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论高层建筑测量中垂直度的控制

[日期:2013-08-26]
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 摘要:简要介绍了高层建筑的发展演变,阐述了测量高层建筑时垂直度控制要点,对比分析了测量垂直度的方法,并作了详细的论述,指出高层建筑测量中垂直度直接影响建筑施工的质量,应予以重视。
    关键词:高层建筑;垂直度;测量;控制要点

    0 引言
    新中国的社会主义建设事业开创了中国历史上的一个新时代,在60年的发展史中,我国既经历了前30年的社会主义改造和社会主义经济建设,又经历了后30年的改革开放和经济社会发展,取得了举世瞩目的伟大成就。但与此同时,随着城市化进程的加快,越来越多的农村人口涌向城市,使城市本来就紧张的土地问题日益加剧,因此,由于可以解决部分众多人口和土地紧缺的矛盾,高层建筑的发展也就成为我国快速发展的一个风向标。高层建筑一般指的是比较高大的建筑物,由于它们高度较高,所以建设施工难度较大。要想保证建筑的垂直度、几何形状、截面尺寸等符合施工规范和设计要求,其测量问题特别是垂直度控制问题是关键因素。据此,笔者就高层建筑测量中垂直度的控制要点、常用测量方法以及各种测量方法的对比三个方面,来阐述高层建筑测量中垂直度的控制问题。

    1 高层建筑简述
    现代高层建筑起源于美国,1883年,芝加哥建造的首幢11层高的保险公司大楼被视为高层建筑的开端,而1931年落成于纽约的高448.7m、共102层的帝国大厦更是成为世界七大工程奇迹之一。而我国在20世纪90年代后期,随着城市化进程的加快,土地资源的矛盾日益突出,从而促成了高层建筑的发展如异军突起。高层建筑通常理解为超过一定高度和层数的多层建筑,具体到各国又规定不一。美国规定24.6m或7层以上为高层建筑;日本则把31m或8层及以上视为高层建筑;而英国高层建筑的标准是不小于24.3m。我国《民用建筑设计通则》的规定更为具体:1层~3层为低层建筑,4层~6层为多层建筑,8层~9层为中高层,高层建筑是指10层及以上建筑。

    2 测量高层建筑时垂直度控制的要点
    施工测量是高层建筑建设时的先导工序,而测量中的核心问题是垂直度的控制,其控制的准确程度,将直接影响高层建筑的施工质量。所谓垂直度控制就是将建筑物的基础轴线准确地向高层引测,并保证各层相应轴线位于同一竖直面内,控制竖向偏差,使轴线向上投测的偏差值不超限。通常情况下垂直度控制的要求主要有:
    1)传递孔设置时。在上投控制点上层混凝土顶板内应预留200mm×200mm孔洞,在孔洞四周做好上翻50mm的防水圈(可砌砖),平时在孔洞处需要盖好板,保证安全。
    2)投测时技术要领。初次投射时,对中整平激光经纬仪,通电后,使激光器发射激光束。在需要测设的楼层楼板上预留一个孔,使激光铅垂仪发出的激光束在预先放置的300mm的有机玻璃板上形成一个圆形光斑,调整焦距,使有机玻璃上的激光光斑达到最小。激光经纬仪由于本身质量问题可能会对测量精度有所影响,投射完成时,要把激光经纬仪在原地做360°旋转,使光斑做出圆形轨迹,如果光斑重合,则仪器本身的精密度可以忽略不计。移动激光接受靶标,使激光束对准靶标的十字线交点,用细铅笔跟踪在靶标上描绘出圆形轨迹图,此时圆形轨迹图的圆心即为竖向传递点。
    3)分段测量。考虑到仪器本身质量性能以及施工环境的好坏,提高测量效率降低激光束点的误差,需要使用到分段测量,目的是为了缩短投影测程。具体做法是要分段控制分段投点。标准为竖向60m~120m为一段。将第一段施工完毕,第二段的首层控制点投影在上段起始楼层,检测校正控制网确保准确无误后重新埋点。即是直接将下层控制网升到这层并锁定,以上各段测定均可使用其作为依据。
    4)垂直度校核。
    a.分段垂直度校核。每次投测段施工结束后,运用标准为1mm的钢丝、15kg的铅锤人工投点进行对比校核。
    b.校核总垂直度。投测结束后,首级控制点使用电子经纬仪使用外投法,将轴线引至最高层,与控制线相校核。

    3 测量垂直度的常用方法
    国内最常使用的测量垂直度的方法有外控法和内控法。外控法适用于施工场地有足够的空余进行操作,在外围架设控制网,在控制点上竖向投测或者交会定点,目的是把地面投测到不同楼层,以作为施工放样和竖向控制的依据。这种经纬仪竖向投测法是社会上最为熟悉的方法。内控法即是激光铅垂仪投测法,有精确度高,操作比较简单方便的优点,在建筑物平面内建立控制网,在平面控制点上安置仪器,预留竖向传递孔在控制点竖向相应位置上,控制点通过传递孔投射测绘到不同高度楼层。虽然两种方式各有优点,但是实际测绘时,两种方法都会用到。但是需要注意的是,无论采用哪种方式,还是两种综合使用,都要结合工程结构设计、平面图、现场条件等因素,对作为竖向控制基准的具有较高精度的施工控制网及轴线制桩进行竖向控制方案的设计与施测。下面具体说明这两种方法。
    3.1 内控法。内控法的使用背景是施工场地窄小,不能用外控法进行轴线竖向投测。该法使建筑物首层轴线竖向投测到施工层,采用的是铅直线的原理,根据建立铅直线用的仪器不同,内控法可分为:
    1)吊线坠法。吊线坠法是在建筑物的首层轴线处(可以是内墙,也可是外墙),悬挂特制的吊线坠,将首层的轴线直接竖向传递到施工层,此做法特点是在重力作用之下,吊线坠形成一个铅直线,此铅直线就成为一个准绳。但是这种方法受到外力环境影响较大,主要是风力大小,吊线直径,线是否有扭曲,线坠重量是否达标,观测者的操作能力以及附近机器的震动都会使其受到影响。这些影响因素中,风的影响最大。当掉线坠重量保持不变时,线越长,风对精确度的影响越大,而且施工地点如果是同一季节一种风向时,往往误差偏向于同一边,这种误差随着时间,次数的增加越来越大,成为一种系统误差,所以,在测量时要能够选择在无风或风小的时候进行,风大时要在线外包裹塑料管避风。除此之外,还应注意以下几点:
    a.当在外墙悬吊线坠时,应根据外墙与轴线的关系和外墙的形状,延长轴线,以减少目测不准而造成的误差。这是因为吊线坠只能悬吊在轴线的延长方向上。如果外墙与轴线垂直且成一直线,可用90°三角板来延长轴线;同时,线下端的投测人,视线应垂直结构面;
    b.在使用吊线坠法时,线坠的几何形状要归正,重量最好在1kg~3kg之间,吊线的直径应以1mm为宜,应使用编织线或无扭曲的钢丝;
    c.悬吊时要上端固定牢固,中间无障碍,特别要注意不能有侧向抗线;
    d.逐层引测时,要用5kg或更大的线坠每隔3层~5层,由下向上放一次通线,以作校测。正常情况下,当层间3m~4m,由下一层向上一层用吊线坠法竖向投测时误差小于±3mm,如依次逐层投测至n层。当建筑物全高H=60m,n=15层~20层,设n=16,总误差不大于±12mm,基本能满足规范要求,当H=90m,n=25层~30层时,总误差大约为±15mm。由上述计算可知,吊线坠法的精度可以满足大部分的高层建筑竖向投影观测,但是要注意风的影响,应该有完善的避风措施,目的是要保证层间竖向误差不能超过±3mm。当施工地风速过大,或者是季风季节时,或者建筑物超过60m,应当采用其他方法。
    2)光学准直法。光学准直法是利用光学准直望远系统的相关仪器(带90°弯管目镜的经纬仪、激光垂准仪、激光经纬仪、自动天顶—天底准直仪垂准经纬仪、自动天顶准直仪、光学垂准仪等),在建筑物内部的首层轴线上建立铅直线,将首层轴线竖向投测到施工层。光学准直法的测量方法是测设一平行轴线网,将此网设立在在建筑物内部首层,在闭合网点之上的每一层均留200mm×200mm的孔洞,把网点上各规定地点设立铅直线,用仪器直接将网点竖直投射到施工层,在施工层上用相应的方法建设各轴线。观测者在检校照准部水准管后置平仪器,把仪器旋转一周后观测,如果视线铅直,则视线应该始终对着一点。如果视线成一闭合环状,则没有对准,这时应该调节照准部目镜十字丝板,使闭合环的中点对准十字丝焦点,反复调节直至视线始终对着一点。仪器架在首层时,要保证预留孔的安全,防止掉物掉水,如果架在施工层,要注意光线的影响。观测时,四个互相垂直的方向都要进行观测,消除误差。
    3.2 外控法。当施工场地比较空旷时采用此法,施测时主要将经纬仪安放在高层建筑的附近进行竖向投测。故此法也叫做经纬仪竖向投测法。由于施工场地不同,一般安放经纬仪的位置不同,常用的有以下两种方法:
    1)延长轴线法。这种方法要求建筑物四周开阔,将轴线延长到总高度之外,以首层轴线为准绳,在延长线上架设经纬仪,逐层投射测绘,这种方法叫做延长轴线法。
    2)侧向借线法。如果建筑地不开阔,轴线不能延长,或延长不能达到建筑物总高之外,可以平移轴线一段距离,两端架设经纬仪,在视垂直角小于45°时,即可采用侧向借线法。施工层向内平移相同距离时,要避开脚手架的影响,平移距离不大于2m,可以采用竖向投测的轴线。

    4 各种测量方法的对比和选择
    1)速度最快效率最高的是内测法,这种方法可以加快施工进度也可以有效对高层建筑进行垂直度控制,精确度高。
    2)测量时间最短的是分段投测。这种方法可以较少考虑风力、温度对建筑物垂直度测量的干扰。在建筑物地基的不均匀沉降的影响之外,这种分段投测的方法是最准确的。
    3)在实际测量中,投点既用高精度的激光铅垂仪投测,分段又用超重锤校核,互相补充,对照检验,可以有效的提高施测中的精度问题。
    4)高层建筑垂直度控制的关键点还在于加密投点次数、频率,加强检验。
    5)以结构完成平面实际形心与设计形心坐标差作为建筑物垂直度的评价标准,较之过去工程上以测外墙轴线来确定垂直度的方法,能更确切的反映出建筑物整体垂直度。中国建筑事业的蓬勃发展,虽已取得骄人的成绩,例如,上海浦东2007年竣工的“环球金融中心大厦”,建筑高度为492m,主体建筑结构高度仅次于阿联酋的迪拜塔;南京2009年竣工的紫峰大厦,建筑高度为450m,以及正在建设的上海中心大厦,主体建筑结构高度为580m,总高度632m,但是,我们与国际先进水平在高层建筑的建造、设计、技术方面还有一定差距。因此我国高层建筑的数量与高度虽然都有长足进步,但更应该关注我们的建筑质量,它关系着大多数人的切身利益,因此如何做好施工测量,做好垂直度的控制应当慎之又慎。

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