高層建筑全站儀高程豎向傳遞方法及其精度分析

邱冬冬

(江蘇建筑職業技術學院 建筑工程技術學院,江蘇 徐州 221116)

高層建筑全站儀高程豎向傳遞方法及其精度分析

邱冬冬

(江蘇建筑職業技術學院 建筑工程技術學院,江蘇 徐州 221116)

高層建筑的出現對測量精度提出了更高的要求,常規方法已不能滿足需要.通過對常用的測量方法進行比較,采用全站儀天頂測距引測法能夠滿足高層建筑對于高程傳遞的精度要求.對全站儀高層豎向傳遞進行了精度分析,驗證了該方法的可行性.

高層建筑;測量方法;全站儀;高程傳遞;精度分析

社會經濟的發展加速了工程建設的步伐,眾多高層、超高層建筑如雨后春筍般不斷涌現,其建筑高度也競相攀升,如上海中心大廈建筑高度為632 m、深圳平安金融中心大廈建筑高度為646 m,等等.高層、超高層建筑物的出現,對測量精度提出了更高的要求.對該類建筑進行軸線和高程傳遞是質量控制的重點之一,其精度直接影響到工程的進度和質量.本文擬對其中的高程傳遞進行比較討論,并通過精度分析確定全站儀傳遞在高層建筑中的適用性[1].

1 常用的高程傳遞方法

1.1 常規水準測量

常規水準測量是迄今最常用和精度最高的一種測量方法.但這種方法(光學水準儀)在標高傳遞中相對而言勞動強度大,作業時間長.更先進的數字水準儀的出現,在一定程度上克服了光學水準儀的缺點,提高了工作效率.但是由于其作業線路是無法改變的,常規的水準測量不適應于高陡的高程傳遞,因而對高度較高的建筑物不能方便地應用.

1.2 懸掛鋼尺引測法

懸掛鋼尺引測法是用鋼尺代替水準測量中的水準尺,以達到引測高層的目的,如圖1所示[2].由于操作簡單,懸掛鋼尺引測法受到許多工地青睞.但是該方法受外界環境制約較多(例如風、拉力和溫度對尺長的影響等),通常只適用于高差為50 m范圍內的高程傳遞.而樓房的高度越高,外界環境越不容易進行控制,精度則愈難以保持,如果作分段測量不僅會積累誤差,且實測也比較困難[3].

圖1 懸掛鋼尺引測法Fig.1 Steel ruler suspension measurement method

1.3 全站儀測距引測法

全站儀最常見的功能是用來測角和測距離.其測距離功能即以測距來測量被測目標上下之間的高差,從而進行高程傳遞.全站儀測距離的精度是相當高的,且操作比較方便,如果采用天頂測距引測法,則完全可以滿足高層建筑對于高程傳遞的要求.

2 全站儀天頂測距引測法

2.1 基本原理

利用全站儀的測距功能進行高程豎向傳遞,是對處于同處在一鉛垂線上不同高程的2個點進行垂直距離測量,如圖2所示.

設上部點為Q,下部點為P.兩點高程分別為HQ和HP,di為所測距離;i為儀器高度.兩點高差即為全站儀所測的豎直距離di與儀器高度之和,即P和Q點的高差為[4]:

由圖2可見 ,如果沿用傳統測量方法,不僅影響測量精度儀器的高度,也直接影響了高程傳遞的精度,因為在傳統的距離測量中,一般是用卷尺直接量取儀器的高度,這樣肯定達不到需要的精度.為此,在實際測量中需要找到一種方法來提升儀器高度的精度.本文采用全站儀天頂測距引測法,將水準儀的水平視線法引用到全站儀上來,通過全站儀望遠鏡水平讀取水準尺上對數來確定其水平視線高即儀器的高度,如圖3所示.

圖2 全站儀高程傳遞示意Fig.2 Schematic diagram of height transmission of total station

圖3 全站儀天頂測距引測法Fig.3 Zenith distance measurement method with total station

由圖3可知,全站儀高程傳遞的具體步驟為:

1)在投測點安置全站儀,置平望遠鏡(豎直角為零),讀取底部同首層50線對齊的水準尺讀數a1,儀器高即為i=a1+50 cm;2)將全站儀望遠鏡垂直(豎直角設置為90°),將一塊制作好的40 cm×40 cm的鋼板中間貼上反射片,放置在第i層的垂準孔上,通過彎管目鏡使反射片中心(見圖4)對準測距光線,測得距離為di;3)在第i層用水準儀通過高程放樣定出第i層50線.為了檢測全站儀進行高程傳遞精度,在江蘇建筑職業技術學院建筑實訓場進行了試驗.試驗使用拓普康GTS-335和三鼎STS型全站儀,分別從不同儀器精度影響、儀器偏心誤差的測量影響、同種儀器高度不同影響,進行精度驗證[5].

圖4 彎管目鏡觀測反射片中心Fig.4 Observing reflector plate center through diagonal eyepiece

2.2.1 不同儀器對精度影響 用拓普康和三鼎全站儀對同在垂直線上的2個點進行觀察(棱鏡常數c在儀器中已經輸入),所得結果見表1.

2.2 現場精度驗證

表1 不同儀器的觀察結果Tab.1 Observed results of different instruments

3.2.2 儀器偏心誤差對精度影響 在實際測量中,儀器的偏心大小會對測量的結果造成一定的影響.以拓普康儀器為例,對每隔5″為一個偏心角度進行觀察,所得結果見表2.

表2 不同偏心角度對精度的影響Tab.2 Influence of eccentric angles on precision

2.2.3 儀器不同高度對精度的影響 同樣選用拓普康儀器,每測一次分別調整儀器高度,所得的結果見表3.

表3 儀器不同高度對精度的影響Tab.3 Influence of instrument heights on precision

由以上3種試驗可以得出:

1)不同儀器之間,儀器精度越高,所測得的誤差越小.

2)偏心對測量的結果影響很大,當偏至20″、25″時誤差均達到4 mm,因此在工程中要盡量避免儀器偏心.

3)從儀器不同高度對精度的影響結果可以看出,所測結果無明顯規律,可能是由于儀器的觀察誤差及儀器高度誤差引起的偶然誤差.在實際的測量中應多次觀測取平均值.

3 結語

全站儀高程傳遞利用了全站儀高精度的測距功能,經過3種方法的驗證,完全符合《高層建筑混凝土結構技術規程》[6]中施工測量高程傳遞標準,能夠高精度、高效地完成高程傳遞的要求.全站儀高程傳遞適用于高層建筑,是高程傳遞中的一種高精度方法.

[1] 倪先桃,劉成龍,謝良露.杭州灣大橋北航道橋索塔施工高精度[J].四川測繪,2008,31(2):93-96.

[2] 林樂勝.建筑工程施工測量[M].北京:中國建筑工業出版社,2012.

[3] 王金玲.工程測量(測繪類)[M].武漢:武漢大學出版社,2013:63.

[4] 華錫生,黃騰.精密工程測量技術及應用[M].南京:河海大學出版社,2002.

[5] 陳鐵鑫,任少華,王巖.高層建筑的高程傳遞方法及精度分析[J].現代測繪,2007,30(5):6-8.

[6] 中國建筑科學研究院.JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

On vertical height transmission method with total station in high-rise buildings and precision analysis

QIU Dong-dong
(School of Architectural Technology,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)

Appearance of high-rise buildings puts forward higher demands of measurement precision and conventional methods can not meet the needs any more.Through comparison of common measuring methods,we find out that adopting zenith distance measurement method with total station can meet the needs of height transmission precision for high-rise buildings.This paper carries out precision analysis on vertical height transmission and verify the feasibility.

high-rise buildings;measuring method;total station;height transmission;precision analysis

TU 198

A

2095-3550(2014)04-0016-03

2014-08-06

邱冬冬,男,安徽蚌埠人,碩士研究生.

E-mail:qiudong21@163.com

(責任編輯:趙國淮)