一种测定高层建筑物摆动形变的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定高层建筑物摆动形变的方法，通过将全站仪指向天顶方向极大地削弱了大气折光的影响，并通过对坐标进行相邻时刻间的求差进一步消除残余的公共误差。同时全站仪位于建筑内部，不受外界气候条件限制，可进行全天候连续观测。本发明专利技术精度高、可靠性强、易于实施、成本低廉，具有较强的工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种测定高层建筑物摆动形变的方法
本专利技术属于工程测量
，尤其涉及一种精确测定高层建筑物摆动形变的方法。
技术介绍
随着经济社会的发展，各地的高层建筑不断涌现。高层建筑在施工工程中，会受到多重因素如日照、温度、风力、楼高、内部施工的共同影响而产生不可忽略的摆动变形，导致建筑的瞬时竖向轴线与理想的设计轴线之间存在偏差。由于影响建筑摆动的各个外部因素也都处于不断地变化之中，因而高层建筑的摆动也表现得愈加复杂，无法用统一的数学模型进行精确描述。如何精确地测定建筑物的摆动成为当前工程领域的一大热点和难点。目前常见的方法是采用垂线仪、全站仪或GNSS对高层建筑进行监测。垂线仪的缺点是需要从上至下沿建筑布设钢丝，成本高且难以维护，容易受施工干扰和风力影响。采用全站仪监测的传统做法是在建筑物附近的地面布设控制点、并在建筑物关键位置设置棱镜或反射片进行测定，此种方法的缺陷在于：全站仪视线斜向穿越大气，由于大气水平折光和垂直折光的存在，观测精度将随着建筑高度的升高而迅速降低；同时此种方法受天气影响极大，在太阳过于强烈或雨雪天气均无法开展观测。GNSS方法存在如下问题：1)GNSS在密集建筑环境或施工设备下，信号干扰和遮挡现象较为严重，观测质量不高；2)GNSS必须架设在能接收到卫星信号的位置，因而只适合监测建筑物顶部；3)GNSS基准站需要架设在稳定无变形的地面，然而当建筑高度超过一定限值，地面与楼顶的对流层延迟将无法彻底消除，引起定位误差；4)GNSS如采用动态测量方法，精度目前尚只能达到cm级；如采用静态方法精度可达mm级，但需要数小时的长时间观测，而接收机在此时间内是随建筑一起在运动的，得到的坐标实际是一个长时间的平均值，不能有效反映建筑的变形情况。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种能实现对高层建筑摆动变形的高精度、连续性、自动化、全天候观测的方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种测定高层建筑物摆动形变的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在建筑物平面设计图上，选出能反映建筑主体形变的若干个特征点，垂直投射到±0层作为控制点，控制点的坐标通过联测地面高等级已知点确定。步骤2：在各楼层楼板上，在各控制点正上方预留或制作出一定大小的孔洞；孔洞通常为正方形，也可以根据需要设计为圆形，其孔径不宜太小，一般可统一取为0.25m，也可以越往高层，孔径越大；全站仪通过建筑内部的孔洞垂直向上观测，大大减少了外部因素尤其是天气对观测的影响。步骤3：在某一控制点上对中整平智能型全站仪，后视其可视范围内距离最远的已知点，完成定向；显然，后视点距离越远，定向精度越高。智能型全站仪是指具备自动搜索棱镜、自动照准、自动测量和记忆功能的高精度智能型全站仪，能同时测定目标的水平角、垂直角、距离以及由此计算到的坐标；通过后视已知点定向，全站仪即确定了坐标系，为后续的监测提供了坐标基准。步骤4：在需要监测的楼层楼板上，将棱镜固定于全站仪正上方的孔洞中并朝向全站仪；棱镜通常应为全站仪原装棱镜，如为非原装，其反射常数应经过精确测定并在全站仪中进行设置；可以采用支架或在平面板材中打孔的方法将棱镜固定在孔洞中，其位置可以取为支架或板材的几何中心，而不必与全站仪所在控制点严格在同一垂线上，因为监测的是变化情况，只需在观测过程中保证棱镜与楼板的相对位置不变即可，这样降低了棱镜的安装要求。步骤5：将全站仪提手卸下，将全站仪望远镜物镜指向天顶方向，调节竖直微动螺旋使其竖直角读数为90°(或天顶距读数为0°)；所述提手是用来便于全站仪的携带和安置的，将提手卸下是为了保证望远镜对天顶方向进行观测时不会受到阻隔；所述竖直角是指望远镜视线与水平面的夹角，和天顶距是互余关系。步骤6：执行全站仪的自动照准功能，使全站仪自动照准棱镜；由于望远镜观测天顶方向时人眼无法观察目镜，因此虽然通过将竖直角置为90°实现了大致对准棱镜，但仍需要通过全站仪的自动搜索和照准功能来精确定位棱镜的中心。步骤7：启动全站仪自动测量模块，设置为每隔一定时间△t对棱镜执行一次测量，将ti时刻测定的棱镜中心的北坐标、东坐标分别记为xi、yi；其中，i＝1，2，…；所述△t可根据需要设置，可为若干分钟，如每5分钟采样一次，自动测量可免却人工观测的繁琐，实现全天24小时不间断、自动化观测；此外，由于全站仪的视线与大气层几乎垂直，因此大气折光的影响大大削弱。步骤8：按下式计算两时刻间的变形量：其中△xi、△yi分别表示ti时刻到ti+1时刻的北坐标变形量、东坐标变形量，xi+1、yi+1分别表示ti+1时刻的北坐标、东坐标；相邻时刻的坐标观测值求差后，由于观测目标相对稳定且时间间隔短，两时刻所测坐标中的公共误差如全站仪对中误差、2C值、竖盘指标差、大气折射误差被消除，进一步提高了变形量的精度。步骤9：按下式计算两时刻间的平均变形速率：其中分别表示ti时刻到ti+1时刻的北方向速率、东方向速率。作为优选，步骤2中所述孔洞为正方形，其孔径统一取0.25m或者越往高层孔径越大。作为优选，步骤2中所述孔洞为圆形，其孔径统一取0.25m或者越往高层孔径越大。作为优选，步骤7中所述棱镜中心的北坐标xi、东坐标yi，通过n次连续测量并取平均值得到，每两次测量间水平角变动360°/n；其中，xj、yj分别表示第j次测量得到的棱镜中心的北坐标、东坐标，n≥2，1≤j≤n。由此通过多次测量进一步提高坐标的精度和可靠性。作为优选，全站仪的测角精度满足：其中，δα为全站仪测角精度，Λ为摆动形变观测应达到的精度，H为建筑高度，ρ＝180×3600/π，π为圆周率。从而保障所测结果能达到预期精度。由于全站仪测量天顶方向时，平面坐标对于距离不敏感，因此本专利技术对测距精度没有做特殊要求。本专利技术通过将全站仪指向天顶方向极大地削弱了大气折光的影响，并通过对坐标进行相邻时刻间的求差进一步消除残余的公共误差。同时全站仪位于建筑内部，不受外界气候条件限制，可进行全天候连续观测。本专利技术精度高、可靠性强、易于实施、成本低廉，具有较强的工程实用价值。附图说明图1为本专利技术实施例的示意图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术可以在多个控制点上架设多个全站仪，并对应的在多个孔洞上安置棱镜，以便更全面地反映建筑的整体形变。应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本专利技术专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本专利技术的保护范围之内，本专利技术的请求保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定高层建筑物摆动形变的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在建筑物平面设计图上，选出能反映建筑主体形变的若干个特征点，垂直投射到±0层作为控制点，控制点的坐标通过联测地面高等级已知点确定；步骤2：在各楼层楼板上，在各控制点正上方预留或制作出一定大小的孔洞；步骤3：在某一控制点上对中整平智能型全站仪，后视其可视范围内距离最远的已知点，完成定向；步骤4：在需要监测的楼层楼板上，将棱镜固定于全站仪正上方的孔洞中并朝向全站仪；步骤5：将全站仪提手卸下，将全站仪望远镜物镜指向天顶方向，调节竖直微动螺旋使其竖直角读数为90°；步骤6：执行全站仪的自动照准功能，使全站仪自动照准棱镜；步骤7：启动全站仪自动测量模块，设置为每隔一定时间△t对棱镜执行一次测量，将ti时刻测定的棱镜中心的北坐标、东坐标分别记为xi、yi；其中，i＝1，2，…；步骤8：按下式计算两时刻间的变形量：ΔxiΔyi=xi+1yi+1-xiyi;]]>其中△xi、△yi分别表示ti时刻到ti+1时刻的北坐标变形量、东坐标变形量，xi+1、yi+1分别表示ti+1时刻的北坐标、东坐标；步骤9：按下式计算两时刻间的平均变形速率：x·iy·i=1ΔtΔxiΔyi;]]>其中分别表示ti时刻到ti+1时刻的北方向速率、东方向速率。...

【技术特征摘要】
1.一种测定高层建筑物摆动形变的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在建筑物平面设计图上，选出能反映建筑主体形变的若干个特征点，垂直投射到±0层作为控制点，控制点的坐标通过联测地面高等级已知点确定；步骤2：在各楼层楼板上，在各控制点正上方预留或制作出一定大小的孔洞；步骤3：在某一控制点上对中整平智能型全站仪，后视其可视范围内距离最远的已知点，完成定向；步骤4：在需要监测的楼层楼板上，将棱镜固定于全站仪正上方的孔洞中并朝向全站仪；步骤5：将全站仪提手卸下，将全站仪望远镜物镜指向天顶方向，调节竖直微动螺旋使其竖直角读数为90°；步骤6：执行全站仪的自动照准功能，使全站仪自动照准棱镜；步骤7：启动全站仪自动测量模块，设置为每隔一定时间△t对棱镜执行一次测量，将ti时刻测定的棱镜中心的北坐标、东坐标分别记为xi、yi；其中，i＝1，2，…；步骤8：按下式计算两时刻间的变形量：其中△xi、△yi分别表示ti时刻到ti+1时刻的北坐标变形量、东坐标变形量，xi+1、yi+1分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：章迪，郭际明，梅文胜，巢佰崇，王勇，王洋，邓祥祥，刘亚飞，吕学斌，王祁特，陈威，张向鹏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42