不完全相同, 因此编写程序前必须熟悉各个命令的意义. 计算机与 全站仪一般通过串行端口进行数据交换, 编程前也应熟悉操作串行 端口的编程语句. 另外需要准确确定计算机发出测量指令后, 仪器 测量、到测量结果发送到仪器缓存区的时间间隔, 并在程序中设置 等待时间, 保证接收指令发出后, 所需的测量数据已发送到仪器缓 存区,否那么将会得不到结果.3〕钢柱中央偏移量及钢柱的扭转偏差值分析计算模块：此模 块的主要计算模型如下.〔1〕钢柱中央坐标的间接测量 钢柱的截面形式多种多样, 但最根本的截面形状有两种, 一种 是圆形钢柱,一种是矩形钢柱. 无论是圆形钢柱还是矩形钢柱一般 都无法直接观测柱顶与柱底中央, 因此只能通过测量其他特征点的 坐标,来间接计算中央点的坐标, 下面分别阐述圆形钢柱及矩形钢 柱中央坐标间接测定和计算方法. 其它截面类型的钢柱可以做适当 改变,转化成这两种截面类型进行计算.对于圆形钢柱观测左右两侧边缘的水平角并在同一截面上贴 上做观测标志〔或粘反光贴片〕 测量斜距、水平角及竖直角. 如下 图-1所示：k为测站点,p为方向限制点,钢管中央为o , b为观 测标志,在测站上观测钢管左右边缘 m n的角度为a 1和a 2, 及观测标志点b的角度a b、k、b两点的斜距Skb,及竖直角B.图-1:圆钢管柱中央坐标测量计算示意图那么由方位a kp及a 1、a 2可计算测站至钢管中央的方 位a k；钢柱中央坐标的计算算法如下：ako= akp+( ai+a2)/ 2同样根据观测标志点的水平角 ab及方位akp可算出 akb= akp+ ab,因此一 bko= ako- a kbISkb=SkbCOS B其中Skb为k,b两点间斜距, B为竖直角.—kob=arcsin( SkbSin _bko/r)r为钢管柱半径_obk= n - _bko- _kobSko=SkbSi n —obk/sin _ kob那么得到圆柱中央坐标为：X o =S ko CoS ako +Xk y o =S ko sin ako +yk z o =Skosin B +zhZh为仪器横轴标高矩形钢柱中央坐标测量图-2所示,b c为观测标志(或粘反光 贴片),与矩形钢柱线相对称放置,其距离 S可在贴片上测得,d 点在与b c相垂直方向延伸矩形钢柱宽度的一半S do即为钢柱的 中央位置,S do可根据矩形钢柱的尺寸来定,是可以得到的 数据.在测站上观测观测点b、c两点的角度、两点与测站的斜距 及竖直角PObd/a2ak图-2:矩形钢柱中央坐标计算示意图那么由方位a kp及a 1、a 2可计算矩形钢柱中央坐标, 计算算法如下：akb= akp + aiX b=SkbCOS [3 b COS akb+Xky b=Skbcos PbSin akb+ykz b=SkbSin [3b +zh其中Skb为k,b两点间斜距,zh为仪器横轴标高 类似地可以得到Xc、yc、ZcXd=(Xb+Xc)/2y d=(y b+yc)/2Zd=(Zb+Zc)/2那么得到矩形钢柱中央坐标X o=Xd +Sdo cos( abc- n /2)y o=yd +SdoSin( abc- n /2)Z o=Zd(2)钢柱中央偏移量及钢柱的扭转偏差值计算钢柱中央偏移量是钢柱中央理论值与钢柱中央间接观测值之 差；钢柱的扭转偏差值是观测标志点的理论值与观测标志点的实测 值之差.以上得到了圆钢柱和矩形钢柱在观测标志截面处的中央点坐 标和高程,要得到柱面与柱底高程,只需在上述点的Z坐标上加或 减相差距离即可.4.2.1.3测试程序：程序编写完成后,应对整个程序的所有功能, 各种不同情况进行测试,保证程序执行结果正确.测试的数据至少 要包括所有前面已确定的观测标志点的数据.422施工测量平面及高程限制网的建立：首级平面与高程限制网的建立方法及精度等级与其他类似工 程一致,并按要求编制测量方案,为了方便全站仪测量点的三维坐 标,要求平面限制点与高程限制点布置在同一位置上.采用天顶仪进行竖向平面限制点传递,当操作层到地面限制点 的高度大于100 m时,依据标准应把地面限制点向上传递,作为上 部平面限制点传递的依据,其方法如下条所述.4.2.3平面限制点竖向传递4.2.3.1平面限制点竖向传递的流程如图-3所示图-3:平面限制点竖向传递的工艺流程423.2用天顶仪竖向传递水平限制点轴线是高层钢结构安装的生命线,轴线放样精度的上下将直 接影响钢柱安装的整体垂直度及构件安装速度.高层施工测量依 据,根据标准的要求,应从地面限制网引投到施工层,不得使用下 一节楼层的定位轴线.从工程测量的角度而言,建筑物的整体垂直度的限制主要通过内控、外控或内外控结合的方法来进行的. 高层 结构竖向传递一般都采用内控法,投点仪器选用天顶准直仪.在需 要传递限制点的施工层预留孔处水平固定一块有机玻璃板做成的 光靶,在限制点上架设天顶准直仪,慢慢旋转天顶仪在〔0°、90°、 180°、270 °、360°〕,便在接收光靶上得到一个激光圆,圆心即 为该限制点的传递点.传递过程如图-4所示.所有限制点传递完 成后,那么形成该楼层轴线限制网.由于日光照射不均匀,高层钢结构会生产较大的垂直度变化, 为了减少日光对水平限制点传递的影响,向上传递限制点的作业时 间应选择阴天或日出前进行.□ ![光靶光靶圆心激光运行轨迹/ \天顶准直仪 □IJ图-4:平面限制点竖向传递示意图423.3测量传递点之间的距离并与理论值比拟对传递到施工层的限制点组成的限制网进行角度、距离测量.距离用全站仪或钢尺精密丈量四测回,各测回之间较差W士 2mm与理论值之差△ S不宜超过6mm角度观测用J2级仪器测量需六测 回,必须满足?工程测量标准?对四等网测角的规定：角度与理论 值之差| △ 〔3 |应小于0.0025 p X S3/S1? S2〔式中：S3为两目标点之间的距离,S1、S2为测站点到两目标点之间的距离,以米为单 位).假设角度偏差△ (3和距离偏差△ S超出标准要求,那么必须重新 竖向投测平面限制点.只有当厶3、厶S符合要求后,方可进行平 差.全站仪的普及,使得测距比测角方便快速,人为因素对测量精 度的影响较小,实际操作时用测边网比拟适宜,且定权简单.423.4 秩亏自由网平差由于投点存在误差,因此测量的角度和边长与值存在一定 的差异,需进行平差处理,以提升限制点的精度.由于每个点都可 能存在投点误差,平差时无起始数据,因此采用秩亏自由网平差。