浅谈高层建筑垂直度观测技术的应用

摘要：高层建筑一般指的是比较高大的建筑物，由于它们高度较高，所以建设施工难度较大。要想保证建筑的垂直度、几何形状、截面尺寸等符合施工规范和设计要求，其测量问题特别是垂直度控制问题是关键因素。据此，本文就高层建筑测量中垂直度观测的必要性、常用观测技术以及各种观测方法的对比三个方面，来阐述高层建筑测量中垂直度的观测问题。

关键词：高层建筑；垂直度观测；激光铅垂仪投测法；分段；外控

Abstract: High-rise buildings generally refers to the relatively tall buildings, because of their height, so the construction is difficult. To ensure the building verticality, geometry, section size in accordance with the construction standard and the design requirements, the measurement problems especially the verticality control problem is the key factor. Therefore, three aspects of the necessity, this paper compared the verticality of high-rise buildings in the common observation observation measurement technology and all kinds of observation methods, observation on high-rise buildings verticality measurement.

Key words: high-rise buildings verticality; observation; laser plumb instrument for measurement; segmentation; external control

中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）08-0000-01

高层建筑进行垂直度观测的必要性

由于各种因素的影响，工程建筑物及其设备在施工或运营过程中都会产生变形。这种变形在一定限度之内，应认为是正常现象，但如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工和运营期间，必须对其进行监视观测，即变形观测。

随着经济的持续快速发展，高层建筑越来越多。高层建筑物的变形监测主要包括两个方面：一是沉降观测，另一是垂直度监测。前者主要是使用精密水准仪采用周期观测的方法定期测出建筑物在不同荷载时的下沉量，及时发现异常沉降，以便采取适当可行的办法保证建筑物的安全，这已作为高层建筑物竣工验收的必备条件，它反映了地基勘探、基础设计和基础施工等的优劣；后者是为了保证建筑物各层轴线的位置及设备安装如电梯、外玻璃幕墙等的要求所进行的竖向监测，即垂直度监测，它反映了施工质量和地基不均匀沉降的综合影响。

《混凝土结构工程施工质量及验收规程》中明确规定：施工中的高层建筑必须进行垂直度监测，且高层现浇混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1000且≤30mm。因此对于高层建筑而言，如何控制和监测其垂直度误差，值得探讨。

高层建筑垂直度观测常用观测技术

（一）激光铅垂仪投测法

利用激光铅垂仪进行建筑物轴线自下向上的投测，是一种精度较高、速度快的方法。其基本原理是利用该仪器发射的铅直激光束的投射光斑，在基准点上向上逐层投点，从而确定各层的轴线点位。这种方法的优点同样也是方便、快捷，对施工场地没有特殊的要求。但预留孔洞的大小在施工中不易掌握，其位置尺寸小了不便于投测，大了则对仪器和人员不安全。

监测方法

施测前，激光铅垂仪必须进行检验，在每个监测点架设仪器，精确整平，但无需对中接通电源，在±0.0附近处调小激光光斑，分别量出两次（另一次是旋转180°）光斑中心到框架柱之间的距离，取平均值；同样方法再量算出楼高处光斑中心到框架柱之间的距离，两值相减即为框架柱上下的偏差。

工作中可用对讲机作为通讯工具进行联系。经试验分析，发现丈量光斑中心和框架柱之间距离用的三角尺如果不垂直于框架柱，则误差较大，有时达±（3～4）mm，特别是站在脚手架上，很难保证三角尺垂直。为此，我们对三角尺进行适当的改装，将一块有机玻璃A垂直粘连在三角尺B上，且使三角尺短边和有机玻璃短边在同一平面上，构成“T型三角尺”，（如下图所示），这样一方面可以保证精度，另一方面便于测量，提高效率。

图T型三角尺测量法

具体应用

某建筑物长126.34m，宽12.8m，檐高46.4m，现浇框架16层，预制静压桩基础。施工单位位拟用外控法进行垂直度控制，在框架柱外侧，用经纬仪投测各轴线，另外在各流水段区域四角框架柱内侧预留检测孔，用重锤线吊投复查，实行双控，互为检核。

施工现场该建筑物只有一面较开阔，另三面均有相距很近的施工围墙和相邻建筑，无法架设经纬仪，而且建筑主体是刚结构，四周围有尼龙安全网，故用经纬仪监测是不现实的。为此选用激光铅垂仪，标称精度1/30000，按甲方要求,共计布设了16个监测点，具体监测成果如下表所示。

表激光法监测结果

从上表可以看出，2，7，13，号点的垂直度偏差比较大，超过了2cm，但没有超过规范要求。从同期的沉降观测报告可知，近河一侧的沉降量大于另一侧，平均约大3mm，根据高宽比，垂直度偏差应有±1.5cm左右，但从上表中没有发现这个规律，由此可见在该建筑物施工中，现浇混凝土柱的误差相对比较大。

（二）吊线坠法

吊线坠法是在建筑物的首层轴线处( 可以是内墙，也可是外墙) ，悬挂特制的吊线坠，将首层的轴线直接竖向传递到施工层，此做法特点是在重力作用之下，吊线坠形成一个铅直线，此铅直线就成为一个准绳。但是这种方法受到外力环境影响较大，主要是风力大小，吊线直径，线是否有扭曲，线坠重量是否达标，观测者的操作能力以及附近机器的震动都会使其受到影响。这些影响因素中，风的影响最大。当掉线坠重量保持不变时，线越长，风对精确度的影响越大，而且施工地点如果是同一季节一种风向时，往往误差偏向于同一边，这种误差随着时间，次数的增加越来越大，成为一种系统误差，所以，在测量时要能够选择在无风或风小的时候进行，风大时要在线外包裹塑料管避风。除此之外，还应注意以下几点：

当在外墙悬吊线坠时，应根据外墙与轴线的关系和外墙的形状，延长轴线，以减少目测不准而造成的误差。这是因为吊线坠只能悬吊在轴线的延长方向上。如果外墙与轴线垂直且成一直线，可用 90°三角板来延长轴线; 同时，线下端的投测人，视线应垂直结构面。

在使用吊线坠法时，线坠的几何形状要归正，重量最好在1kg～3kg之间，吊线的直径应以1mm为宜，应使用编织线或无扭曲的钢丝。

悬吊时要上端固定牢固，中间无障碍，特别要注意不能有侧向抗线。

4、逐层引测时，要用 5kg或更大的线坠每隔3层～5 层，由下向上放一次通线，以作校测。正常情况下，当层间3m～4 m，由下一层向上一层用吊线坠法竖向投测时误差小于±3mm，如依次逐层投测至n层。当建筑物全高H=60m，n=15层～20层，设n = 16，总误差不大于±12 mm，基本能满足规范要求，当 H =90 m，n =25 层～30 层时，总误差大约为±15 mm。

由上述计算可知，吊线坠法的精度可以满足大部分的高层建筑竖向投影观测，但是要注意风的影响，应该有完善的避风措施，目的是要保证层间竖向误差不能超过±3 mm。当施工地风速过大，或者是季风季节时，或者建筑物超过60m，应当采用其他方法。

（三）分段测量

考虑到仪器本身质量性能以及施工环境的好坏，提高测量效率降低激光束点的误差，需要使用到分段测量，目的是为了缩短投影测程。具体做法是要分段控制分段投点。标准为竖向 60 m ～120 m 为一段。将第一段施工完毕，第二段的首层控制点投影在上段起始楼层，检测校正控制网确保准确无误后重新埋点。即是直接将下层控制网升到这层并锁定，以上各段测定均可使用其作为依据。

（四）经纬仪天顶法

经纬仪天顶法就是投测之前在建筑物的底层设置轴线控制网，建立固定的轴线标志，在标志上方各层的楼板都预留孔洞来提供视线通过。进行轴线投测时需配备弯管目镜，就是把弯曲成直角的目镜配置在望远镜的目镜位置上，仪器铅直指向正上方时，测量人员能够很方便的进行观测。

这种仪器的中轴是空心的，仪器能够观测正上方的目标，也能观测正下方的目标。投测时，首先将仪器安置在首层地面的轴线标志点上，严格对仪器进行对中并整平，由弯管镜进行观测，当仪器在水平面上转动一周后，如果视线一直指向标志点上，那就说明视线方向处于铅垂状态，可以向上投测。

投测过程中，在施工层事先预留好的孔洞上装有透明板，视线通过楼板上的预留孔洞，将轴线点垂直向上投测到施工层楼板的透明板上来进行定点。为了确保投测时的精度要求，应该将仪器的照准部在水平面上旋转一周，就在透明板上投测多个点，并且这若干个点构成一个小圆圈，最后确定定位轴线点的位置就是小圆圈的中心点。

为了使投测的精度更高，然后以同样的方法用盘右再投测一次，取两次投测点的中点作为最终的结果。施测时因为仪器安置在施工层的下方，所以在施工过程中要特别注意对仪器和测量人员的安全应有一定的保护措施。

（五）外控法

当施工场地比较空旷时采用此法，施测时主要将经纬仪安放在高层建筑的附近进行竖向投测。故此法也叫做经纬仪竖向投测法。由于施工场地不同，一般安放经纬仪的位置不同，常用的有以下两种方法:

1、延长轴线法

这种方法要求建筑物四周开阔，将轴线延长到总高度之外，以首层轴线为准绳，在延长线上架设经纬仪，逐层投射测绘，这种方法叫做延长轴线法。

2、侧向借线法

如果建筑地不开阔，轴线不能延长，或延长不能达到建筑物总高之外，可以平移轴线一段距离，两端架设经纬仪，在视垂直角小于 45°时，即可采用侧向借线法。施工层向内平移相同距离时，要避开脚手架的影响，平移距离不大于2 m，可以采用竖向投测的轴线。

各种测量技术的比较

1、速度最快效率最高的是激光铅垂仪投测法，这种方法可以加快施工进度也可以有效对高层建筑进行垂直度控制，精确度高。

2、测量时间最短的是分段投测。这种方法可以较少考虑风力、温度对建筑物垂直度测量的干扰。在建筑物地基的不均匀沉降的影响之外，这种分段投测的方法是最准确的。

3、在实际测量中，投点既用高精度的激光铅垂仪投测，分段又用超重锤校核，互相补充，对照检验，可以有效的提高施测中的精度问题。

4、高层建筑垂直度控制的关键点还在于加密投点次数、频率，加强检验。

5、以结构完成平面实际形心与设计形心坐标差作为建筑物垂直度的评价标准，较之过去工程上以测外墙轴线来确定垂直度的方法，能更确切的反映出建筑物整体垂直度。

参考文献

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[2]余茂辉.浅谈高层建筑施工测量[J].科技资讯，2009.24.

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