黃加旺，岳國(guó)森，曹紅杰，鄧翠美

(1.廣東省惠州市國(guó)土資源信息中心，廣東惠州516003;2.廣東省佛山市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東佛山528000)

高層建筑垂直度檢測(cè)方法的探討

黃加旺1，岳國(guó)森2，曹紅杰1，鄧翠美1

(1.廣東省惠州市國(guó)土資源信息中心，廣東惠州516003;2.廣東省佛山市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東佛山528000)

使用激光垂準(zhǔn)儀與精密全站儀相結(jié)合的方法對(duì)某大樓進(jìn)行垂直度檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)實(shí)踐，充分證明該方法具有適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)簡(jiǎn)便、檢測(cè)精度高且成果可靠的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)使用GPS對(duì)大樓的垂直度受外部載荷的影響進(jìn)行檢測(cè)，得出一些有益結(jié)論。

高層建筑;垂直度;垂準(zhǔn)儀

一、引 言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑物不斷涌現(xiàn)，其垂直度是衡量施工質(zhì)量及安全與否的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)于垂直度觀測(cè)，在地形空曠的場(chǎng)所可以方便地采用經(jīng)緯儀垂直投影法對(duì)高層建筑物進(jìn)行垂直度檢測(cè)，但在建筑密集且建筑物外形復(fù)雜的情況下，就很難采用經(jīng)緯儀投影法。針對(duì)這種情況，本文采用垂準(zhǔn)儀與電子全站儀相結(jié)合的方法對(duì)某市國(guó)際商業(yè)中心大樓進(jìn)行了垂直度檢測(cè)，獲得了較高的檢測(cè)精度。該大樓于1997年建成，共52層，高191.2 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂層有鋼架天線，總高220.0 m，是目前該市最高的一座綜合性建筑。

二、檢測(cè)方案的實(shí)施

1.檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，大樓的垂直度和施工測(cè)量的要求都比較高，主軸線要求偏差不超過(guò)H/1 000(H為建筑物總高)，層間不超過(guò)h/200(h為層高)，因此根據(jù)原垂直度控制網(wǎng)的幾何要素及控制軸線與建筑主軸線之間的相互關(guān)系，計(jì)算大樓的垂直度。

由于大樓內(nèi)部垂直度檢測(cè)不具備外控條件，而施工時(shí)在大樓首層布設(shè)的平行于縱、橫主軸線的26.100 m×17.900 m矩形控制網(wǎng)北面的兩個(gè)點(diǎn)仍保存完好，且4個(gè)控制點(diǎn)在各層的傳遞孔現(xiàn)仍全部開(kāi)通，對(duì)大樓的垂直度檢測(cè)充分利用原布施的垂直度控制網(wǎng)，采用內(nèi)控形式，用DZJ2激光垂準(zhǔn)儀(標(biāo)稱(chēng)精度1/45 000)進(jìn)行豎向投測(cè)，計(jì)算出大樓現(xiàn)狀的垂直度。

2.投測(cè)方案的實(shí)施

投測(cè)時(shí)采取分段控制、分段鎖定、分段投測(cè)的原則，將大樓分成5個(gè)投測(cè)段，第1段由1層至7層、第2段由7層至20層、第3段由20層至33層、第4段由33層至46層、第5段由46層至50層。由于大樓第1層和第2層堆放的雜物較多，考慮到矩形控制網(wǎng)的精度，又轉(zhuǎn)投測(cè)了第3層，自第1層投測(cè)到第3層，自第3層投測(cè)到第7層。全樓分段投測(cè)圖如圖1所示。

圖1

3.矩形控制網(wǎng)的恢復(fù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，大樓第1層堆放的雜物太多，第2層被臨時(shí)住房遮掩，對(duì)原有首層平行于縱橫主軸線的26.100 m×17.900 m矩形控制網(wǎng)的恢復(fù)轉(zhuǎn)移到第3層。首先在第1層量測(cè)現(xiàn)存的兩個(gè)控制點(diǎn)的邊長(zhǎng)，檢核的距離與原有設(shè)計(jì)值相差0.5 mm，證明原內(nèi)控網(wǎng)邊長(zhǎng)無(wú)問(wèn)題，其次在這兩點(diǎn)通過(guò)DZJ2激光垂準(zhǔn)儀將該兩點(diǎn)垂直投射到第3層，投射時(shí)分0°—90°—180°—270°4個(gè)方向投測(cè)，取矢量的中點(diǎn)作為最后投測(cè)點(diǎn)位。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，在投測(cè)段距離約為50 m時(shí)，激光光斑的直徑約為1.5 mm;30 m時(shí)，直徑約為1 mm，因此用激光垂準(zhǔn)儀投測(cè)能滿足精度要求。

對(duì)矩形控制網(wǎng)邊長(zhǎng)的復(fù)核采用經(jīng)檢定的鋼尺進(jìn)行測(cè)量，每條邊測(cè)量3次，測(cè)量值互差小于1 mm，各次測(cè)量均值與第1層現(xiàn)存控制點(diǎn)邊長(zhǎng)比較，邊長(zhǎng)較差滿足1/10 000;垂直角測(cè)量時(shí)采用測(cè)角精度為±0.5″的徠卡TCA2003全站儀自動(dòng)測(cè)量模式放設(shè)方向，Δβ≤±20″。矩形控制網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整改正后，將矩形控制網(wǎng)的4個(gè)控制點(diǎn)重新在第3層樓面標(biāo)定好，作為以后向上投測(cè)的依據(jù)。

4.矩形控制網(wǎng)投測(cè)

以第3層矩形控制網(wǎng)的4個(gè)控制點(diǎn)為依據(jù)，分別向上投測(cè)第1、2、3、4、5段，各段分段控制、分段鎖定、分段投測(cè)。分段鎖定檢測(cè)各層矩形控制網(wǎng)的邊長(zhǎng)、角度，邊長(zhǎng)相對(duì)誤差均沒(méi)有超過(guò)1/10 000、Δβ≤±20″，將投測(cè)出的4個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整并標(biāo)定，作為上一段投測(cè)的依據(jù)，如此依次檢測(cè)標(biāo)定出7層、20層、33層、46層、50層的平面控制點(diǎn)。分段投測(cè)時(shí)，各控制點(diǎn)均應(yīng) 0°—180°對(duì)徑分 0°—90°—180°—270°4個(gè)方向投測(cè)，取矢量的中點(diǎn)作為最后投測(cè)點(diǎn)位。

5.垂直度檢測(cè)及計(jì)算

由于連日大雨，樓層地面有積水且潮濕，各層通過(guò)控制點(diǎn)彈出該樓層的控制墨線較困難，采用在控制點(diǎn)間拉細(xì)線的方法，量取該直線到各柱子的垂距，此垂距與相應(yīng)設(shè)計(jì)垂距之差即為縱橫X、Y方向的偏差值。量測(cè)時(shí)取柱子前后兩側(cè)的方位，如圖2所示。

由各層柱子兩側(cè)中點(diǎn)的測(cè)量值的縱橫偏差值計(jì)算該層的實(shí)際形心，實(shí)際形心與設(shè)計(jì)形心的坐標(biāo)差，反映出該層大樓的傾斜方向、偏差值和垂直度。計(jì)算模型如下

則各層偏差值為

各層相對(duì)偏差值

各層相對(duì)垂直度

各層絕對(duì)垂直度

依據(jù)以上公式，計(jì)算的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

圖2 柱位量測(cè)平面圖

表1 計(jì)算的檢測(cè)結(jié)果

6.數(shù)據(jù)分析

由第7、20、33、46、50層的觀測(cè)成果計(jì)算得各層垂直度偏差，通過(guò)對(duì)檢測(cè)資料的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析得出以下結(jié)果。

1)垂直度的偏差值隨樓層的增加而增加(如表1所示)，其中低層3個(gè)測(cè)段的偏差值基本相同，均小于11 mm，互差小于2 mm，比較均勻;高層的偏差值高于底層的偏差值。

2)垂直度偏差值最大的在50層，Smax= 40.04 mm，其垂直度K=1/4 500。各層垂直度均滿足K≤1/1 000，Smax≤50 mm的設(shè)計(jì)要求。

3)層間偏差(指相鄰兩測(cè)段所在層間的偏差)均滿足K≤1/200的設(shè)計(jì)要求，為便于比較，也對(duì)46層小矩形內(nèi)控網(wǎng)至墻體中心的距離進(jìn)行了量測(cè)，結(jié)果為 ΔX=36.97 mm，ΔY=22.42 mm，S= 43.23 mm。計(jì)算得第46層與第50層的層間偏差K=1/2 700。

三、GPS測(cè)量及垂直度計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，將一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，另一臺(tái)接收機(jī)安裝在大樓樓頂?shù)膸缀沃行倪M(jìn)行24 h(因外界條件影響，沒(méi)有采集5月1日上午8—11時(shí)的數(shù)據(jù)，故GPS觀測(cè)為20 h的成果)載波相位相對(duì)定位測(cè)量，設(shè)定截止高度角為15°，采樣時(shí)間間隔為4 s。將全天數(shù)據(jù)分成24個(gè)測(cè)段，每測(cè)段時(shí)間長(zhǎng)度為20 min(整點(diǎn)前后各取10 min)，解算每測(cè)段該大樓樓頂點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)站的坐標(biāo)(Xti、Yti)作為其整點(diǎn)坐標(biāo)。

大樓樓頂?shù)膸缀沃行娜琼斠昏F制圓盤(pán)的圓心，該鐵制圓盤(pán)可用來(lái)架設(shè)鋼架天線，其圓心基本在大樓中心縱橫兩道梁相交的位置?；鶞?zhǔn)站的坐標(biāo)采用高精度全站儀TCA2003測(cè)量、由大樓首層矩形控制網(wǎng)點(diǎn)推求，設(shè)定大樓西北角控制點(diǎn)A的坐標(biāo)值為(1 000，1 000，5)，AB的方位角為90°，并由測(cè)量控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)至1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)。大樓首層(X0、Y0)則由大樓首層矩形控制網(wǎng)點(diǎn)解析計(jì)算得到。

則樓頂點(diǎn)各整點(diǎn)X、Y方向及絕對(duì)偏差值為

樓頂點(diǎn)各整點(diǎn)絕對(duì)垂直度為

樓頂點(diǎn)全天平均的X、Y方向及絕對(duì)偏差值為

樓頂點(diǎn)全天平均絕對(duì)垂直度為

20 h GPS觀測(cè)成果及垂直度計(jì)算如表2所示。

表2 20 h GPS靜態(tài)觀測(cè)成果及垂直度計(jì)算

以上GPS觀測(cè)成果表明:①大樓樓頂鐵制圓盤(pán)的圓心與首層矩形控制網(wǎng)的幾何形心重合較好，未出現(xiàn)較大誤差;②表2中各整點(diǎn)縱橫坐標(biāo)的偏移量互差不大，計(jì)算出的大樓垂直度最大偏差值Smax= 24.6 mm，垂直度K=1/7 700，說(shuō)明大樓垂直度在4月30日19時(shí)至5月1日16時(shí)內(nèi)受風(fēng)、日照、溫度等外界條件的影響較小;③表2中的垂直度與由內(nèi)部矩形控制網(wǎng)測(cè)得的垂直度的差異主要由測(cè)量方法的差異及大樓樓頂準(zhǔn)確的幾何形心的取樣誤差產(chǎn)生;④ GPS測(cè)量計(jì)算得到的垂直度反映了4月30日19時(shí)至5月1日16時(shí)期間大樓20個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻的垂直度觀測(cè)值，GPS測(cè)量主要反映該時(shí)間段內(nèi)大樓垂直度的變化情況。

四、垂直度檢測(cè)的結(jié)論

綜合以上垂直度檢測(cè)結(jié)果，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論:

1)使用內(nèi)部矩形控制網(wǎng)測(cè)定大樓的垂直度，網(wǎng)形選擇合理，作業(yè)方法正確，所采用的DZJ2激光垂準(zhǔn)儀性能穩(wěn)定，用它進(jìn)行投測(cè)工作快速簡(jiǎn)便，精度能滿足高層建筑物垂直度的設(shè)計(jì)要求。

2)垂直度偏差值最大的在 50層，Smax= 40.04 mm，其垂直度K=1/4 500。各層垂直度均滿足K≤1/1 000，Smax≤50 mm的設(shè)計(jì)要求。

3)根據(jù)GPS測(cè)量獲取的大樓24 h內(nèi)20個(gè)整點(diǎn)即4月30日19時(shí)至5月1日18時(shí)垂直度變化情況推測(cè)大樓垂直度受風(fēng)、日照、溫度等外界條件的影響較小。

4)本次檢測(cè)的實(shí)測(cè)資料表明取大樓各層柱子中心的形心作為垂直度計(jì)算的參數(shù)能滿足設(shè)計(jì)要求，各層形心與首層形心偏差達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］ 周青，黃張?jiān)?高層建筑垂直度監(jiān)測(cè)技術(shù)探討及應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2003(10):33-34.

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A Discussion about Method for Detecting Vertical Degree of Tall Building

HUANG Jiawang，YUE Guosen，CAO Hongjie，DENG Cuimei

0494-0911(2011)07-0057-03

P258

B

2011-05-20

黃加旺(1977—)，男，湖南臨武人，工程師，研究方向?yàn)镚IS及空間數(shù)據(jù)處理。