高层建筑物垂直度测量方法探讨

第 18 卷第 6 期 水 利 水 电 科 技 进 展 1998 年 12 月 　　作者简介 :李艳 ,女 ,讲师 ,从事工程测量和计算机应用研究 ,曾发表《精密水准仪 i 角误差检验方法及精度比较》等论文。 高层建筑物垂直度测量方法探讨 李　艳 (河海大学水利水电工程学院 　南京 　210098) 摘要 　在分析高层建筑物竖向垂直度监测的常用方法的基础上 ,着重讨论一种快速、简便且精度 高的竖向垂直度监测的方法 ,并应用于工程实例。通过实践验证 ,采用这种方法进行垂直度监测 精度很高 ,误差小于 ±5 mm ,远小于规范规定的 ±20 mm 限差要求。 关键词 　竖向垂直度 　安全监测 　垂准仪 　高层建筑物 　　高层建筑物安全监测的主要工作有两个 方面 ,一方面是建筑物的基础沉降观测 ;另一 方面是建筑物的竖向垂直度监测。前者主要 是采用周期观测的方法 ,定期测定建筑物在 不同重力荷载的作用下 ,其基础各变形观测 点的沉降情况 ,及时发现对建筑物不利的下 沉现象 ,以便采取适当可行的措施 ,保证建筑 物的安全运营 (这已普遍受到重视 ,并作为施 工单位竣工验收的必备条件) ;后者则是为了 保证建筑物各层轴线位置的一致及设备安装 (如电梯、外玻璃幕墙)的要求 ,所进行的竖向 控制测量。根据 J GJ 3 —91《钢筋混凝土高层 建筑物结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与施工规定》,建筑物竖向误 差在本层内不得超过 ±5 mm ,全楼的累积误 差不得超过 ±20 mm[1 ] 。因此 ,对于高层建 筑物而言 ,在建筑施工过程中如何控制其竖 向垂直度 ,更是值得人们探讨的课题。实践 表明 ,采用改装后的 Ni007 自动安平水准仪 进行竖向垂直度观测 ,这种方法对于施工场 地狭小、周围楼宇较多的建筑物竖向垂直度 观测 ,是一种可行、快速、简便的方法。 1 　高层建筑物竖向垂直度监测常用方法 高层建筑物竖向垂直度监测主要是解决 各层轴线精确向上引测的问题。常用方法有 经纬仪引桩投测法、激光铅垂仪和铅垂坐标 法三种。 111 　经纬仪引桩投测法 经纬仪引桩投测法的基本原理 ,就是在 轴线控制桩上用经纬仪盘左盘右取平均法向 上投测轴线点。如图 1 和图 2 ,基础施工完 成后 ,用经纬仪安置在 4 个轴线控制桩上将 ③轴和 Ⅲ轴精确地投测在塔楼底部并标定 a , a′和 b , b′,随着建筑物的不断升高 ,用盘 左盘右取平均法向上投测到每层楼面上 ,并 取中点 o 作为该层中心轴线的投影点。这 种方法的优点是简便 ,仪器设备简单 ,但要求 建筑物的场地较宽阔 ,视野大且附近有高楼 及在阴天或无风天气下进行。 1 . 2 　激光铅垂仪投测法 利用激光铅垂仪进行建筑物轴线自下向 上的投测 ,是一种精度较高、速度快的方法。 其基本原理是利用该仪器发射的铅直激光束 的投射光斑 ,在基准点上向上逐层投点 ,从而 确定各层的轴线点位。这种方法的优点同样 也是方便、快捷 ,对施工场地没有特殊的要 求。但预留孔洞的大小在施工中不易掌握 , 其位置尺寸小了不便于投测 ,大了则对仪器 ·16· 图 1 　基础轴线控制桩布置示意图 图 2 　塔楼轴线投测示意图 和人员不安全。 1 . 3 　铅直坐标法 铅直坐标法[2 ]测定竖向垂直度是一种 新的方法。它是根据如果竖向投递点位正 确 ,轴线放样位置无误 ,则各层楼面的轴线交 点与底层轴线交点的坐标值应该一致的原 理 ,在激光铅垂仪投点的基础上 ,再用全站仪 测出每层轴线交点的坐标值 ,即可快速而又 精确地检查出施工轴线的放样精度 ,达到控 制高层建筑物竖向垂直度的目的。这种方法 的显著优点是精度高 ,克服了仅用激光铅垂 仪投点时无法检核的缺点。但要求仪器设备 装配较高。 2 　用 Ni 007 水准仪监测竖向垂直度 2. 1 　Ni 007 自动安平水准仪改装成垂准仪 在 Ni 007 补偿式自动安平水准仪[3 ]整 平后 ,视准轴在补偿器的作用下 ,始终保持铅 垂。物镜经五棱镜折射成水平视线 ,其置平 精度可达 ±0. 1″,即直立的视准轴几乎是一 条铅垂线 ,故只需要打开顶盖 ,拆除五棱镜便 成了垂准仪。由于仪器的竖轴与视准轴不同 轴 ,因此 ,在顶部可加块光楔平移视线 ,使两 轴相差较小 ,避免视准轴绕竖轴转动时形成 一个半径较大的圆标形 ,观测时采用 120°三 个横丝位置各标定出一条直线 ,其交点或示 误小三角形的内切圆圆心即为垂线点。 2 . 2 　精度分析 利用该垂准仪进行投测垂线点 ,其误差 主要来自仪器对中误差、仪器本身残余误差、 照准误差、标定误差和外界因素影响带来的 误差 ,其计算公式为 m垂线点 = m中 2 + m仪 2 + m照 2 + m标 2 + m外 2 (1) 式中　m中 为垂准仪仪器对中误差 ,采用校 正后配套对中杆进行对中 , 其误差 m中 ≤ ±0 . 5 mm ; m仪 为仪器残余误差 , 经反复校 正可使 m仪 ≤±0 . 25 mm ; m照 为照准误差 , 当投测高度取 40 m ,仪器放大倍数取 30 时 , m照 = ±0 . 39 mm ; m标 为标定误差 , m标≈ ±0 . 7 mm ; m外 为外界因素影响误差 , 一般 取 m外≈ ±0 . 2 mm。 由式 (1) 计算得 m垂线点≈ ±1 mm。 2 . 3 　应用实例 南京市某高层建筑主楼 32 层 ,裙楼 5 层 , 地处市中心繁华地带 ,高楼一面面临城区主要 交通干道 ,四周无较高楼宇。为了对大楼进行 竖向垂直度监测 ,根据此楼宇的特点 ,在最大 荷载的中心筒上设置了 3 个监测点 Z1 , Z2 , Z3 ,及在主墙面上设置了 10 个监测点 (由于施 工困难 ,这 10 个监测点未用垂准仪投测 ,在此 不加以讨论) ,从底层原基点 Z1 , Z2 , Z3 直接 用改装后的 Ni 007 垂准仪投测各垂线点到每 层的工作面上 ,然后用检定后的钢尺校核各垂 线点之间的距离 ,要求误差小于 3 mm ,并以远 处、高处明显建筑物作为外控方向标 ,用 T2 经 纬仪进行角度校核各垂线点的方向偏差 ,要求 误差小于 30″(图 3) 。 ·26· 图 3 　中心筒监测点布设示意图 用第 5 层至顶层各层检测结果 ,并按距 离中误差和垂线点位置中误差推算公式 m边 = [ΔΔ]/ n (2) m点 = m边 / 2 (3) 分别计算距离中误差和垂线点位置中误差 , 结果见表 1。 表 1 　距离中误差和垂线点位置中误差计算结果 层次 检核距离误差 Z1 Z2 Z1 Z3 Z2 Z3 m边/ mm m点/ mm 说明 5 - 1 0 + 1 0 . 82 0 . 58 ① 6 + 2 - 1 0 1129 0191 ① 7 0 - 2 + 1 1129 0191 ① 8 - 1 0 - 1 0182 0158 ① 9 + 1 - 1 - 1 1100 0171 ① 10 - 1 - 1 0 0182 0158 ① 11 - 1 0 0 0158 0141 ① 12 　— - 1 + 1 0182 0158 ① 13 　— 0 　— 0 0 ① 设备 + 1 + 1 0 0182 0158 ② 14 0 - 2 0 1115 0182 ② 15 - 1 - 1 0 0182 0158 ② 16 - 1 - 2 - 1 1141 1100 ② 17 0 0 0 0 0 ② 18 + 1 - 1 + 1 1100 0171 ② 19 0 - 2 0 1115 0182 ② 20 0 - 2 0 1115 0182 ② 21 - 1 - 3 - 1 1191 1135 ② 22 - 1 - 3 - 2 2116 1153 ② 23 - 3 - 3 - 1 2151 1178 ② 24 + 2 0 0 1115 0182 ② 25 + 1 - 1 　— 1100 0171 ② 26 0 + 1 + 1 0182 0158 ② 27 + 2 0 + 1 1129 0191 ② 28 + 2 - 1 + 2 1173 1122 ③ 29 + 2 0 + 1 1129 0191 ③ 30 + 1 + 1 0 0182 0158 ③ 31 + 2 　— 　— ③ 32 + 1 + 2 + 1 1141 1100 ③ 顶 0 - 1 + 2 1129 0191 ③ 　注 : ①从底层设点 ; ②从 8 层设点 ; ③从 25 层设点。 从表 1 中看出 ,垂线投测点中误差 m点 最大为 ±1 . 78 mm , 最小为 0 , 平均值为 ±0 . 82 mm ,证明投测精度很高。大楼封顶 后 ,又进行了大楼挠度监测 ,分别对第 7 , 12 , 13 ,14 ,16 , 24 , 25 层 7 个施工监测时的原垂 线点进行观测 ,发现最大偏差为 4 . 5 mm ,最 小偏差小于 1 mm ,且原垂线点均偏南 ,说明 有其它原因 (挠度、沉陷) 影响。同样亦证明 了垂线点精度很高。 3 　结 　语 利用改装后的 Ni 007 自动安平水准仪 作为高层建筑物竖向垂直度监测的垂准仪 , 较好地解决了施工场地狭窄的情况下建筑物 安全监测 (竖向垂直度) 问题 ,其方法简便、快 捷。对于如何充分利用现有仪器设备进行多 项工程测量工作 ,这也是一种有益的尝试。 经实例验证 ,该方法具有精度高 ,不受施工场 地限制等优点 ,适用于各种建筑物的竖向垂 直度监测。另外 ,在具体实施时应注意下列 两点 : a. Z1 , Z2 , Z3 三个中心筒上的监测点在 进行投测垂线点时 ,需关注每层的预留孔洞 , 孔口尺寸 20 cm ×20 cm 为宜。但必须确保 底层基点与每层通视 ,这在施工中有时不易 保证 (预留孔洞被封死或错位) 。解决这个问 题的关键是与施工单位密切配合 ,使其明白 这项工作的重要性。 b. 由于采用 120°三个横丝观测位置来 确定垂线点 ,故对投测工作面光线有一定的 要求 ,光线太弱会影响投测垂线点的精度和 工作效率 ,在操作时尽可能选择在较好的观 测条件下进行。 参考文献 1 　胡世德. 高层建筑施工. 北京 :中国建筑工业出版 社 ,1991 2 　刘全仁等. 金鹰国际商城大厦竖向控制的方法. 江苏测绘 ,1997 (1) :16～19 3 　李以赫等. 自动安平水准仪的原理和检修. 北 京 :测绘出版社 ,1985 (收稿日期 :1997 - 09 - 01 　编辑 :许宇鹏) ·36·