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新聞動態

湖北網架公司網架結構在使用過程中的變形觀測方案

2019-09-30 12:59:11

湖北網架公司網架結構在使用過程中的變形觀測方案

 

網架建好交付使用后,要對其變形進行長期觀測(就像觀測建筑沉降那樣),有哪位知道如何觀測,哪里有可以參考的觀測方案(如:如何設置觀測點,需要什么儀器設備、什么時間觀測等等)。

武漢鋼結構公司


我司在施工中處理過,交工后也可以借鑒。即用水平儀測出所有支座標高(相對于建筑的基準線),然后求出平均值及網架支座的平均標高(限于支座在同一標高上),然后再測量規范要求的撓度點(標記為Zn)的標高,這就是初始的撓度記錄;然后只要按要求(如上完屋面后、吊頂后、有荷載后,或兩年后等)或自定時間測量網架Zn點的標高即可,需要說明的是以后每次測量的標高都應以建筑的基準線為參照點。 
  
上文所說的建筑的基準線是指建筑物在施工中標記的如0線,12米線等。

 網架撓度測量現場檢測(上)

    

1  接受委托與檢測方案編制(步驟1)

      網架撓度測量的現場檢測工作程序及步驟,可依據《GB/T 50344-2004 建筑結構檢測技術標準》第3.2條規定,步驟流程為:接受委托、現場調查、制定檢測方案、現場檢測、計算分析和結果評價、出具檢測報告。

      在接受委托單位的檢測委托后,應進行現場和有關資料的調查,收集被測網架結構的設計圖紙,設計要求等資料,制定檢測方案。檢測方案的編制內容,按《JGJ 8-2016 建筑變形測量規范》第3.3.2條技術設計規定,明確以下檢測內容:

      1)網架撓度測量的任務要求。

      2)待測網架的概況,包括建筑及其結構類型、巖士工程條件、建筑規模、所在位置、所處工程階段等。

      3)已有變形測量成果資料及其分析。

?    4)依據的技術標準名稱及編號。

      5)變形測量的精度和等級。

      6)采用的平面坐標系統、高程基準。

     7)基準點、工作基點和監測點布設方案,包括標石與標志?型式、埋設方式、點位分布及數量等。

      8)觀測頻率及觀測周期。

    ? 9)變形預警值及預警方式。

      10)儀器設備及其校驗要求。

      11)觀測作業及數據處理方法要求。

?    12)提交成果的內容、形式和時間要求。

      13)成果質量檢驗方式。

    ?14)?相關附圖、附表等。

      網架撓度測量檢測方案的編制方法,將在以下講解撓度測量的檢測過程后,放在本教程最后進行說明,這樣才比較好理解。


2  變形測量精度等級的確定(步驟2)


2.1  為什么要確定測量精度等級?

     由于測量精度直接影響到觀測成果的可靠性,因此工程測量都需要先確定合適的觀測精度等級。只有確定了測量精度等級,才能確定使用什么樣的觀測方法、儀器設備和投入費用等。

      建筑物變形觀測的精度要求,取決于變形的大小和觀測目的,精度過高使測量工作復雜,費用和時間增加,而精度定的太低又會增加變形分析的困難,使所估計的變形參數誤差大,甚至會得出不正確的結論。因此確定合理的精度很重要,一般來說,檢查施工對變形觀測精度要求較低,監視建筑物安全要求精度較高,研究變形過程要求精度最高。


2.2  測量精度等級確定方法的標準規定      

      依據《JGJ 8-2016 建筑變形測量規范》規定,變形測量確定精度等級有兩種方法:

      方法一:JGJ 8-2016第3.2.2 對通常的建筑變形項目,可根據建筑類型,變形測量類型以及項目勘察、設計、施工、使用或委托方的要求,從表3.3.2中選擇適宜的觀測等級。

      方法二:JGJ 8-2016第3.2.3:對明確要求按建筑地基變形允許值來確定精度等級或需要對變形過程進行研究分析的建筑變形測量項目,應符合以下規定……


2.3  網架撓度測量精度等級的確定方法

      對網架撓度測量這樣需要對變形過程進行研究分析,而且有明確變形允許值的變形測量項目,就按以上方法二確定測量精度等級。

      按3.2.3條1)對沉降觀測,應取差異沉降允許值的1/10~1/20作為沉降差測定的中誤差,并將該數值視為監測點、測站高差中誤差,并以該數值確定測量精度。按照JGJ 8-2016條文說明第3.2.3條的例題,舉例說明網架撓度觀測的測量精度等級確定如下:

      假設有跨度為24m的屋蓋結構網架,其相鄰監測點沉降差(撓度)允許值為1/250,就是 96 mm,取其1/20作為變形測量的精度,則沉降差測定中誤差不應低于 4.8 mm,按一個測站測定此沉降差,該值即為監測點測站高差中誤差,依據《JGJ 8-2016 建筑變形測量規范》表3.2.2,選擇四等精度。

      精度等級選取過程解釋:

      網架的撓度允許值96mm,就是允許相鄰的一端支座球與中間螺栓球的最大沉降差為96mm,網架撓度測量精度,應在差異沉降允許值96mm的1/10~1/20之間選取。從實用的目的出發,鋼結構變形通常要求觀測工作能反應出1mm的沉降量。為了能反應出1mm的沉降量,如果取96mm的1/10就是9.6mm,顯然這9.6mm的精度要反應1mm的沉降量,這誤差就太大了。因此只能按最小的1/20取值,就是4.8mm作為沉降差測定的測站高差中誤差。4.8mm的測站高差中誤差,雖然也不能滿足反應1mm沉降精度的要求,但也不用再往下取了,只要能滿足規范要求盡量接近就可以了,否則會增大觀測方法、檢測設備和費用的投入。

      最后查表3.2.2,四等精度的測站高差中誤差3mm,小于最大允許誤差4.8mm,因此選擇四等精度等級。

      為了方便使用,以常見屋蓋結構網架撓度測量精度等級及選用全站儀標稱精度列表如下表1:

表1 屋蓋結構網架撓度測量精度等級

       依據表中屋蓋跨度范圍,可以直接確定測量精度等級,及采用儀器設備的標稱精度和檢校要求。其他樓蓋結構、懸挑結構的網架可根據以上舉例計算并確定測量精度。

      另外說句,對于施工過程變形監測的網架撓度觀測,測量精度中誤差在±1.0mm(參見JG/J T 302-2013表3.2.2),這也不是拿個全站儀就能做的了的,要換成水準測量方法。

      參考資料:

  《工程變形監測》出版源:武漢大學出版社 2013年 【主編】李金生  

  《淺談建筑物變形觀測的精度和頻率》出版源:科技信息  2008-04-05 【作者】 章金忠  張關泉


3  確定網架撓度測量采用的平面坐標系統、高程基準(步驟3)

      依據現場情況,除非委托或設計有要求采用建筑坐標系或國家高程基準,一般情況下采用自己設定的假定坐標系與假定高程系統就可以了。

      建筑坐標系:屬測量平面直角坐標系的一種,其坐標軸與建筑物或建筑群的軸線相一致或平行。     ——《GB/T 50228-2011 工程測量基本術語標準》第3.2.6條。


4  確定網架撓度測量基準點、工作基點和監測點布設方案及設置方法(步驟4)


4.1  網架撓度測量基準點、工作基點布設方法

      在本教程第一部分架撓度測量計算和原理講解,網架撓度測量不需要測量沉降量。除非是設計或委托有要求,對于無施工期間監測要求的中小型網架撓度測量,不需要設定長期固定的基準點。每次測量時,在現場相對穩定的位置設站工作基點就可以了。工作基點布設方法,參見本教程第一部分全站儀中間設站觀測方式講解,在以下圖1中,在場地允許情況下,典型的工作基點應與監測點前后距離對稱位置1。但是如果測區太小于前后對稱距離不夠長,也可以把棱鏡設置在網架下面的位置2。         

圖1 測站與工作基點設置位置圖

4.2  網架撓度觀測監測點的布設與設置方法

4.2.1   監測點布置圖

      網架撓度測量監測點的布設方案參見本教程第一部分第5條,監測點布置圖是根據本工程監測點布設方法,在網架施工CAD圖紙上標注選取的軸線和監測點位置。

      以某小學體育館的屋面(蓋)網架為例,網架形式為正放四角錐螺栓球節點網架,網架跨度為36.9m。委托單位提供的施工設計CAD圖下弦桿平面布置圖,見下圖2。

圖2 監測點布置圖示例

        ——網架結構軸線與監測點編號的通用推薦方法

      通常網架設計施工圖上,并不是每個軸線和螺栓球都有詳細標注編號,因此要我們自己編號。在CAD平面布置圖設置X-Y平面直角坐標系,橫向軸線自左向右編號為X1~X12,第6條X軸線上螺栓球節點從下向上編號為X6-1~X6-12。以此類推,縱向軸線自下向上編號為Y1~Y12,第7條Y軸線上螺栓球節點從左到右編號為Y7-1~Y7-12。

      ——監測點的布設方法與選取

      從以上編號,可以看出該網架是典型的對稱結構,在兩個方向跨度的軸線都是12條,按GB 50205-2001規范要求:“跨度24m以上鋼網架結構測量下弦中央一點及各向下弦跨度的四等分點”,就沒法確定哪一個螺栓球才是網格中央的點。此時,該網架結構的撓度監測點選取可按以下推薦方法:

      第一步先選取軸線,X方向中間沒有軸線,就取中間旁邊的軸線X6軸,Y方向也同樣取中間旁邊的軸線Y7軸。

      第二步,選定軸線后再選取軸線上螺栓球監測點,X6軸線中央沒有螺栓球節點,就取旁邊的X-6-6螺栓球為中間監測點,再以中間螺栓球節點為中心,分別取兩邊的四等分點為監測點,兩個端部螺栓球為變形觀測點。同樣,Y7軸螺栓球監測點與兩個端部螺栓球變形觀測點也是這樣選取。

      在以上監測點布置圖中,有X6-6和和Y7-7兩個下弦中央點,而且是對稱錯開的。每條軸線上的四等分點距離也不一樣,但也是X軸和Y軸對稱分布。在實際檢測中,這種對稱結構監測點布置圖,還是比較常見的。我們不能保證每一個點都在準確的等分位置,但是要把監測點分布在可能的最大變形處。

      參見本教程第一部分第5條,撓度監測點最好是能按設計單位提供的網架計算書來選取,這種監測點選取方法也只是一種推薦方法。很多施工單位自檢時,還另外選取對角等分軸線的1/4處螺栓球為監測點,加大監測點數量能更多反應網架變形情況,這是很好的。

4.2.2  監測點設置方法

      正確掌握網架撓度觀測監測點的設置方法,是網架撓度測量結果準確的關鍵。

      1)監測點貼反射片設置方法

      撓度觀測的監測點通常在網架在地面拼裝完成后,采用貼反射片方式進行設置。監測點應設置在網架變形量最大的節點處,在下弦螺栓球表面的一側或兩側貼反射片。對于比較小的螺栓球可以把反射片中心十字部分裁剪成1cm長條后貼合,這樣就比較好貼,也不容易掉。

     本教程第一部分講到,網架撓度計算是以線為基準,但是網架軸線上有支座球、螺栓球、桿件,而且形狀大小不一,因此要把反射片的十字貼在球心高度位置,從而連接成一條軸線中心線。見下圖3紅線位置。

圖3  網架軸線監測點布置位置圖      

      通常,貼反射片要預估好全站儀觀測的方向,十字中心不一定貼在球心高度位置,要確保每個節點的軸線高程是球心高程,可以用游標卡尺測量反射片十字中心與球心高度之間的垂直距離t,則監測點測量的高程加上偏差距離t,就是球心高程,見以下圖4。

圖4 監測點與球心的高差示意圖      

      測量監測點偏離軸線中心線的距離應精確到1mm,測量誤差過大,則測量的誤差直接疊加到撓度計算結果中,有時甚至比觀測方法引入的誤差還要大,后面的觀測工作測的再精確也都白費。

       2)監測點無法貼反射片的方法

      當網架安裝采用高空散裝法、分塊吊裝法,或是測量已建的高空網架,如果無法上高空貼反射片,就不能直接測量監測點與螺栓球球心的高差。

      遇到這種情況,可以按以上監測點要處于中心線上的原則,在全站儀進行觀測時,照準該球節點容易識別的中心線的位置(見上圖2紅線位置),比如連接桿與球連接部位、水平連接桿處中心等。由于人為估算觀測有主觀因素的誤差,因此建議節點的每個連接部位都全數測量取平均值,以減小誤差提高可靠性。螺栓球節點由于加工精度高,用連接桿件中心高程代替球節點高程比較合理,對于焊接球節點,由于加工精度較低,建議慎用該方法。

      這種方法如果觀測條件不好誤差就比較大,一般是不宜采用的,但是由于種種特殊原因,在實際檢測中反而是最經常用到。

      資料引用:

    《鋼網架撓度檢測評定方法研究》出版源:城市道橋與防洪 2017年05期 【作者】 谷川  本教程根據谷川老師的辦法進行一些修改。

      3)球殼擬合法

      由于以上方法二的缺點,本教程簡單介紹《鋼網架撓度檢測評定方法研究》作者谷川老師提供的球殼擬合法,該方法首先建立一個三維坐標系,用全站儀從不同方向(至少3個方向)測量球節點表面的若干坐標,利用矩陣方程擬合計算算出球心坐標和半徑,從而得到比較高精度的球心高程。特別是鋼結構鑒定這樣測量精度要求比較高的檢測項目,已有的網架不能上高空設置反射片測量球心高度位置時,這種方法就具有優勢。

      該測量方法我本人在試驗室進行過模擬測量,經驗證是可行的,但是我也沒在現場實際使用的經驗,同時測量操作相對比較復雜,初學者難于掌握,這里就不詳細介紹了,具體測量方法請百度查看原文,大家以后熟練了可以自己學習掌握,必要的時候用得上。


5   確定空間網格結構撓度觀測頻率及觀測周期(步驟5)

      JGJ 8-2016第7.5.2條規定:撓度觀測的周期應根據荷載情況并結合設計及施工要求確定。按設計及施工要求的一般規定,空間網格結構撓度觀測頻率及觀測周期可按跨度區分如下:      

      1)大跨空間網格結構

      對于跨度大于60m以上的大跨度空間網格結構,應按《GB 50982-2014 建筑與橋梁結構監測技術規范》第6章要求的施工期間監測或是使用期間監測的觀測頻率及觀測周期。     

      大跨度空間網格結構的撓度測量不在本教程討論之內,因為有監測要求的撓度測量方法與測量精度都要高,參見《JG/J T 302-2013 建筑工程施工過程結構分析與監測技術規范》。

      2)中小跨度網架結構

      跨度小于60m以下中小跨度網架結構的撓度觀測周期和頻率,沒有特別要求的,應按GB 50205-2001的規定,在網架結構總拼(安裝)完成后觀測一次,屋面工程完成后再觀測一次,總觀測次數為兩次。

      3)中小跨度網殼結構

      網殼結構撓度觀測的觀測頻率,按《JGJ 7-2010 空間網格結構技術規程》第6.11.3條規定“空間網格結構安裝完成后,應對撓度進行測量”。除非設計要求另有規定,網殼結構的撓度谷量可在屋面工程完工后觀測一次就可以了。其實本條規定也是適用于網架結構的撓度觀測頻率的,主要是看設計要求是按什么規范。


6  網架撓度測量的現場外業觀測(步驟6)


6.1  步驟1——工作基點與測站設置

      1) 測站設置

     網架總拼安裝完成后,就開始進行網架撓度測量的現場觀測作業。到達現場后,第一步首先要進行測站的設置。按中間設站觀測方式原理,全站儀所在的測站位置,最好能把一個觀測組的每個監測點都觀測到,而且左右兩邊監測點視線長度對稱,每個監測點觀測的垂直角不大于20°。

     2)工作基點設置

      確定好設站位置后,再確定反射棱鏡(工作基點)架設位置。以下實例用試驗室里模擬講解測站(全站儀)、工作基點(棱鏡)和監測點的布置方位,見下圖5:

圖5 測站、工作基點、監測點布置圖

      圖中,假設目標墻上貼反射片的點1、點3為網架軸線兩端的支座球測量點,點2為螺栓球撓度監測點。棱鏡所在的地面位置為工作基點,以工作基點地面為起算面的高程假設為0.000m。安置棱鏡的時候,沒什么必要就把棱鏡對中桿的伸縮桿放到底部,避免棱鏡高讀數誤差,棱鏡高就直接按1.350m算。

      測量儀器采用南方測繪儀器公司的全站儀NTS-342R5A,標稱精度(2mm±2×10^-6mm, 2" )。圖中全站儀的豎直度盤在望遠鏡照準方向的左側,為正鏡(盤左)觀測。如果縱轉望遠鏡,使豎直度盤在望遠鏡照準方向的右側,就是倒鏡(盤右)觀測??v轉望遠鏡或水平旋轉照準部按順時針或逆時針方向都可以的,不影響觀測結果。

      在以下講解全站儀中間設站三角高程測量監測點高程的步驟與操作方法時,由于每個廠家全站儀的操作界面和參數設置不一樣,因此操作步驟里的全站儀儀器設置部分,就根據自己的儀器自行掌握,只要能測量出目標點的以下4個參數:垂直角、斜距值、垂直距離值、還有坐標就行。


6.2  步驟2——全站儀安置與儀器參數設置

      1)安置儀器

      全站儀安置包括對中和整平兩項工作,三角高程測量的中間設站觀測方式不需要對中,全站儀可以隨意位置設置。但是JGJ 8 要求采用變動儀器高進行兩次獨立測量的話,要在一個測站內測量,因此兩次獨立測量之間要進行對中步驟。    

      ——整平:

     安放好位置后進行整平步驟,整平的目的是使儀器豎軸鉛錘和水平度盤處于水平位置。當儀器精確整平后,照準部轉到任何位置,圓水準器和管水準器的氣泡都是居中的(允許管水準器的氣泡偏離零位,不超過一格)。

      ——對中

      對中的目的是使儀器豎軸測站點的鉛垂線上,對中一般可在地面測站點打一顆測釘(沒有測釘也可以在地上畫個十字),用光學對中器對中測釘的十字點,精度可達1mm。

      以上對中和整平是相互影響,操作時應交替、反復進行,直到既對中又整平為止,具體操作方法參見本教程第一部分《土木工程測量》,

      2)調整十字絲

      瞄準目標前,把望遠鏡對向明亮背景,進行目鏡調焦,使十字絲清晰。

      3)儀器參數設置

      測量之前要注意檢查以下幾個設置項參數,以本南方測繪全站儀為例。

      ——角度相關設置

            【傾斜補償】為【開】,【垂直零位】為【水平零】

      ——距離相關設置

             【T-P改正】為【開】,此功能為氣象改正。

             【兩差改正】為【改正關】,此功能為地球曲率與大氣折光系數改正,一般情況下設置

              為關,除非是外業測量有需要時設置為開。

              測量模式設置——N次精測4次,取結果平均(按JGJ8-2016規范要求)。

              棱鏡常數設置——參見本教程第一部分【棱鏡常數】

              目標選擇——根據照準目標不同,更換【棱鏡】【反射板】【無合作】


6.3  步驟3——南方全站儀的項目管理設置與建站設置

      如果是單純的測量目標點的高程、坐標,是不需要進行全站儀的建站步驟的,但是在南方全站儀設置里,進行項目管理設置和建站設置后,就能把測量數據自動采集在全站儀里,這樣在現場檢測時候就可以不用手動記錄數據,加快測量速度。

      ——項目管理設置

      設置步驟:打開主界面【項目】—【新建項目】,項目名稱選默認當天日期為文件名,點√。這樣后面測量的數據都保存在這個文件里。

      ——建站設置

      全站儀建站的目的,就是在測區內建立一個測量坐標系統。用測站(全站儀)和后視點(棱鏡)進行定位和定向確定測量坐標系統后,后面測量的坐標都在這統一的坐標系統里。其中定向可以采用單點或多個點來進行定向。

      首先要說明,全站儀建站的方式跟測量項目的要求有關,不同項目要求的建站方式是不一樣的。測量網架撓度,只需要建立一個假定坐標系統,測量出各個監測點的假定坐標,使用假定坐標算出監測點之間的水平距離就行,因此采用最簡單的后視角單點定向【已知點建站】。

      建站設置步驟:打開主界面【建站】—【已知點建站】,打開后的界面見下圖6:

圖6 已知點建站設置界面

      【測站】要填寫的就是全站儀現在測站點位置的編號,這個編號是自己編的,但是要注意,包括測站和后面每個監測點編號名稱和方法,都要便于自己識別,后面整理數據的時候,根據編號知道是測的哪個點。在這里我輸入“cz”。如果全站儀改變位置,那就要另外編測站點編號。

      【儀高】、【鏡高】分別是全站儀的儀器高、棱鏡高。全站儀中間設站三角高程測量是不需要測量儀器高和棱鏡高的。因此我這里就隨便輸入 1.000。

      【后視角】就是后視點棱鏡的后視角度,在這里我隨便輸入0.0000。

      以上設置完成后,把全站儀望遠鏡照準棱鏡中心點,點【設置】,全站儀的建站步驟完成。


6.4   步驟4——觀測方法與步驟

6.4.1   垂直角中絲法觀測的操作程序

      以上棱鏡、3個監測點組成一個觀測組,而且棱鏡和3個監測點都與全站儀通視。按照JGJ 8-2016要求,進行兩組獨立測量,垂直角中絲法觀測的操作程序按《GB/T 17942-2000 國家三角測量規范》第7.1.3條要求:

      第一組獨立測量

      1)正鏡(盤左)開始,照準一組中的第一個方向:棱鏡,用中絲切準目標,并使目鏡中心十字與棱鏡中心十字重合,讀數(【目標選擇】選擇【棱鏡】,點擊【采集】—【點測量】—【測距】—【保存】,或者【測存】)。

圖7 測量讀數-數據采集界面

      以上【點名】是目標工作基點(棱鏡所在地面位置)的名稱編號,也是自己編的。測量的參數:垂直度盤讀數:358°35′26″,斜距值5.400m,垂直距離-0.133m,就記錄在全站儀數據庫里。點擊【數據】查看,可以看到全站儀把測量數據按坐標數據的形式保存下來了

      2)依次照準第二個方向:墻上的監測點1,讀數(【目標選擇】選擇【反射板】)……直到本組方向監測點測完。

      3)縱轉望遠鏡,成倒鏡(盤右)。

      4)按上述相反的次序照準各個方向目標,觀測讀數,回到第一方向棱鏡。

      以上操作為一測回。

      再按第一個測回的操作步驟重復觀測讀數,完成第二個測回,總計兩個測回。

      此時,第一組獨立測量完成。

      第二組獨立測量

      調整三腳架,把全站儀機身高升高或降低約5cm,重復第一組獨立測量的操作步驟。

       完成以上兩組獨立測量操作后,此時一組監測點的觀測操作結束。記得打開主界面的【數據】,查看【原始數據】或是【坐標數據】,看看前面測量的數據有沒有保存下來。

6.4.2   檢測現場三角高程測量觀測方法應用及操作要求

      1) 觀測組所有目標通視情況三角高程測量辦法

      對于中小型網架,一條網架軸線上所有監測點都與棱鏡通視情況下,就采用以上6.4.1條的操作進行三角高程觀測。在測量另一條軸線的時候,就轉移全站儀(測站)進行相同的操作。

     2)  觀測組所有目標通視情況免棱鏡三角高程測量辦法

      對于一些中小型網架,可以選用安裝在混凝土柱上的支座球作為觀測基準點,通常認為網架支撐柱上的支座螺栓球是沒有沉降的,我們選取其中一端的支座螺栓球, 代替上面以上6.4.1條棱鏡的工作基點作用,用全站儀測量出該端支座螺栓球中心的高程,以該支座螺栓球球心的高程作為該軸的假定高程基準,然后按以上6.4.1條的操作進行三角高程觀測。

      本條依據劉堃老師《網架結構撓度檢測方法的探討》提供的方法修改補充后引用。以上測量操作去現場不需要帶上棱鏡,是比較美滋滋。但是該方法有兩條要求:1 在一個測站上,該條軸線上所有監測點都與該支座螺栓球的監測點通視,不通視沒法用;2  至少該螺栓球監測點要能貼上反射片,不然工作基點不貼放射片則高程測量的誤差都大了,其他監測點的高程前后視高差誤差也大。

      當然,如果哪天去到現場發現馬大哈沒帶上棱鏡,特殊情況下也可以變通應急用^-^。

      引用資料:

      《網架結構撓度檢測方法的探討》出版源:建筑結構 2014年 【作者】  劉堃

       3)觀測組目標不通視情況三角高程測量辦法

      對于一些大型網架,如果一個測站上,網架軸線上的監測點與棱鏡不全部通視,或是監測點與棱鏡的視線差超差。這時就需要把監測點進行分組觀測,而且在所觀測的監測點中,至少要有2個點應在其他測站同期觀測。舉例:

      一條網架軸線上有5個監測點,編號1、2、3、4、5。我們可以把監測點分為兩組觀測組,每個觀測組內的監測點都與棱鏡通視。比如第一組“1、2、3、4”測量4個點,第二組要測量“3、4、5”,第二組中至少有兩點:3和4點是在第一組同期觀測過的。

      在有必要情況下,多組觀測還可以另外設置一個工作基點,并以新增工作基點的高程作為第二組觀測的高程基準。新增的工作基點可使用另外一個棱鏡設置,采用以上6.4.1條測量操作方法測量新增工作基點的高程,這也是本教程第一部分要求買兩個棱鏡備用的原因。

      4)視線垂直角超限的三角高程測量辦法

      很多在室內建設的網架,由于室內場地的限制,全站儀架設位置觀測的視線垂直角大于20°。實際上視線垂直角達到18°以上時,全站儀的望遠鏡也下斜到難于用目鏡觀測。遇到這種情況,可采用給全站儀安裝配套的彎管目鏡辦法觀測,全站儀安裝了彎管目鏡后,可以觀測接近90°的視線垂直角角度。彎管目鏡實物圖見下圖8,網上有賣。

圖8 彎管目鏡實物圖     

      對于已知觀測場地有限的網架,可以在設置監測點時,把反射片中心十字對準螺栓球底部正中。觀測時把全站儀設置在監測點的正下方,在相近視線長度的位置設置棱鏡。用彎管目鏡瞄準螺栓球底部中心位置,天頂方向與視線方向的夾角要小于20°,測量。如果下一個監測點與天頂方向角度大于20°,那就轉移測站位置到下一個監測點正下方位置,進行同樣操作,見下圖9:

圖9 視線垂直角超限三角高程測量設站與工作基點設置位置圖

      測量出各個螺栓球底部監測點的假定高程后,查閱施工圖紙資料,找到監測點對應螺栓球的規格,可以算出球心的高程。這種準目標的方法,如果不能貼反射片人為誤差的因素也比較大。

       當然有些特殊情況,也可以使用彎管目鏡直接觀測垂直角角度稍大的目標,但是最好不能大于30°。測量員在觀測時,隨時驗算測量的距離、垂直角誤差有沒有超過JGJ 8的限差,沒超過的話就用吧,超過了就不用。

      引用資料:

     《全站儀免棱鏡測量鋼網架屋面工程撓度方法》出版源:質量探索 2013年 【作者】郭凱寧 


6.5   引用國家高程基準的方法及基準點設置補充

      1)基準點布設方法

       如果工程或委托要求監測點的高程為國家高程基準,就應在檢測現場設置沉降基準點?;鶞庶c布設方法見《JGJ 8-2016 建筑變形測量規范》第5章“基準點布設與測量”?;鶞庶c設置應埋設標石或標志,且數量不少于3個。測量期間還應按JGJ 8-2016第5.4.2條規定進行基準點穩定性分析。

      2)國家高程基準的引用

      基準點布設好之后,就要把國家高程基準引入到設置的基準點中,引用高程基準的方法有兩種情況:

      第一種情況:如果是在建的建筑,可以跟施工隊共用施工放樣用已知高程值的測量控制點為基準點,這種方法就比較簡便。

      第二種情況:如果是已建的建筑找不到控制點標記的,檢測單位就要自己設置基準點,然后根據當地測繪管理部門提供的專用地圖“點之記”,找到所標記已知高程值的水準點,用高程控制測量方法把水準點的高程傳遞到自己設置的基準點。確定地面基準點高程的測量方法主要有:水準測量,三角高程測量,氣壓高程測量及流體靜力水準測量和GPS測量等。            

      3)基準點到工作基點高程傳遞

      測量現場基準點與工作基點的高程傳遞,通常采用水準點聯測的方式把基準點BM的高程傳遞到現場工作基點B點。見下圖10:

圖10 基準點與工作基點聯測的方式 

      基準點與工作基點聯測水準路線的布設,可采用閉合水準路線或支水準路線??捎盟疁蕼y量或三角高程測量方法,進行往返測或單程雙測站方式測量中間點高程。如果中間轉點ZD大于2個以上還要進行高差平差計算。本南方全站儀NTS-342是自帶導線平差計算程序的,如果全站儀沒有這個平差計算功能,就要自己進行很繁瑣的平差計算。

      依據JGJ 8-2016第5.1.6條規定:“基準點測量與基準點與工作基點之間聯測的精度等級,對四等變形測量,應采用三等沉降觀測或位移觀測精度,對其他等級的變形測量,不應低于所選沉降或位移觀測的精度等級”。

      以上這條5.1.6的規定,網架撓度測量監測點采用國家高程基準,至少要滿足兩點條件:

      1   基準點在觀測現場附近,觀測時棱鏡可直接假設在基準點上直接引用國家高程基準。

      2   如果基準點位置比較遠,至少用標稱精度( 1mm±1×10^-6mm,1.0")以上的全站儀,不然就要用水準觀測的方法來傳遞高程。

      以上簡要講述引用國家高程基準的操作方法,主要在其他一些大型的變形測量項目,比如橋梁撓度測量會用上,給大家有個簡單了解。對于技術能力有限的中小鋼結構檢測單位,不論哪種引用方法都夠喝一壺的了。因此沒什么特別要求,網架撓度觀測就采用我們自己設定的假定高程系統就可以了。


7   網架撓度測量觀測的業內成果整理(步驟7)


7.1  網架撓度測量觀測作業成果整理的一般規定

      網架撓度測量觀測作業的成果整理應符合JGJ 8-2016第8章 成果整理與分析的要求,每次變形觀測結束后,應及時進行成果整理,項目完成后,應對成果資料進行整理并分類裝訂。      

      測量數據處理方法應符合GB/T 17942-2000 第8章 成果的記錄、整理與驗算的要求。


7.2  三角高程測量觀測成果的記錄、整理與驗算

7.2.1  三角高程測量觀測成果的記錄

      一切外業觀測值和記事項目,必須在現場直接記錄,記錄項目應包含規范規定的必須項目。測量成果的記錄分為電子記錄和手薄記錄,以上南方全站儀在現場檢測時,現場測量結果可以先保存在儀器的內存里,等后面再把數據導入到電腦,用廠家專用的數據后處理軟件的進行整理。以上面的模擬試驗為例,我們可以依據JGJ8-2016第4章 三角高程測量的技術要求設計一個原始記錄,見下表2:

表2 工作基點(棱鏡)全站儀觀測值記錄結果

表2(續) 監測點1全站儀觀測值記錄結果

      當然,一個表格要放下JGJ8這么多技術要求項目也比較擁擠,比如垂直角測回差、指標差較差就只能省略中間計算過程,直接報結果。

7.2.2  三角高程測量觀測記錄的整理和檢查

      觀測工作結束后,應及時整理和檢查外業觀測原始記錄,檢查原始記錄中所有計算是否正確,觀測成果是否滿足JGJ8-2016第4章 距離測量、角度測量的各項限差的要求。對超限的觀測點應進行重測,最后每個方向取4個符合限差要求的測回。確認觀測成果全部符合規范規定之后,才能開始下一步的高差計算。

      以上距離測量、角度測量數據的各項限差的整理和檢查賤“垂直角測量”和“斜距值測量”兩部分,高差限差驗算的見“垂直距測量”到“最終高差值”部分。這其中包含大量的距離、角度計算,如果人工檢查計算的話就很繁瑣,我們可以設計一個EXCEL計算表,輸入觀測值之后自動計算各項結果,在本教程末尾會提供以上表格下載地址。見下表3:                              

                                      表3 JGJ 8-2016全站儀中間設站三角高程測量結果計算表

      以上EXCEL表格顯示了垂直角測回差、指標差較差的計算過程,看起來就比較直觀了。計算公式參見本教程第一部分末尾的《土木工程測量》教材“角度測量”部分。以下列舉部分可能疑難項目的計算方法(以全站儀垂直零位設置為水平零為例):

      ——豎盤指標差

            豎盤指標差i=(盤左讀數+盤右讀數-180°)/2

            比如 支座球A1測回指標差:(8°49'44''+171°10'30''-180°)÷2= 0°00'07''

      ——前后視高差計算值

      前后視高差計算值是前視(螺栓球監測點)與后視(棱鏡)對應獨立測量內的差值,比如

      比如支座球A第一次獨立測量:1.041-(-0.133)=1.174

             支座球A第二次獨立測量:1.080-(-0.093)=1.173

      ——兩次獨立測量高差較差限差

      兩次獨立測量高差較差限差計算公式見JGJ 86-2016表4.4.2,其中D的兩點間距離,取兩次獨立測量的前后視距和的平均值,本次測量按四等精度,則支座球A與棱鏡兩次獨立測量高差較差限差為:

      △h=20×√((5.400+5.694+6.781+6.783)/2000)=2.207≈2 mm

      注意:以上前后視視線長度(斜距值)是按km為單位。

      ——最終高差值

      當2次獨立測量所計算的高差較差應符合表4.2.2的規定之后,取其算術平均值作為最終高差值

      (1.174+1.173)/2=1.174

      ——監測點(照準點)高程計算

      還是以支座球A為例,棱鏡工作基點的假定高程起算高程為0.000m,棱鏡高為1.350m,支座球A與棱鏡最終高差為1.174m,則支座球A的高程為:

      0.000+1.350+1.174=2.524m      

       參見本教程第一部分的6.2.1、6.2.2和7.4、9.3條,網架撓度測量一般測區都在100m以內,可以用測區平面代替水準面,因此單次觀測的高差,可以直接讀數全站儀內部程序計算并顯示出來的“垂直距”,每次獨立測量取4個讀數的平均值。

      千萬要注意的是:如果是橋梁撓度測量等測區大于100m以上的,高差計算就不能這么直接讀取全站儀顯示的“垂直距”,而是改為“計算高差”,單次觀測的高差采用前面確認符合限差的垂直角、斜距,再用《GB/T 12898-2009 國家三、四等水準測量規范》第9.3.2條的公式4計算。

      ——相鄰監測點兩點間水平距離

      網架撓度值計算公式要用到相鄰監測點兩點間水平距離,相鄰監測點兩點間水平距離按三維坐標空間兩點距離公式計算。在前面我們用【已知點建站】,建立一個假定坐標系,測量的坐標數據可在【數據】—【坐標數據】里查看,其坐標數據是按(N E Z)形式。

      1)本南方全站儀是自帶坐標反算程序,可在【計算】—【坐標反算】 ,在【起始點】、【結束點】調入要計算的兩點坐標,按【計算】就可以求出【平距】,如下圖11:

圖11 全站儀坐標反算界面

      2)有些老式的全站儀可能沒有這種計算程序,就只能自己手工計算了,計算方法如下:兩點的坐標為A(N1,E1,Z1),B(N2,E2,Z2)按以下公式計算A、B兩點間平距:

      以上EXCEL計算表也提供了兩點間距離計算,以模擬試驗為例如下圖12:

圖12 空間兩點間距離計算EXCEL表

      3)需要注意的是,以上我們的觀測操作,也是同時采用的水平角方向觀測法的,但是我們對水平角的二倍照準差2C等其他限值沒有進行檢查,也沒用考慮監測點與球心高差帶來的偏差,因此算出來的水平距離和實際距離是有偏差的,還好在網架撓度值計算里,這點20mm左右的偏差不影響最終結果,因此這樣粗略的計算還是可以接受的。

        當然,本EXCEL計算表還提供了反算理論垂直角和理論斜距值的功能,可以核對現場檢測的垂直角和斜距是否有大的偏差。在特殊情況下,可以根據檢測現場情況和網架施工CAD圖,反推出豎直度盤讀數和斜距值、垂直距離值讀數,這事就不能說太細了,在EXCEL計算表里面有使用說明,大家可下載體會這功能的用處。

7.2.3  三角高程測量成果的驗算

      網架撓度測量三角高程測量成果驗算,主要有兩部分內容:

      第一部分是中間設站的高差中誤差的驗算,在JGJ 8-2016這部分驗算為兩次獨立測量高差較差限差驗算,只要符合JGJ 8 兩組獨立測量高差較差限差的,也就符合相應測量等級的高差中誤差要求。為了方便,這部分已經包含在上面記錄的整理和檢查里面一起講了。

      第二部分是針對測量過程中高程控制測量項目,比如:基準點穩定性分析、基準點與與工作基點聯測高程傳遞、工作基點轉移聯測高程傳遞,驗算的內容就是依據測量誤差理論和統計檢驗原理,對獲得的觀測數據進行平差計算處理。網架撓度測量這部分驗算內容估計排上用場的不多,就省略了算了。   


7.3  網架撓度觀測成果整理   

7.3.1  撓度觀測成果表

      在以上三角高程測量數據整理檢查合格后,把以上各個監測點的高程以及相鄰監測點間水平距離,填寫在觀測成果表進行撓度值計算。觀測成果表在JGJ8-2016附錄A有表格樣式,但是附錄A的表格不能滿足網架撓度觀測的其他必須參數需要,我們可以參照附錄A表格的樣式,自己設計一個。測量的數據整理在“撓度觀測成果表”里,見下表4:

      在撓度觀測成果表中,上半部分是本次模擬試驗的測量結果,因為形式比較簡單,還是以下半部分“模擬計算軸線Y5”的數據為例:

表4  撓度觀測成果表原始記錄

      表中的“監測點與球心高差”就是網架在吊裝前,我們在地面貼反射片時,用卡尺精確測量出來的反射片中心十字與球心的垂直距離(高差),監測點觀測得到的高程,加上監測點與球心高差”,才是改正后球心的高程。比如支座球A,球心高程為:20.642+0.010=20.652m。

      當然了,如果是遇到本部分第4.2條無法貼反射片的情況,只能在觀測時盡量照準球心高度位置,這時“監測點與球心高差”就按“0”算,這其中帶來的誤差也是沒辦法的事情了。

7.3.2  撓度值計算

      網架撓度的計算公式見本教程第一部分4.2的公式2,以Y3-7的1/4處螺栓球撓度計算為例:

      從以上計算過程我們可以看到,如果1/4處的螺栓球的高程18.623m,如果沒能貼反射片并準確測量監測點與球心的高差,哪怕是±10mm的偏差,導致球心高程為18.613m或是18.633m,最后計算的撓度值為18mm或38mm,結果偏差都是很大的,這也是為什么以上一再強調準確布設監測點的重要性。無論是采用哪種撓度觀測方法,監測點沒布設好,后面的觀測工作得到的結果也是不準確的。

7.3.3 撓度曲線圖

      撓度曲線圖在JGJ8-2016條文說明第7.5.5條有個橋梁撓度示意圖示例,這個示例圖用高程來表現撓度曲線變化,而網架撓度值變形量小,用高程表示變形量就合并在一起看不出來套用不上,但是可以參照示例,自己設計一個網架撓度曲線圖。

      當然了,我們也可以設計一個EXCEL表格來自動計算撓度值,并生成撓度曲線圖13:

   圖13  EXCEL網架撓度計算與曲線圖

       EXCEL表中的撓度曲線圖,可以幫助我們查看撓度值的曲線變化。使用的時候截圖粘貼到記錄或報告上就行,免得自己畫的麻煩。

7.3.4  撓度監測點變形分析

      監測點變形分析主要是對監測對象有變形監測要求的項目,變形分析主要是對相近兩期觀測的變形量和累計變形量進行分析,看看監測體有沒有發生變形。分析方法見JGJ 8-2016第8.3條,本條規定了三等以上變形測量的變形分析方法。

      在應用上,對于大跨度空間網格結構有變形監測要求的撓度測量,要按照《GB 50982-2014 建筑與橋梁結構監測技術規范》等標準,要對撓度監測點進行變形分析之外,其他規范要求的中小型網架撓度測量項目,都只要求網架完工后進行觀測測量,無需對監測點進行變形分析。因此本條監測點變形分析可以省略。

      本條術語解釋:

      變形分析:根據變形觀測資料,通過計算確定變形的大小和方向,分析變形值與變形因素的關系,找出變形規律和原因,判斷變形的影響,并作出變形預報等工作

      ——《GB/T 50228-2011 工程測量基本術語標準》第9.5.2條。

7.3.5  撓度觀測及撓度值的其他問題

      在劉堃老師編著的《網架結構撓度檢測方法的探討》里,提到一種現象:“通常測量后,跨度中間螺栓球的撓度值大于靠近支座的螺栓球的撓度值,但在實際工作中有時候會發現,跨中的撓度值和兩側差距不大,偶爾還能發現跨中螺栓球撓度值稍稍小于兩側螺栓球的撓度值。還有一種情況,就是在鋼網架結構總拼完成后及屋面工程完成后分別測量其撓度值,也會有跨中撓度值小于兩側螺栓球的撓度值,或同一觀測位置的撓度值反而變小。本人就這個問題咨詢過專家,解釋為:這種情況是因為網架結構是一種高次超靜定結構體系,其內力分析特別復雜,有時候得出不符合常理的測量值是正常的。只要測量出的撓度值滿足設計要求或相關標準要求,就可以通過驗收?!?/p>

      劉堃老師以豐富的現場檢測經驗,告訴我們實際測量的網架撓度值,并不都是象圖14一樣,為一條理想狀態弧度的曲線。在鋼網架結構總拼完成后測量的撓度值,也并非要大于屋面工程完成后分別測量的撓度值不可。 劉堃老師的經驗是我們出報告的時候要注意的^-^,我們自己有機會也應到現場多做檢測,積累自己的實際檢測經驗。

      以上參考資料:

      《網架結構撓度檢測方法的探討》出版源:建筑結構 2014年 【作者】  劉堃


7.4   網架撓度值合格判定

      撓度值合格判定方法,見本教程第一部分第8條 網架結構的撓度設計值、容許撓度值及檢測結果的判定方法。除了撓度值合格判定外,還有變形預警值判定,見下條。 

8  網架撓度觀測變形預警值及預警方式(步驟8)


8.1  網架撓度觀測變形預警值

      依據JGJ 8-2016第3.1.6條規定,建筑變形測量過程中發生下列情況之一時,應立即實施安全預案,同時應提高觀測頻率或增加觀測內容:

      1 變形量或變形速率出現異常變化。

      2 變形量或變形速率達到或超出變形預警值。

      以上實施安全預案的條款是強制條款,其中實施安全預案的條件之一就是變形量達到變形預警值。因此變形觀測都應設置一個變形預警值,變形預警值見以下術語

      預警值:在變形允許值范圍內,根據監測體的變形敏感程度,以允許值一定比例計算或直接給定的警示值。

      ——《GBT 50228-2011 工程測量基本術語標準》第9.5.13條

      根據術語定義,預警值是對表征監測對象可能發生異?,F象或危險狀態的監測量所設定的警戒值??傮w來說,監測預警值可根據影響因子對建筑本體變形、變化破壞的相關性(危害速率)確定,監測預警值應滿足被監測對象的安全或變形控制要求。網架撓度預警值可按兩種情況設定預警值(僅做參考):

      1  網架結構總拼完成后,以撓度設計值90%為預警值。

      2  屋面工程完成后,以容許撓度值90%為預警值。

      通常來說,預警值應由設計單位提供。

8.2  預警方式

      預警方式:檢測單位在測量的撓度值出現異常變化,或是達到超出變形預警值,用《預警快報》的書面形式把情況報告給委托單位。

      本小節說明:

      戴水財老師編著的《鋼網架結構工程撓度的檢測與評定方法》里提到,對于一些大型網架,如果撓度設計值設定的過大,即使實測撓度值沒有超出設計值的1.15倍,也會給后續的戴吊件設備安裝帶來困難,因此網架撓度的變形預警值,除了考慮安全因素,還要考慮后續安裝設備的因素。對于網架撓度的預警值規定,本人也折騰不少時間查閱網架設計、施工及測量資料,包括學習使用結構設計軟件,但是學習的深度不夠,也沒有查到這方面的資料,如果有查閱到最新資料會繼續補充,也歡迎行業專家指點。

      以上8.1條預警值規定,是參考基坑監測方面的規范自己總結的,并非規范或其他資料的規定,僅做參考。這個預警值設定是JGJ8-2016的強制條款,應由設計單位提供,但在實際檢測中,大部分委托單位提供的網架施工設計圖,連撓度設計值都沒有,更別說這個預警值了。因此,這條規定怎么執行,大家根據實際情況,自己……看著辦吧^-^。


      本上部分主要是介紹完全按照規范要求的現場檢測過程,下部分主要介紹網架撓度測量提交成果的內容,就是怎么出記錄和報告。


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