2022年一级结构工程师基础知识精讲班讲义第十八讲9一。 工程背景 随着建筑市场的进展以及建筑水平的提高，高层和超高层钢构造建筑逐步增多。在钢构造工程安装过程中，测量是一项专业性较强又特别重要的工程，测量精度的凹凸直接影响到工种质量的好坏，是衡量钢构造工种质量的一个重要指标。 上海浦东国际金融大厦是一座高达226M的超高层钢构造工程，地处东方明珠四周，是目前上海仅次于经贸大厦的超高层钢构造建筑，该工种地下3层，地上53层，中心核心筒为劲性钢筋混凝土构造，外围是由19节钢柱组成的钢构造。工程采纳“天圆地方“的设计方案，造型新奇。美观，但构造简单、施工难度大，安装精度要求高。 来源：考试大 高层建筑钢构造测量时首先依据底层的掌握点向施工层面投点，然后依据投点进展各钢柱的放样。放样的精度一方面取决于投点的精度，另一方面取决于施工放样的方法。为提高钢构造测量的精度，对从底层引上来的点进展边角测量，再进展平差处理，提高掌握点的精度；施工放样时若使用常规仪器如经纬仪。钢尺按常规放样方法，由于受施工现场条件的限制，外业放样人员须进展大量繁锁的计算工作，实际测量要求的作业人员许多，因此不仅精度低、速度慢、简单出错。鉴于此种状况，开发一套适用主高层钢构造建筑安装的实时测量系统是特别的，利用便携式计算机直接读取全站仪的测量数据，通过软件自动进展处理，简化外业测量工作，并能提高精度。 二。 引点 通过预埋孔，从底楼基准掌握点运用莱卡ZL天顶仪协作DL2激光议依次投测到所需施工楼层，并用激光接收板接收。渐渐旋转铅直仪（0o、90o 、180o 、270o 、360o），便在接收板上得到一个激光圆，圆心即为该掌握点的接收点。对接收点组成的掌握网进展角度、距离测量，由于投点存在误差，因此测量的角度和边长与已知存在肯定的差异，需进展平差处理，以提高掌握点的精度。由于每个点都可能存在投点误差，因此本工程采纳 逆自由网平差，下面阐述详细的模型及计算过程。 首先按边长和方向列误差方程式： 式中，n为观测值个数，m为未知数个数。 坐标近似值实行底层掌握点的已知坐标，在伪逆平差时保持了这些点的重心坐标以及各点到重心坐标的mm向径加权方位角以该向径距离平方为权的带权平均数保持不变。实际平差时获得的各点精度均小于，从而保障了施工测量放样的精度，以此作为本楼层细部平面放线的依据。由于引上来的点为空心，无法测定其高程，高程标志一般放置于核心筒的封面上，用钢尺传递高程时，在进展放样时，安置仪器于掌握点上，仪器横轴的高程可以由全站仪视线水平读取标尺的读数获得，这样就可以进展三维坐标的放样。若引点不够多，或楼层外形转变时可由已有的掌握点加密出一些新的掌握点，然后再进展引点。 三。 钢构造安装 实时测量系统针对常规测量存在的问题，采纳VB和ACCESS数据库相结合开发了Windows95下的实时钢构造测量系统，系统采纳便携式计算机与全站仪相连，通过放样程序操纵全站仪进展测量，自动取得测量数据，计算显示出点位和纠偏信息，当偏差满意要求时就可以将测量的数据存入数据库进展治理、绘图打印报表等。下面分别对实时钢构造测量系统中的几个问题进展阐述。 1. 临时掌握点的测定方法与精度楼层施工时，纵横钢梁较多，视线常常被挡，因此仅在几个引测的掌握点上难以满意施工测量的需要。依据现场状况选定适宜的位置，既能看到已知点又适合施工放样。首先掌握点坐标可以由以下几种方法测定：一是极坐标法，需在已知点上设站测量边长和角度，该种方法其误差一般不受掌握点网形的影响，误差主要来自角度和边长的测量误差，一般其点位的误差可到达23mm.二是采纳前方交会方法，需在两个已知点上放置仪器，且待定点的点位误差受网形的影响较大。三是仪器直接放在待定点上进展距离交会，其点位误差同样受网形的影响很大，当待定点位于以两个已知掌握点为直径的圆周上时，其误差 2.钢柱中心坐标的计算上海浦东国际金融大厦的钢构造有两种，一种是空心的圆柱钢管，一种是H型钢柱。无论是空心圆柱还是H型钢柱一般都无法直接观测柱顶与柱底中心，因此只能通过观测其他位置来计算中心点的坐标，下面分别阐述空心圆柱钢管H型钢柱中心坐标测定和计算方法。 对于圆柱钢管观测左右两侧边缘的水平角并在同一截面上贴上一个反光贴片，如图1所示， k为测 站点，p为方向掌握点，钢管中心为o ，b较匀称而当网形不好时其误差较大，表1计算了待定点位于不同位置其误差的不同结果，其中已知掌握点坐标A（0，100），B（100，0），P 为未知点，边长观测精度为（1mm+10-6D ）当P点坐标为（47，52）时其误差椭圆长半径到达7cm.四是在距离交会时加测一个角度，即测站放在未知点上，在测距离的同时观测该点到两个已知点的夹角，这样其误差可得到有效的掌握，对同样的距离交会数据加测一个角度，角度观测中误差为 5秒，设计计算的结果同样列于表1，该结果说明加测一个角度的距离交会方法精度较好。与其他方法相比该方法不仅保证了精度，而且测站直接放置于待定点上，在测定本身坐标的同时便可进展施工放样，因此有用便利，在上海浦东国际金融大厦工程中主要是使用了该方法，在软件中也设置了便携机与全站仪直接连接的测量与坐标计算功能。 为反光光贴片，在测站上观测钢管左右边缘m 、n 的角度为a1 和a2，则由已知方位akp及 a1 、 a2可计算测站至钢管中心的方位ako 为仪器横轴高程。 型钢柱放样如图所示，b c为反光贴片，与型钢柱线相对称放置，其距离S可在贴片上测得，d点在与b c相垂直方向延长型钢柱宽度的一半do即为钢柱的中心位置，do可依据型钢柱的尺寸来定，是可以得到的已知数据。 以上得到了圆钢柱和型钢柱在反光贴片处的中心点坐标和高程，要得到柱面与柱底高程，只需在上述点的坐标上加或减相差距离即可。 系统的工作的流程如图所示。使用该系统首先应在室内建立掌握点样点数据库，主要是输入各点的坐标，在外业测量时可以直接调用，外业测量时首先 安置仪器并启动全站仪，后视已知点定向，用通信线连接好便携机各站仪，翻开便携机进入钢构造实时放样软件系统，便可进展圆柱和方柱的放样测量工作。 在放样时计算机屏幕上有四种数据，第一种是掌握点的资料，包括点名、坐标等信息，可直接从数据库中得到，即选择掌握点及方向点点名即可调出其坐标，其次种数据需人工输入，如仪器高、贴片距圆柱顶面距离、圆柱半径、型钢柱的宽度do以及两贴片距离bc ，第三局部是全站仪测量数据，如全站仪瞄准圆柱的左边、右边、贴片的相对方向掌握点的水平角及贴片观测的竖直角等，第四局部是放样点的坐标和观测结果等，其中放样点的坐标可通过选择放样点的点名，由数据库直接调出，实测坐标由程序自动计算得到，并给出偏差数据，进而指挥施工安装，当偏差符合要求，便可将数据存至数据库，该点的放样即告完成。在放样一个钢柱时通常要测定顶点和底部的坐标，测量时，一般在距钢柱的底部和顶部各肯定距离设置反光贴片，依据反算的两点坐标可计算钢柱的垂直倾斜度。 3、实时钢构造放样测量软件的特点与常规测量模式相比，利用实时钢构造放样软件进展施工测量具有以下特点：（）实现了全站仪与计算机的双向通讯。一般的测量放样计算是由人工将观测结果输入到计算机或计算器进展计算，本系统利用了计算机与全站仪直接连接的双向通讯，由便携机发指令给全站仪进展测量，全站仪的测量数据自动传输到计算机内存中。系统中全站仪测量主要利用了模式：一种是测量斜距、垂直角、水平角，该种模式需要用反光贴片，面在测量圆钢管柱的左右边缘的方向时没有反光贴片，因此只能用水平角测量模式。圆钢管柱放样用到两种模式，型钢柱只要第一种模式即可。测量人员只需要按计算机屏幕的提示，将全站仪瞄准相应目标，点取相应的按钮即可。避开了数据抄记、输入过程中的错误，简化了外业步骤。 （）实时计算出点位坐标和偏差信息。在计算出测点坐标的同时，结合放样点理论坐标进展反算，立刻得出建议、订正量，便于指挥放样工作。 （）建立了掌握点、放样点以及扩实测数据的数据库，能便利地进展点位坐标以及实测资料的查询、管理，能进展图表的自动生成。 （） 适用于简单外形、简单环境的钢构造安装测量。 四、完毕语 钢构造施工中，很重要的一点就是要将钢柱的顶部和底部高精度地放样在设计的点位上，而且要求快速、牢靠，不影响施工进度。经典的经纬仪加钢尺测量法是目前钢构造测量校正所采纳的普遍方法，其原理简洁、直观，简单被大多数人所承受，但细部放线工作较多，工作较大，对现场的通视条件要求较高，不仅消耗大量的人力、物力，而且效率较低。在高新技术日益进展的今日，全站仪和电子计算机得到了广泛的应用，运用接口技术使二者相连，建立一套完整的全站仪实时测绘系统对钢柱进展测量校正是特别必要的，上海浦东国际金融大厦进入标准层（层）施工阶段时，对常规方法与钢构造实时测量系统进展了比拟，结果说明该系统不仅提高了工作效率，而且提高了钢构造放样的精度。