高层建筑垂直度检测方法的探讨

2011-11-15黄加旺岳国森曹红杰邓翠美

测绘通报 2011年7期

关键词：楼顶大楼控制点

黄加旺，岳国森，曹红杰，邓翠美

(1.广东省惠州市国土资源信息中心，广东惠州516003;2.广东省佛山市城市规划勘测设计研究院，广东佛山528000)

高层建筑垂直度检测方法的探讨

黄加旺1，岳国森2，曹红杰1，邓翠美1

(1.广东省惠州市国土资源信息中心，广东惠州516003;2.广东省佛山市城市规划勘测设计研究院，广东佛山528000)

使用激光垂准仪与精密全站仪相结合的方法对某大楼进行垂直度检测，通过检测实践，充分证明该方法具有适应性强、作业简便、检测精度高且成果可靠的优点。同时使用GPS对大楼的垂直度受外部载荷的影响进行检测，得出一些有益结论。

高层建筑;垂直度;垂准仪

一、引言

随着城市建设的发展，高层建筑物不断涌现，其垂直度是衡量施工质量及安全与否的一个重要指标。对于垂直度观测，在地形空旷的场所可以方便地采用经纬仪垂直投影法对高层建筑物进行垂直度检测，但在建筑密集且建筑物外形复杂的情况下，就很难采用经纬仪投影法。针对这种情况，本文采用垂准仪与电子全站仪相结合的方法对某市国际商业中心大楼进行了垂直度检测，获得了较高的检测精度。该大楼于1997年建成，共52层，高191.2 m，为钢筋混凝土结构，顶层有钢架天线，总高220.0 m，是目前该市最高的一座综合性建筑。

二、检测方案的实施

1.检测方案的设计

根据设计要求，大楼的垂直度和施工测量的要求都比较高，主轴线要求偏差不超过H/1 000(H为建筑物总高)，层间不超过h/200(h为层高)，因此根据原垂直度控制网的几何要素及控制轴线与建筑主轴线之间的相互关系，计算大楼的垂直度。

由于大楼内部垂直度检测不具备外控条件，而施工时在大楼首层布设的平行于纵、横主轴线的26.100 m×17.900 m矩形控制网北面的两个点仍保存完好，且4个控制点在各层的传递孔现仍全部开通，对大楼的垂直度检测充分利用原布施的垂直度控制网，采用内控形式，用DZJ2激光垂准仪(标称精度1/45 000)进行竖向投测，计算出大楼现状的垂直度。

2.投测方案的实施

投测时采取分段控制、分段锁定、分段投测的原则，将大楼分成5个投测段，第1段由1层至7层、第2段由7层至20层、第3段由20层至33层、第4段由33层至46层、第5段由46层至50层。由于大楼第1层和第2层堆放的杂物较多，考虑到矩形控制网的精度，又转投测了第3层，自第1层投测到第3层，自第3层投测到第7层。全楼分段投测图如图1所示。

图1

3.矩形控制网的恢复

根据现场条件，大楼第1层堆放的杂物太多，第2层被临时住房遮掩，对原有首层平行于纵横主轴线的26.100 m×17.900 m矩形控制网的恢复转移到第3层。首先在第1层量测现存的两个控制点的边长，检核的距离与原有设计值相差0.5 mm，证明原内控网边长无问题，其次在这两点通过DZJ2激光垂准仪将该两点垂直投射到第3层，投射时分0°—90°—180°—270°4个方向投测，取矢量的中点作为最后投测点位。现场实践表明，在投测段距离约为50 m时，激光光斑的直径约为1.5 mm;30 m时，直径约为1 mm，因此用激光垂准仪投测能满足精度要求。

对矩形控制网边长的复核采用经检定的钢尺进行测量，每条边测量3次，测量值互差小于1 mm，各次测量均值与第1层现存控制点边长比较，边长较差满足1/10 000;垂直角测量时采用测角精度为±0.5″的徕卡TCA2003全站仪自动测量模式放设方向，Δβ≤±20″。矩形控制网进行检测和调整改正后，将矩形控制网的4个控制点重新在第3层楼面标定好，作为以后向上投测的依据。

4.矩形控制网投测

以第3层矩形控制网的4个控制点为依据，分别向上投测第1、2、3、4、5段，各段分段控制、分段锁定、分段投测。分段锁定检测各层矩形控制网的边长、角度，边长相对误差均没有超过1/10 000、Δβ≤±20″，将投测出的4个控制点进行调整并标定，作为上一段投测的依据，如此依次检测标定出7层、20层、33层、46层、50层的平面控制点。分段投测时，各控制点均应 0°—180°对径分 0°—90°—180°—270°4个方向投测，取矢量的中点作为最后投测点位。

5.垂直度检测及计算

由于连日大雨，楼层地面有积水且潮湿，各层通过控制点弹出该楼层的控制墨线较困难，采用在控制点间拉细线的方法，量取该直线到各柱子的垂距，此垂距与相应设计垂距之差即为纵横X、Y方向的偏差值。量测时取柱子前后两侧的方位，如图2所示。

由各层柱子两侧中点的测量值的纵横偏差值计算该层的实际形心，实际形心与设计形心的坐标差，反映出该层大楼的倾斜方向、偏差值和垂直度。计算模型如下

则各层偏差值为

各层相对偏差值

各层相对垂直度

各层绝对垂直度

依据以上公式，计算的检测结果如表1所示。

图2 柱位量测平面图

表1 计算的检测结果

6.数据分析

由第7、20、33、46、50层的观测成果计算得各层垂直度偏差，通过对检测资料的计算、统计和分析得出以下结果。

1)垂直度的偏差值随楼层的增加而增加(如表1所示)，其中低层3个测段的偏差值基本相同，均小于11 mm，互差小于2 mm，比较均匀;高层的偏差值高于底层的偏差值。

2)垂直度偏差值最大的在50层，Smax= 40.04 mm，其垂直度K=1/4 500。各层垂直度均满足K≤1/1 000，Smax≤50 mm的设计要求。

3)层间偏差(指相邻两测段所在层间的偏差)均满足K≤1/200的设计要求，为便于比较，也对46层小矩形内控网至墙体中心的距离进行了量测，结果为 ΔX=36.97 mm，ΔY=22.42 mm，S= 43.23 mm。计算得第46层与第50层的层间偏差K=1/2 700。

三、GPS测量及垂直度计算

根据现场条件，将一台GPS接收机作为基准站，另一台接收机安装在大楼楼顶的几何中心进行24 h(因外界条件影响，没有采集5月1日上午8—11时的数据，故GPS观测为20 h的成果)载波相位相对定位测量，设定截止高度角为15°，采样时间间隔为4 s。将全天数据分成24个测段，每测段时间长度为20 min(整点前后各取10 min)，解算每测段该大楼楼顶点相对于基准站的坐标(Xti、Yti)作为其整点坐标。

大楼楼顶的几何中心取楼顶一铁制圆盘的圆心，该铁制圆盘可用来架设钢架天线，其圆心基本在大楼中心纵横两道梁相交的位置。基准站的坐标采用高精度全站仪TCA2003测量、由大楼首层矩形控制网点推求，设定大楼西北角控制点A的坐标值为(1 000，1 000，5)，AB的方位角为90°，并由测量控制点联测至1980西安坐标系坐标。大楼首层(X0、Y0)则由大楼首层矩形控制网点解析计算得到。

则楼顶点各整点X、Y方向及绝对偏差值为

楼顶点各整点绝对垂直度为

楼顶点全天平均的X、Y方向及绝对偏差值为

楼顶点全天平均绝对垂直度为

20 h GPS观测成果及垂直度计算如表2所示。

表2 20 h GPS静态观测成果及垂直度计算

以上GPS观测成果表明:①大楼楼顶铁制圆盘的圆心与首层矩形控制网的几何形心重合较好，未出现较大误差;②表2中各整点纵横坐标的偏移量互差不大，计算出的大楼垂直度最大偏差值Smax= 24.6 mm，垂直度K=1/7 700，说明大楼垂直度在4月30日19时至5月1日16时内受风、日照、温度等外界条件的影响较小;③表2中的垂直度与由内部矩形控制网测得的垂直度的差异主要由测量方法的差异及大楼楼顶准确的几何形心的取样误差产生;④ GPS测量计算得到的垂直度反映了4月30日19时至5月1日16时期间大楼20个整点时刻的垂直度观测值，GPS测量主要反映该时间段内大楼垂直度的变化情况。