[摘要] 本文將全站儀運(yùn)用到鋼結(jié)構(gòu)工程安裝偏差檢測(cè)中，提出了一種新的變形檢測(cè)方法。理論和實(shí)際工程檢測(cè)結(jié)果表明：該方法具有測(cè)量原理簡(jiǎn)單明了、精度高、可操作性強(qiáng)和靈活、方便、實(shí)用的特點(diǎn)，可以在鋼結(jié)構(gòu)工程安裝偏差檢測(cè)中推廣應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞] 偏差；垂直度；平面彎曲；全站儀
1 鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的必要性及常用的檢測(cè)方法
1.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的必要性
由于各種因素的影響，鋼材構(gòu)件在施工或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生變形。這種變形在一定限度之內(nèi)，應(yīng)認(rèn)為是正�，F(xiàn)象，但如果超過(guò)了規(guī)定的限度，就會(huì)影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工和運(yùn)營(yíng)期間，必須對(duì)其進(jìn)行變形觀測(cè)。
隨著我國(guó)建筑市場(chǎng)的發(fā)展以及施工工藝的提高，多層和高層鋼結(jié)構(gòu)建筑逐步增多，在鋼結(jié)構(gòu)工程安裝過(guò)程中，測(cè)量是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)又非常重要的工作，測(cè)量精度的高低直接影響到工程質(zhì)量的好壞，是衡量鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。
《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[1]中明確規(guī)定：安裝偏差的檢測(cè)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)形成空間剛度單元并連接固定后進(jìn)行。單層（多層及高層）鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的整體垂直度和整體平面彎曲的允許偏差應(yīng)符合表10.3.4（11.3.5）的規(guī)定。因此對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程而言，如何控制和檢測(cè)其安裝偏差，值得探討。
1.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的常用方法
《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中提出采用經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的整體垂直度和整體平面彎曲。經(jīng)緯儀具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方法簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，被施工單位廣泛采用，但其精度較低，并需和鋼卷尺配合使用，限制了其使用范圍。
現(xiàn)在全站儀已在工程測(cè)量中普遍應(yīng)用，而且全站儀中出現(xiàn)了一些新技術(shù)，比如帶有無(wú)棱鏡測(cè)距功能的全站儀和可以用反射片代替反光鏡等，本文探討了這些新技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程安裝偏差檢測(cè)中的應(yīng)用，并得出了一些有益的結(jié)論。
2 用全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的原理和方法
2.1 用全站儀進(jìn)行垂直度檢測(cè)的原理
圖1 全站儀法垂直度檢測(cè)原理示意圖
如圖1所示，為測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)建筑物某一立面的整體垂直度偏差，可建立如圖1中所示自由坐標(biāo)系NOE，全站儀在自由測(cè)站O設(shè)站并測(cè)量立面內(nèi)兩角柱1、3及中間柱2在NOE坐標(biāo)系下各鋼柱上下測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。若鋼柱沒(méi)有垂直度偏差，則同一鋼柱的上測(cè)點(diǎn)應(yīng)該與其對(duì)應(yīng)的下測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)一致；若該鋼柱存在垂直度偏差，則上測(cè)點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的下測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)就不一致，此時(shí)可根據(jù)其N、E方向坐標(biāo)的差值求出該鋼柱在坐標(biāo)軸N、E方向的垂直度偏差和綜合的垂直度偏差。這些反映鋼柱垂直度偏差的計(jì)算模型可按以下方法推導(dǎo)。
設(shè)鋼柱1上下測(cè)點(diǎn)在NOE坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為1上（N1，E1）和1下（N1'，E1'），則上下測(cè)點(diǎn)的N、E方向坐標(biāo)差值即垂直度偏差分別為：
（1）
這樣鋼柱1的綜合垂直度偏差可按下式計(jì)算：
（2）
2.2 用全站儀進(jìn)行平面彎曲檢測(cè)的原理
圖2 全站儀法平面彎曲檢測(cè)原理示意圖
如圖2所示，為測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)建筑物某一立面的整體平面彎曲偏差，可建立如圖2中所示自由坐標(biāo)系NOE，全站儀在自由測(cè)站O設(shè)站并測(cè)量立面內(nèi)兩角柱1、3及中間柱2在NOE坐標(biāo)系下的距離和角度。保持3個(gè)測(cè)點(diǎn)高度一致（Z同值），并使O1方向坐標(biāo)方位角為0°00′00″，得到測(cè)點(diǎn)1、2、3在NOE坐標(biāo)系下的距離和角度1（LO1，α1-0°00′00″）、2（LO2，α2-0°00′00″）、3（LO3，α3-0°00′00″）。
按三角余弦公式：
（3）
分別計(jì)算L13、L12、L23。若立面沒(méi)有整體平面彎曲偏差，則L13 = L12 + L23 ；若立面有整體平面彎曲偏差，則L13＜L12 + L23 ，此時(shí)計(jì)算三角形△123的高L22' ，即為該立面的整體平面彎曲偏差。
2.3 用全站儀中的新技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的方法
根據(jù)上面檢測(cè)的原理，可以知道變形檢測(cè)重要的是測(cè)量出各測(cè)點(diǎn)在坐標(biāo)系NOE中的坐標(biāo)、距離和角度等三維參數(shù)。常規(guī)全站儀能快速地測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的三維參數(shù)，但需要在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處安裝棱鏡，而在鋼柱側(cè)面安裝棱鏡是非常困難的，即使能夠安裝，也存在安裝的對(duì)中誤差，有的時(shí)候甚至是不可能安裝到位的。這時(shí)，可利用全站儀中的新技術(shù)，也即用反射片代替反光鏡或無(wú)棱鏡測(cè)距功能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)中測(cè)點(diǎn)三維參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。
2.3.1 使用具有反射片代替反光鏡功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的方法
使用具有反射片代替反光鏡功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的原理同上。在檢測(cè)前，先在欲檢測(cè)的鋼柱上布點(diǎn)并貼上反光片。布點(diǎn)時(shí)應(yīng)按照規(guī)范要求布設(shè)足夠的檢測(cè)點(diǎn)，上部點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的下部點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在同一鋼柱上，所布檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)能反映出建筑整體的安裝偏差情況。布點(diǎn)完成后，在地面上合適位置O處架設(shè)全站儀，精確整平后，即可以同一個(gè)任意后視方向依次測(cè)出立面內(nèi)各反光片點(diǎn)的坐標(biāo)。測(cè)完一立面的檢測(cè)點(diǎn)后，即可搬站觀測(cè)其他立面的檢測(cè)點(diǎn)。
2.3.2 使用具有無(wú)棱鏡功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的方法
使用具有無(wú)棱鏡測(cè)距功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的原理也同上，該方法與用具有塑料反光片代替反光鏡功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)的方法基本相同。所不同的是不需要在各檢測(cè)點(diǎn)處貼反光片，測(cè)量時(shí)用全站儀直接照準(zhǔn)欲檢測(cè)鋼柱上的檢測(cè)部位即可，由此可見(jiàn)該方法的鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)更為方便快捷。
3 具體工程檢測(cè)結(jié)果分析
受建設(shè)單位委托，對(duì)某鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行整體垂直度及整體平面彎曲檢測(cè)。該廠房為單層鋼結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為54.8m（兩角柱柱中距），鋼柱高度為8.2m，因此該廠房的整體垂直度允許偏差的絕對(duì)值應(yīng)≤8.2mm，整體平面彎曲允許偏差的絕對(duì)值應(yīng)≤25.0mm。按規(guī)范要求：對(duì)主要立面全部檢查。對(duì)每個(gè)所檢查的立面，除兩根角柱外，尚應(yīng)至少選取一列中間柱[1]。
該工程的具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 某鋼結(jié)構(gòu)廠房一立面整體垂直度和整體平面彎曲結(jié)果匯總表（mm）
|
項(xiàng) 目 |
位置 |
ΔN |
ΔE |
偏差 |
允許偏差 |
結(jié)果 |
|
主體結(jié)構(gòu)的
整體垂直度 |
1 |
-4.0 |
-5.0 |
6.4 |
8.2 |
合格 |
|
2 |
5.0 |
3.0 |
5.9 |
|
3 |
3.0 |
-6.0 |
6.7 |
|
項(xiàng) 目 |
位置 |
角度 |
距離 |
偏差 |
允許偏差 |
結(jié)果 |
|
主體結(jié)構(gòu)的
整體平面彎曲 |
1 |
0°00′00″ |
35564 |
16.7 |
25.0 |
合格 |
|
2 |
41°09′38″ |
27532 |
|
3 |
88°54′37″ |
42399 |
從表1中的檢測(cè)結(jié)果可以看出，該廠房鋼結(jié)構(gòu)主體的整體垂直度偏差存在但數(shù)值比較均勻，最大值是6.7mm；整體平面彎曲偏差是16.7mm，均在允許偏差范圍內(nèi)，因此該廠房能夠滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）的要求。
4 結(jié)論與建議
（1）采用常用的變形檢測(cè)方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)，受施工、外界條件、場(chǎng)地等因素限制較大，而用全站儀中的新技術(shù)進(jìn)行變形檢測(cè)是一種新的嘗試，該方法具有測(cè)量原理簡(jiǎn)單明了、精度高、可操作性強(qiáng)和靈活、方便、實(shí)用的特點(diǎn)，可以在鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)中推廣應(yīng)用。
（2）采用本文推薦的方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測(cè)，若要進(jìn)一步提高檢測(cè)精度，除了全站儀必須盤左和盤右觀測(cè)取平均值外，還可以采用增加獨(dú)立檢測(cè)的測(cè)回?cái)?shù)然后取平均值的方法進(jìn)行檢測(cè)。
（3）考慮到鋼結(jié)構(gòu)建筑物樓層較高、室內(nèi)檢測(cè)作業(yè)距離有限的實(shí)際情況，檢測(cè)時(shí)可以配備彎管目鏡解決全站儀仰角過(guò)大無(wú)法觀測(cè)的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
[1] GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].
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