圓形建構(gòu)筑物傾斜測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)方法研究

【摘要】 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的圓形建構(gòu)筑物拔地而起，測(cè)量圓形建構(gòu)筑物的傾斜程度有多種方式，如測(cè)水平角法、前方交匯法、全站儀法等，本文闡述了各種方法的基本概念，并著重對(duì)全站儀法進(jìn)行了實(shí)例分析。

【關(guān)鍵詞】 圓形建構(gòu)筑物;傾斜測(cè)量;全站儀法

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.026

Study on Standard Method of Inclination Measurement of Circular Buildings and Structures

TONG Li-chun

（Tongji Zhejiang College，Jiaxing 314000，China）

Abstract： With the progress of science and technology，more and more circular buildings and structures have sprung up. There are many ways to measure the inclination of circular buildings and structures，such as horizontal angle measurement method，front intersection method，total station method，etc. This paper expounds the basic concepts of various methods，and focuses on the example analysis of Electronic Total Station method.

Key words： circular buildings and structures;tilt measurement;Electronic Total Station method

在城市中，圓形建構(gòu)筑物隨處可見。從建筑學(xué)的角度，圓形構(gòu)建筑物可以減小側(cè)向風(fēng)阻力，從而避免高樓風(fēng)的形成;從傳熱學(xué)的角度，圓形構(gòu)建筑物可以大大降低能耗。由于各種因素的影響，圓形建構(gòu)筑物都會(huì)產(chǎn)生傾斜度。這種傾斜度在一定限度之內(nèi)是正常的，但如果超過了規(guī)定的界限，就會(huì)影響建構(gòu)筑物的正常使用，嚴(yán)重的還會(huì)傾覆。因此，在建構(gòu)筑物的施工和運(yùn)營(yíng)期間，必須要進(jìn)行傾斜度測(cè)量，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)方面反映其傾斜程度，同時(shí)分析其穩(wěn)定性以及安全性。

1 圓形建構(gòu)筑物傾斜測(cè)量方法

1.1 測(cè)水平角法

測(cè)水平角法適用于圓形建構(gòu)筑物的主體傾斜度觀測(cè)。設(shè)圓形建構(gòu)筑物的高為H，上部的圓心點(diǎn)為Ou（up），下部的圓心點(diǎn)為Od（down），底座半徑為r，在縱橫兩軸線的延長(zhǎng)線上距離建構(gòu)筑物1.5～2.0H處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)M和N，并分別測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)M、N至圓形建構(gòu)筑物底座外墻的最短距離dM、dN。在建構(gòu)筑物上標(biāo)定a、b、e、f與c、d、g、h兩組觀測(cè)點(diǎn)，每組觀測(cè)點(diǎn)的高度應(yīng)相等。選擇通視條件良好的遠(yuǎn)處目標(biāo)點(diǎn)P和Q。在M點(diǎn)安置全站儀或經(jīng)緯儀，以P點(diǎn)為零方向，采用方向觀測(cè)法以此觀測(cè)a、b、c、d點(diǎn)，測(cè)4個(gè)測(cè)回，計(jì)算出各方向的平均值分別為[l'a]、[l'b]、[l'c]、[l'd]，則有：

[∠OdMOu=θM=l'a+l'b-l'c-l'd2]。

同理，在N點(diǎn)安置儀器，以Q點(diǎn)為零方向，采用方向觀測(cè)法以此觀測(cè)并計(jì)算出各方向平均值分別為[l'e]、[l'f]、[l'g]、[l'h]，則有：

[∠OdMOu=θN=l'e+l'f-l'g-l'h2]。

Od→Ou的位移分量為：

[Δu=θ''Mρ''（dM+r）Δv=θ''Nρ''（dN+r）]

則傾斜度與傾斜方向角分別為：

[i=Δu2+Δv2Hα=arctanΔvΔu]

1.2 前方交匯法（經(jīng)緯儀）

O'為圓形建構(gòu)筑物頂部的中心位置，O為底部的中心位置，在建構(gòu)筑物附近布置導(dǎo)線ABC，假設(shè)其為平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。分別安置經(jīng)緯儀于A、B、C三點(diǎn)，測(cè)定頂部?jī)蓚?cè)切線與基線的夾角取平均值，然后測(cè)出底部?jī)蓚?cè)切線與基線的夾角取其平均值。利用角度前方交會(huì)定點(diǎn)的原理可算出頂部圓心O'和底部圓心O的坐標(biāo)，則可求出XY方向上的偏移量[Δu]和[Δv]，進(jìn)而計(jì)算出傾斜度和傾斜方向角。

1.3 全站儀法

全站儀法與三維激光掃描法原理類似，即采用全站儀分別對(duì)圓形建構(gòu)筑物的外表面底部以及頂部同一標(biāo)高的有限點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量（可以取接近頂部或底部的平面來替代），測(cè)量前要布置一些合適的控制點(diǎn)位，同時(shí)測(cè)量一些地表特征點(diǎn)，通過這些點(diǎn)位來擬合出底部以及頂部的中心點(diǎn)位坐標(biāo)以及面半徑，通過這些幾何條件就可以計(jì)算縱向傾斜分量[Δu]以及橫向傾斜分量[Δv]，則總傾斜量為[Δ=Δu2+Δv2]，即可得出建構(gòu)筑物傾斜度[i=ΔH]。

2 實(shí)例應(yīng)用

校內(nèi)一個(gè)廢棄的10 kv等徑電線桿，高為7.5 m，直徑為300 mm，現(xiàn)采用全站儀法測(cè)量其傾斜度。

在距離電線桿12 m附近布置3個(gè)控制點(diǎn)，在標(biāo)高0.3 m和7.2 m處設(shè)立9個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，組成平面控制網(wǎng)，建立坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)。用水準(zhǔn)儀放樣方法在電線桿底部周圍同一高程處均勻分布設(shè)置3個(gè)觀測(cè)標(biāo)志，其與控制點(diǎn)之間通視。用全站儀懸高測(cè)量模式測(cè)懸高，在電線桿頂部周圍同一高程處均勻分布設(shè)置3個(gè)觀測(cè)標(biāo)志，頂部點(diǎn)和底部點(diǎn)盡可能在同一垂線上。在控制點(diǎn)位上架設(shè)全站儀并設(shè)站，可分別測(cè)量出電線桿距離底部0.3 m的標(biāo)志點(diǎn)和距離頂部0.3 m標(biāo)志點(diǎn)（標(biāo)高7.2 m處）的平面坐標(biāo)。標(biāo)高0.3 m處擬合圓心坐標(biāo)為（2175.282，74606.761），標(biāo)高7.2 m處的擬合圓心坐標(biāo)為（2175.291，74606.782）。

根據(jù)擬合圓心的相對(duì)位置可計(jì)算出[Δu=9] mm，[Δv=21] mm，則：

[Δ=Δu2+Δv2=22.85] mm

所以傾斜度：

[i=ΔH=22.85（7.2-0.3）×1000=130]

傾斜方向?yàn)閇arctan219=66.8°]，即東偏北66.8°。

3 結(jié)語

全站儀法采用純數(shù)值方法對(duì)傾斜進(jìn)行測(cè)量，不僅適用于圓形物體傾斜測(cè)量，還可用于變截面圓形建構(gòu)筑物、橢圓形建構(gòu)筑物傾斜測(cè)量，另外還可用于多管式構(gòu)筑物傾斜測(cè)量。但是當(dāng)圓形建構(gòu)筑物本身存在形變時(shí)，在坐標(biāo)的計(jì)算中會(huì)存在粗差，同時(shí)為了將全站儀測(cè)量精度提高，可以在相同標(biāo)高下設(shè)置多組觀測(cè)點(diǎn)，以便盡量消除粗差帶來的影響。通過對(duì)圓形建構(gòu)筑物不同標(biāo)高平面上的標(biāo)志點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，然后使用點(diǎn)位的曲線擬合的方法得出形心，進(jìn)而得到傾斜位移值以及傾斜度。實(shí)踐證明該方法易于操作，結(jié)果較為可靠。

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【作者簡(jiǎn)介】

童禮淳，男，1999年出生，同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院本科在讀，土木工程專業(yè)。