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[關(guān)鍵詞] 偏差；垂直度；平面彎曲；全站儀

1.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測的必要性

由于各種因素的影響，鋼材構(gòu)件在施工或運營過程中都會產(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，但如果超過了規(guī)定的限度，就會影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重時還會危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工和運營期間，必須對其進(jìn)行變形觀測。

隨著我國建筑市場的發(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)工程安裝過程中，測量是一項專業(yè)性很強(qiáng)又非常重要的工作，測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)量的一個重要指標(biāo)。

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》^[1]中明確規(guī)定：安裝偏差的檢測，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。因此對于鋼結(jié)構(gòu)工程而言，如何控制和檢測其安裝偏差，值得探討。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測的常用方法

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中提出采用經(jīng)緯儀、全站儀等測量鋼結(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)備簡單、施工方法簡便的優(yōu)點，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)，比如帶有無棱鏡測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)工程安裝偏差檢測中的應(yīng)用，并得出了一些有益的結(jié)論。

2.1 用全站儀進(jìn)行垂直度檢測的原理

如圖1所示，為測量鋼結(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，全站儀在自由測站O設(shè)站并測量立面內(nèi)兩角柱1、3及中間柱2在NOE坐標(biāo)系下各鋼柱上下測點的坐標(biāo)。若鋼柱沒有垂直度偏差，則同一鋼柱的上測點應(yīng)該與其對應(yīng)的下測點的平面坐標(biāo)一致；若該鋼柱存在垂直度偏差，則上測點與其對應(yīng)的下測點的平面坐標(biāo)就不一致，此時可根據(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算模型可按以下方法推導(dǎo)。

設(shè)鋼柱1上下測點在NOE坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為1_上（N₁，E₁）和1_下（N₁^'，E₁^'），則上下測點的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算：

（2）

2.2 用全站儀進(jìn)行平面彎曲檢測的原理

如圖2所示，為測量鋼結(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，全站儀在自由測站O設(shè)站并測量立面內(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個測點高度一致（Z同值），并使O1方向坐標(biāo)方位角為0°00′00″，得到測點1、2、3在NOE坐標(biāo)系下的距離和角度1（L_O1，α₁-0°00′00″）、2（L_O2，α₂-0°00′00″）、3（L_O3，α₃-0°00′00″）。

按三角余弦公式：

（3）

分別計算L₁₃、L₁₂、L₂₃。若立面沒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 ，此時計算三角形△123的高L_22' ，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)安裝偏差檢測的方法

根據(jù)上面檢測的原理，可以知道變形檢測重要的是測量出各測點在坐標(biāo)系NOE中的坐標(biāo)、距離和角度等三維參數(shù)。常規(guī)全站儀能快速地測出待測點的三維參數(shù)，但需要在監(jiān)測點處安裝棱鏡，而在鋼柱側(cè)面安裝棱鏡是非常困難的，即使能夠安裝，也存在安裝的對中誤差，有的時候甚至是不可能安裝到位的。這時，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棱鏡測距功能等技術(shù)，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測中測點三維參數(shù)的測量問題。

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)安裝偏差檢測的原理同上。在檢測前，先在欲檢測的鋼柱上布點并貼上反光片。布點時應(yīng)按照規(guī)范要求布設(shè)足夠的檢測點，上部點和對應(yīng)的下部點應(yīng)布設(shè)在同一鋼柱上，所布檢測點應(yīng)能反映出建筑整體的安裝偏差情況。布點完成后，在地面上合適位置O處架設(shè)全站儀，精確整平后，即可以同一個任意后視方向依次測出立面內(nèi)各反光片點的坐標(biāo)。測完一立面的檢測點后，即可搬站觀測其他立面的檢測點。

2.3.2 使用具有無棱鏡功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測的方法 

使用具有無棱鏡測距功能的全站儀進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測的原理也同上，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)安裝偏差檢測的方法基本相同。所不同的是不需要在各檢測點處貼反光片，測量時用全站儀直接照準(zhǔn)欲檢測鋼柱上的檢測部位即可，由此可見該方法的鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測更為方便快捷。 

受建設(shè)單位委托，對某鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行整體垂直度及整體平面彎曲檢測。該廠房為單層鋼結(jié)構(gòu)，其長度為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值應(yīng)≤8.2mm，整體平面彎曲允許偏差的絕對值應(yīng)≤25.0mm。按規(guī)范要求：對主要立面全部檢查。對每個所檢查的立面，除兩根角柱外，尚應(yīng)至少選取一列中間柱^[1]。

該工程的具體檢測結(jié)果見表1。 

從表1中的檢測結(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)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）的要求。

（1）采用常用的變形檢測方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測，受施工、外界條件、場地等因素限制較大，而用全站儀中的新技術(shù)進(jìn)行變形檢測是一種新的嘗試，該方法具有測量原理簡單明了、精度高、可操作性強(qiáng)和靈活、方便、實用的特點，可以在鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差檢測中推廣應(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，若要進(jìn)一步提高檢測精度，除了全站儀必須盤左和盤右觀測取平均值外，還可以采用增加獨立檢測的測回數(shù)然后取平均值的方法進(jìn)行檢測。

（3）考慮到鋼結(jié)構(gòu)建筑物樓層較高、室內(nèi)檢測作業(yè)距離有限的實際情況，檢測時可以配備彎管目鏡解決全站儀仰角過大無法觀測的問題。

[1] GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].