第八章 钢结构安装测量.doc

第八章 钢结构安装测量与校正第一节 测量器具随着经济和科学技术不断发展，测绘技术水平也相应地得到了迅速提高，测绘作业手段也获得了质的飞越，测绘仪器由传统的光学经纬仪、水准仪等，发展到现场普遍使用的全站仪，越来越得到推广的GPS全球定位系统等。传统工具。计量管理的要求。1 经纬仪经纬仪最初起源于十六世纪的英法等国，因为航海和战争的原因，需要绘制各种海图、地图，为提高绘制的地图精度，人们发明了经纬仪。经纬仪包括基座、度盘（水平度盘和竖直度盘）和照准部三个部分。基座的作用支撑整个仪器，水平度盘的作用是测量水平角，照准部上设有望远镜、水准管以及读数装置等等。图2-3.1 经纬仪各部件构造经纬仪按精度可分为精密经纬仪和普通经纬仪（区别？）；在建筑钢结构工程中广泛应用的经纬仪常用为光学经纬仪和游标经纬仪。2、6等几种等级（数字表示该仪器一测回方向观测中误差的秒数）。激光经纬仪。2 水准仪水准仪是水准测量的主要仪器，是在1718世纪发明了望远镜和水准器后出现的。20世纪初，在制造出内调焦望远镜和水准器的基础上生产出微倾水准仪，50年代初出现了自动安平水准仪，60年代研制出激光水准仪，90年代研制出了数字水准仪。水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。仪器的上部有望远镜、水准管、水准管气泡观察窗、圆水准器、目镜及物镜对光螺旋、制动螺旋、微动及微倾螺旋等。仪器竖轴与仪器基座相连；望远镜和水准管连成一个整体，转动微倾螺旋可以调节水准管连同望远镜一起相对于支架作上下微小转动，使水准管气泡居中，从而使望远镜视线精确水平。图2-3.3 水准仪构造水准仪按结构可分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和电子水准仪；按精度分为普通水准仪和精密水准仪（区别）。建筑钢结构安装中常用国产水准仪有DS05、DS1、DS3等几种等级，数字表示该仪器的精度，即每千米往返测得高差中数的中误差（毫米）。进口3 全站仪全站仪是一种随着现代科学技术发展和计算机广泛应用而诞生的集测距装置、测角装置和微处理器为一体的测量仪器，该仪器可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，只需一次安置，便可以完成测站上所有的测量工作，自动测量和计算，并通过电子手簿或直接实现自动记录、存储和输出，全称“全站型电子速测仪”。全站仪主要由五个系统组成：控制系统、测角系统、测距系统、记录系统和通讯系统。由于全站仪生产厂家不同，全站仪的外形、结构、性能和各部件名称略有区别，但总的来讲大同小异。图*为典型的全站仪构造组成示意图。图 全站仪构造组成示意图全站仪分为分体式和整体式两类，分体式全站仪的照准头和电子经纬仪不是一个整体，进行作业时将照准头安装在电子经纬仪上，作业结束后卸下来分开装箱；而整体式全站仪是分体式全站仪的进一步发展，照准头和电子经纬仪的望远镜结合在一起，形成一个整体，使用起来更为方便，目前在建筑钢结构工程中使用的基本均为整体式全站仪。 图2-3.7 分体式全站仪 图2-3.7 整体式全站仪 图2-3.8 TCA2003全站仪和微棱镜建筑钢结构安装中常用全站仪可分为0.5、1、2等几个等级。图2-3.8为目前建筑钢结构安装中精度最高的瑞士产徕卡TCA2003型全站仪（测量机器人），该仪器在120米范围内测距精度可达到0.51mm1ppm。全站仪的使用一般需要配合微棱镜或反射贴片进行（图*）。4 激光垂准仪激光垂准仪又称激光铅垂仪、天顶仪，是一种专用的铅直定位仪器。其工作原理是在光学垂准系统的基础上增加半导体激光器，利用一条与视准轴重合的可见激光产生一条上下同轴的铅垂线，用于测量相对铅垂线的微小偏差以及进行铅垂线的定位传递。激光垂准仪广泛应用于高层建筑施工中。激光垂准仪的基本构造主要由氦氖激光管、精密竖轴、发射望远镜、水准器、基座、激光电源及激光接收靶等部分组成，如图2-3.5。图2-3.5 激光垂准仪构造在建筑钢结构安装中，激光垂准仪主要用于平面控制点的竖向引测、钢柱垂直度、建筑物整体垂直度的测量等（图*）。建筑钢结构安装常用的激光垂准仪精度可分为1/40000、1/50000、1/100000几个等级，在超高层钢结构建筑安装中可达到1/200000，图*为WILD ZL（1/200000精度）精密激光垂准仪。 图2-3.6 垂准仪的使用 图2-3.6 WILD ZL精密垂准仪5 GPS全球定位系统全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，并于1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。近年来，GPS凭借其技术优势，开始进入建筑钢结构工程施工领域，如在上海环球金融中心、广州新电视塔等超高层建筑中都应用了GPS全球定位测量系统。 图2-3.9 拓普康Hiper GPS接收机GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的，在待测点设置GPS接收机，在某一时刻同时接收到3颗（或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离1、2、3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj，j1，2，3），从而可解算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）。GPS系统控制网选点灵活，布网方便，基本不受通视、网形的限制，特别是在地形复杂、通视困难的测区，更显其优越性。GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化，大大降低了测量外业作业强度。观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成，只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制点坐标。第二节 基准控制网设置1 基准控制网的原理钢结构安装基准控制网是根据总承包或土建总包设置的建筑方格网为依据，采用普通测量学中 “高程测量”、“角度测量”、“距离测量和导线测量”的测量方法，将钢结构建筑物的特征点测设到地面或土建建筑物楼面上，并将各点连线组成“正方形、矩形或多边形”格网以控制钢结构构件平面和高程测量的方法。测设工作的原则：是“先整体、后局部”，“先控制、后碎部”、“高精度控制低精度”。2 基准控制网的测设2.1 测设前的准备工作（1）制定测设方案及计算测设数据基准控制网的测设方案，通常是根据建筑总平面图、建筑方格网、设计施工图和建筑区域地貌(指地面的形状、大小、高低起伏的变化情况等)以及地面上的地物(指建筑物、构筑物及天然的河流、池塘、大树等)等资料来制定的。具主要内容为：确定主轴线的位置、基准控制网位置、距离指标桩的点位、测设方法、精度（平面和垂直）和坐标转换(大地坐标系转换为建筑施工坐标系)及选用相适应的测设设备。基准控制网、控制点的测设要考虑能长期保存且通视（避开地物、地貌等障碍物）和确保总体测量控制系统的统一性。（2）绘制测设略图根据规划、设计完成的建筑总平面图、建筑方格网、设计施工图和建筑区域地貌、地物等资料，按一定比例绘制测设略图，为测设工作做好准备和施工过程的质量检查依据。（3）建筑方格网的复核一般来说,钢结构施工在土建工程之后,因此钢结构施工时场区内外的施工控制网己经形成,在测设基准控制网前,必须复测前道工序移交的平面控制网和高程控制网，同时复测同钢结构相关联的混凝土结构的相互关系，必要时进行调整，以保证最终结构的整体性,只有当所有复测数据满足精度要求后,方可使用。2.2 钢结构厂房基准控制网的测设根据现场建筑方格网、建筑物的不同,一般采用以建筑基线(厂房主轴线)和建筑方格网两种形式测设。以建筑基线测设方法如下：1) 如7-1图所示，根据测设方案与测设略图，在厂房轴线2m之外，测设基准控制网，根据 厂房四角桩的坐标值，推算基准控制网四个角桩P、Q、R、S(称为基准控制桩)的坐标值。2) 以施工控制网为依据，用直角坐标法测设基准控制桩。3) 检验基准控制网的边长和四个直角，边长误差不得超过1/1000-1/2500 ，角度偏差不应超过10-5。4) 在基准控制网的各边，隔几个柱距测设距离指标桩，以便测设厂房轴线或其它细部。根据基准控制网，测设厂房定位轴线方法如下：1) 如7-2图所示，从设计图纸查得厂房柱网尺寸，在基准控制网P、Q、R、S的各边，用钢尺精密测设各轴线控制桩的位置，打木桩，钉小钉，标志准确点位。2) 用经纬仪或拉线方法定位厂房A、B、C、D各边基础轴线位置。 图7-1 图7-21- 建筑方格网;2-基准控制网3-基准控制桩 1-轴线控制桩;2-基准控制网3-厂房定位轴线4-距离指标桩;5-厂房定位轴线选用经纬仪和水准仪或全站仪按建筑方格网 采用直角坐标法或(极坐标法、角度交会法、距离交会法)测设基线 (即厂房主轴线和辅助轴线)，每条基线不少于三点。再根据基线点为依据测设基准控制网,并测设各边上的距离指示桩，一般距离指示桩宜直接测设在柱列轴线上。主轴线的测设精度:边长的相对误差不应超过1/3000 (中小厂房型为1/1000-1/2500) ，角度偏差不应超过5。基准控制网通常分二级测设，即首级网和次级网，由首级网测放、加密次级网，由经加密后的次级网控制建筑物各部平面位置、高度及方向。称为建筑方格网(适用于大型建筑工程)，由建筑方格网测设钢结构安装矩形控制网，2.3 高层及高耸钢结构基准控制网的测设高层建筑钢结构施工测量的控制,使用建筑方格网不能满工要求和精度时,需要重新布置控制网,即:基准控制网。高层建筑施工测量必须根据其特点和要求及精度测设与各阶段施工相适应的基准控制网；基准控制网由平面(垂直)控制网和高程控制网组成。（1）平面基准控制网的测设根据测设方案与测设略图，进行高层钢结构的轴线定位测放，是确定结构平面位置和进行钢结构施工的关键环节，施测时尽可能提高精度，因此一般采用测设钢结构专用的平面基准控制网的形式来定位。平面基准控制网是测设在高层建筑结构的首层(0.00)，平行于建筑物主要轴线方向的矩形控制网，如图7-3所示，M、N、P、Q为拟建高层钢结构四个角柱轴线交点，A、B、C、D是基准控制网四个角点，先确定其各条边线上柱网轴线的间距，再确定四个角点的坐标，然后以测设方案与测设略图用极坐标法或直角坐标法等方法测设柱网各点，随即做好标记标识。最后还应复测基准控制网四个角点和四条边长，并按设计角度和距离进行必要的调正。图7-3钢结构定位基准控制网1-建筑方格网 2-基准控制网 3-基准控制桩 4-距离指标桩 5-钢柱定位轴线垂直控制测量一般在塔楼(核心筒)内或外侧设置垂直控制点，用铅垂仪投测垂直基准点，用全站仪定位外控点或GPS接收机按静态观测校核。随着楼层的逐渐增高及结构外形缩放，设置测量转换平台，将投测点逐层转换上去，再从测量平台上的投测点，投测至各层楼面上，做好标识。用经纬仪根据投测点测放轴线(导线)，用钢尺或测距仪测定距离，如图 所示。铅垂仪垂直传递 投点误差消除（2）高程控制网的测设高程控制网可利用测设在结构首层(0.00) 的基准控制网中高程控制点(至少三个点)的绝对(相对)高程作控制,亦可设专用的水准点作高程控制。高程传递就是从结构首层(0.00) 将高程控制点沿结构向上传递，以获得胜楼层的标高控制依据，并必须用水准仪校核，合格后方可使用。高程传递可采用悬挂钢尺和水准仪传递法和全站仪直接测距传递法进行传递，并可相互校核，也可在场外用三角高程测量法或全站仪坐标测量法校核。采用悬挂钢尺和水准仪传递时，首先上端固定在竖向结构或临时支架上，下端悬挂重锤，以保持尺身铅垂，上下各架设一台水准仪同时测读，计算得到钢尺长度值，即是高程数值 (钢尺长度值需加减尺长数、温差修正、拉力修正) ，如图 所示。全站仪直接测距传递法采用全站仪直接测距传递时，是将全站仪架设在下端预定位置，水平测出仪器高度，然后将全站仪置于天顶方向穿过楼层垂直预留孔，照准上端反光镜或棱镜，可直接测出距离，然后将由架设在上端一台水准仪将距离测设到结构上，并标识固定，作为该层结构施工的高程控制点，如图 所示。高层建筑主体结构主要有核心筒塔楼和钢柱、梁框架结构组成，宜以塔楼为中心在场地区域内测设平面（垂直）控制网。一般测设施工方格控制网较为实用，使用方便，精度可以保证，自检也方便。场地控制网轴线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测设场地控制网，首先放样出塔楼中心轴线及钢结构施工所需用的主轴线。而垂直控制测量在塔楼中测设垂直控制点，用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。高层建筑必须测设施工控制网。一般测设施工方格控制网较为实用，使用方便，精度可以保证，自检也方便。测设施工方格控制网，必须从整个施工过程考虑，打桩、挖土、浇筑基础垫层和建筑物施工过程中的定轴线均能应用所测设的施工控制网。由于打桩、挖土对施工控制网的影响较大，除了经常复测校核外，最好随着施工的进行，将控制网延伸到施工影响区之外。目前在高层建筑施工中，采用“升梁提模”和钢结构吊装双梁平台整体同