《工程测量》-第6章第6节-建筑物倾斜观测

学期授课教案20XX—20XX学年度第X学期课程编号课程名称工程测量学分/学时2学时授课专业授课班级任课教师2024年8月-2-教学设计项目/章节第6节高耸建筑物的倾斜观测专业XXXX教师XXXX教学名称建筑物的倾斜观测班级XXXX时间XXXX授课形式讲授课时2学时地点XXXX学情分析学生已掌握了垂直位移观测方法、水平位移观测方法等相关知识，完成高等数学、基础测量等课程学习，具备一定的理论基础，并且能熟练使用各种测量仪器和office办公软件。但大中专学生学习积极性较差，无主动性，知识掌握不牢固。教学任务通过本节学习，掌握工程建（构）筑物倾斜观测原理及观测方法。教学目标技能目标给定一个建筑物，进行倾斜观测并计算倾斜值知识目标1.掌握倾斜观测的原理2.掌握倾斜观测的方法素质目标1.培养学生吃苦耐劳、拼搏争先的精神和团队协作能力；2.培养学生具备严谨的治学态度和严密的逻辑思维能力教学策略教学重点及解决措施建筑物倾斜观测的原理和方法教学难点及解决措施难点：建筑物倾斜观测方法措施：结合工程实例进行教学教学组织班级授课√实训教学分组教学个别教学协作教学现场教学教学过程实施流程导图知识复习新知识导入（倾斜观测）原理方法成果整理教学活动实施教学步骤与内容备注一、回顾上节课所讲知识（10分钟）建筑物水平位移观测原理、观测方法二、高耸建筑物的倾斜观测（一）倾斜观测原理建筑物的倾斜程度，一般用倾斜率值来表示。式中，为倾斜角；为建筑物上部相对于底部的水平位移值；建筑物的高度。测定建筑物倾斜的方法有两类：一类是直接测定建筑物的倾斜；另一类是通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜。（二）直接测定建筑物倾斜的方法1.直接投影法此法一般是用全站仪将建筑物的上、下墙角标志直接投影到同一个水平面上，从而求出建筑物上部相对于底部的水平位移值，然后根据（6-6-1）式即可计算建筑物的倾斜率。图图2直接投影法测定建筑物倾斜图3矢量相加法求合位移PQ（6-6-2）2.测算法对精度要求较高，且需长期重复进行的倾斜观测，采用此法较好。将全站仪设置在离建筑物1.5以上的点，观测建筑物上下两标志之间的水平夹角和点至下标志点的水平距离。则上下标志之间的相对偏离值即可用下式计算：（6-6-4）设点初始周期时观测的偏离值为，本次观测时的偏离值为，则点至建筑物垂直方向上的水平位移分量为（6-6-5）用上述同样的方法在点进行观测上下两标志间的水平夹角及点至下标志点间的水平距离，同理可以计算出点至建筑物垂直方向上的水平位移分量，即可计算出合位移及位移方向、倾斜率。图6.62测算法测定建筑物倾斜3.纵横轴线法此法适用于邻近有空旷场地的塔式或圆形建筑物或构件的倾斜观测。首先在拟测建筑物的纵轴线方向上距建筑物1.5以外的地方设置一个测站点，并选定远方通视良好的固定点为后视点，为监测点且均为仪器照准视线与底部或顶部投影圆的切点。图6.6图6.63某塔倾斜观测点位置图6.64倾斜观测投影图观测时首先在测站上以后视点为零方向，以为观测方向，分别测得其方向值为（1）、（2）、（3）、（4），则方向的方向值为，方向的方向值为，利用、两方向值，即可求得顶部中心相对于底部中心的偏移角度。（6-6-6）与方向的夹角可用下式计算：（6-6-7）除水平角观测外，还应测量测站点至底部监测点（或）的平距。则的距离为则、两点在垂直方向上的水平位移分量为（6-6-8）其中，当为正值时表示在方向的右边，反之在左边。4.前方交会法当受实地作业环境的限制，纵横轴线法难以采用时，可考虑采用前方交会法。需要注意的是所选基线应与监测点组成最佳构形，交会角最好限制在60°～120°之间。水平位移计算，可采用直接由两周期观测方向值之差计算坐标变化量的方向差交会法，亦可采用按每周期计算监测点坐标值，再以坐标差计算水平位移的方法。图6.6图6.65前方交会法测定建筑物倾斜5.吊垂球法应在顶部或需要的高度处监测点位置上，直接或支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备(如毫米格网读数板)，直接读取或量出上部监测点相对底部监测点的水平位移量和位移方向。图6.6图6.66吊垂球法图6.67激光铅直仪法6.激光铅直仪观测法应在顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向。7.正锤线法图6.68图6.68正垂线设备图活动夹线装置为多点夹线法观测时的支点，其构造需考虑不使垂线有突折变化，以免损伤垂线，同时还需考虑到在每次观测时都不改变监测点位置。垂线是一种高强度且不生锈的金属丝，垂线的粗细由本身的强度和重锤重量来决定，一般直径为0.6～1.2mm。重锤是使垂线保持铅垂状态的重物，可用金属或混凝土制成砝码的形式。重锤上设有止动叶片，以加速垂线的静止。油箱的作用是不使重锤旋转或摆动，保持重锤稳定。油箱中应装有粘性不动油。观测时，由底部观测墩上安置的量测设备，按一定周期测出各测点的水平位移量。利用正垂线测定水平位移的方法有两种：（1）一点支承多点观测法铅垂线自建筑物顶部处挂下，保持稳定，在各高程位置的监测点上安置观测仪器，即可测得各监测点与建筑物顶部的相对水平位移值和顶部相对于底部的水平位移值，根据相邻两点之间的水平位移差及高差，即可求出两点间的相对倾斜率。（6-6-9）式中，为点与建筑物顶部的相对水平位移值；为点与建筑物顶部的相对水平位移值；为两监测点之间的高差。图6.69图6.69一点支承多点观测法图6.70多点支承一点观测法（2）多点支承一点观测法此法是在需测定水平位移的高程处，多点支承正垂线，与底部同一水平面处观测，直接得到各监测点的挠度值。垂线可做成固定式，也可由活动夹线装置将垂线自上而下依次夹紧，在底部坐标仪上读取观测值。此法的优点是观测安全、迅速，但采用临时夹线法时易使垂线受损，如活动夹线装置构造较差，则会使误差增大。8.激光位移计自动测记法位移计宜安置在建筑物底层或地下室地板上，接收装置可设在顶层或需要观测的楼层，激光通道可利用楼梯间梯井，测试室宜选在靠近顶部的楼层内。当位移计发射激光时，从测试室的光线示波器上可直接获取位移图像及有关参数，并自动记录成果。（三）按相对沉降间接确定建筑物整体倾斜1.测定基础沉降差法以所测各周期的基础沉降差换算求得建筑物整体倾斜度及倾斜方向。设建筑物高度为，如果测出了某建筑物一侧轴线方向上两点之间的不均匀沉降（即沉降差）（6-6-11）则该方向上顶部相对于底部的水平位移值即可用下式计算 （6-6-12） 此法适用于建筑物本身刚性强，发生倾斜时自身结构仍然完整，且沉陷资料可靠的建筑物。2.液体静力水准测量法直接依据静止的液体表面(水平面)来测定两点(或多点)之间的高差，则称为液体静力水准测量。液体静力水准测量的基本原理系利用相连通的两容器中水位读数的差值，求得两点间的相对高差，比较各次观测得到的高差之变化，即可求得其相对沉陷量，从而可计算出其倾斜角和水平位移量。如图，相联结的两容器l与2分别安置在欲测的平面与上。当相连结的两容器中盛的是均匀液体（即同类液体并具有同样的参数）时，则液体的自由表面处于同一水平面上。欲求的高差，可用液面的高度与来计算：或（6-6-13）图6.72图6.72液体静力水准测量原理式中，与为容器的高度或读数零点相对于工作底面的位置；与为容器中液面位置的读数值，亦即读数零点至液面的距离；与为容器中液面相对于工作底面的高度。由于容器的零点具有制造误差，所以由直接读取的液面读数算出的不是两平面的绝对高差。将两容器互换的位置，可定出类似的等式：（6-6-14）式中，为容器中液面位置的新读数值。联合解算，可得：（6-6-15）（6-6-16）c—称为仪器常数，即两个液体静容器（在以后叙述时用液体静力观测头代替液体静力容器，观测头不仅包括盛液体的容器，还包括读数设备和其它辅助的部件）的读数零点之差，它取决于制造误差。（四）倾斜观测提交成果倾斜观测结束后，应提交倾斜观测点位布置图、观测成果表、成果图、主体倾斜曲线图、观测成果分（包括每个环节的教学内容、教师活动、学生活动、信息化手段及作用、设计意图等内容）教学评价1.组织学生充分利用网络资源，收集相应素材，加深对理论知识的理解；2.通过课间实习及案例学习，增强学生的主观能动性和自主学习能力，并将理论学习与动手能力培养相结合；3.按情境单元评价表格，对学生学习效果做出客观评价，并结合学生学习效果，进一步改进教学方式与手段。板书设计测定基础沉降差2.测算法1.直接投影法倾斜观测相对沉降间接确定建筑物倾斜方法直接测定建筑物倾斜方法成果整理观测方法观测原理测定基础沉降差2.测算法1.直接投影法倾斜观测相对沉降间接确定建筑物倾斜方法直接测定建筑物倾斜方法成果整理观测方法观测原理(实验)实训任务本节无实训任务作业、讨论、思考题1.简述高耸建筑物倾斜观测的原理。2.建筑物倾斜观测主要测定