许志立
广州特种机电设备检测研究院广州
摘要垂直度是建筑起重机械的重要安全指标尤其对于高层建筑使用的起重设备相关标准及安全规程对其误差范围都有明确的要求文中介绍了建筑起重机械测量垂直度的常见方法分析各方法的特点并重点介绍了全站仪在垂直度测量中的应用通过全站仪设站功能一次架设可方便快捷地测量所有可视设备的垂直度对比不同方法的测量结果证明了该测量方法是可行的测量结果是准确的
关键词塔式起重机全站仪垂直度测量
中图分类号TH2133文献标识码A文章编号10010785202018006705
0引言
垂直度是位置公差是评价直线之间平面之间或者直线与平面之间的垂直状态一个参数指标对于塔式起重机以下简称塔机施工升降机等建筑机械来说垂直度是指塔身或导轨架在不受外力的影响下实际轴线与理论轴心线在被测平面内的最大水平误差塔机施工升降机等多用于高层建筑其垂直度是安装过程中需要保证的一项重要安全指标GBT50312019GBT2007等对塔机施工升降机垂直度的偏差范围都有明确要求不能超过其要求值12
根据相关标准要求在塔机首次安装后以及每次塔机施工升降机增加标准节升高时都必须测量其垂直度在其验收检验定期检验时也必须对其进行测量检验3由此可见垂直度测量的应用非常广泛寻找一种方便快捷准确的垂直度测量方法意义重大本文所述测量方法仅以塔机为例同样的测量方法也适用于施工升降机等其他建筑机械
1垂直度常见的测量方法
11吊线法
吊线法是垂直度测量中最常见最简单的测量方法其步骤为首先将塔机吊臂摆到合适的位置使塔身在该测量方向上处于不受力状态然后在塔身最高处选择合适的位置放线一直放到塔机底部测量吊线到塔身同一基准面的距离上下距离L之差即为塔身在该方向上的垂直度吊臂旋转90以同样的方法测量塔身另一个方向上的垂直度如图1所示
图1吊线测量法
该方法简单且容易操作但吊线法要求在塔身内或外从上到下要有一个无干涉的空间其中不能有障碍物接触影响吊线当塔机有附墙内撑杆爬梯等情况时不易寻找下线位置当塔机高度较高时放线时间长测量不方便测量效率较低测量过程受操作人员影响测量误差较大
12经纬仪测量法
经纬仪测量塔机垂直度是常用的仪器测量方法经纬仪测量塔机的垂直度即旋转塔机吊臂至合适的位置使得需测量的方向不受吊臂与平衡重不平衡的影响如图2所示吊臂位置测量AA方向上的垂直度将经纬架设在距塔机15H处H为塔机安装高度且保证经纬仪观测点与塔身测量点的连线垂直于AA线即必须架设在塔身面正前方调平经纬仪开始测量以塔身的最高位置或最下端位置某处做基准线通常选取塔机标准节主旋杆内外边作为基准线然后在另一端塔身放置一个零点对齐标准节主旋杆内外边的横向钢直尺紧贴利用经纬仪投测下来投测到钢直尺上的读数即是塔机在该方向的垂直度偏差塔机吊臂旋转90挪动经纬仪至另一个方向同样的方法测量塔身BB方向上的垂直度4
图2经纬仪测量法
采用经纬仪测量塔机垂直度的原理简单操作方便测量误差相对较小然而在测量过程中对经纬仪的架设位置有要求太近或太远均不易观测且一定要架设在塔身面的正前方位置局限性强另外在测量完一个方向后需要挪动并再次调平经纬仪才能测量另一方向的垂直度这就降低了测量的效率5
13全站仪测量法
全站仪全站型电子测距仪是集水平角垂直角距离斜距平距高差测量功能于一体的测绘仪器系统因其一次安置仪器即可完成该测站上全部测量工作而得名其已广泛用于建筑工地的各测量领域6
2全站仪测量法
21全站仪经纬仪模式测量
全站仪包含经纬仪的所有功能若仅使用其含有的经纬仪功能同样可测量塔机垂直度测量方法同经纬仪测量法这里不再赘述
22全站仪测距模式测量
该测量方法类似于经纬仪测量法区别在于测量过程中不需要移动全站仪一次架设可测量一台塔机两个方向的垂直度也不需要粘贴标尺测量步骤为选择合适的位置架设全站仪全站仪要架设在垂直于塔身面方向上并调平准备测量旋转吊臂至合适位置测量一个方向的垂直度在塔身最高处或最下端的标准节主旋杆选择一个边为基准线全站仪可上下扫描对比基准线与另一端该边的位置关系找出垂直度偏差通过全站仪对边测量两点之间折线距离的功能测出两点之间距离即为该方向上的垂直度偏差值如图3所示以塔身最高位置主旋杆外侧边为基准线全站仪扫描到最下端则基准线与最低位置主旋杆外侧边之间的距离即为该方向上的垂直度然后塔机吊臂旋转90测量另一方向的垂直度此时无需挪动全站仪只需调整全站仪为测距模式如图4所示该测距功能测量的距离是指测量目标点在水平面上的投影与全站仪之间的距离故测量塔机同一个塔身面上最高点与最低点在水平面上的投影与全站仪的距离两距离之差即为该方向上的垂直度至此无需移动全站仪完成了塔机两个方向垂直度的测量
图3全站仪测量垂直度
图4全站仪测距模式
23基于全站仪建站模式的测量方法
在测距模式测量中实现了一次架设全站仪完成了一台塔机两个方向垂直度的测量但该方法对全站仪的架设位置仍有要求即全站仪仍要架设在与塔身面垂直的方向上在实际测量过程中由于工地场地建筑物遮挡安全通道防护棚影响等原因使在与塔身垂直的方向上无法架设测量仪器或有架设位置但不利于观测有高空坠物风险等等而基于全站仪建站模式的测量方法对全站仪的架设位置没有要求只要塔身上下在架设位置的可视范围即可完成塔机垂直度的测量全站仪测量包括全站仪的建站方位角对边测量等概念
1全站仪的建站是指确定仪器所架设位置的空间位置信息亦即建立的坐标系坐标原点与全站仪的相对位置如图5所示ENH坐标系或是xyz坐标系
2方位角是指从某指定方向线起依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角图6所示直线相对于x轴的方位角为45
3对边测量是全站仪的对边测量用于确定两个点之间的相对位置关系如两点之间的斜距平距高差及方位角等如图7所示为对边测量方法点号1即对边测量第一点点号2即对边测量第二点
该测量方法是通过全站仪建站的模式来测量塔机垂直度通过建站即建立坐标系使设置的坐标系xy轴这里不考虑z轴分别同向于塔机标准节的两个直角边见图8原点位置可以不在塔身上设置这样的坐标系可通过测量塔机上下两点的坐标值之差得出塔身垂直度
图5全站仪坐标系
图6方位角
建立这样坐标系步骤为1任意位置架设全站仪在塔身的一个平面上任意选择两个点如图8所示AB点通过全站仪程序测量中的对边测量功能测出AB两点连线AB的方位角a该方位角a是指线AB投影在水平面上与当前坐标系x轴之间的夹角2全站仪返回一般测量模式中旋转全站仪至其水平角显示为测量值a通过全站仪设置水平角HZ置零功能置零见图9此时即建立了新的坐标系这样就使现坐标系x轴方向平行于线AB在水平面上的投影线可再通过对边测量测量方位角是否为零来验证或者通过计算直接设置现水平角的值使新坐标系x方向平行于线AB在水平面上的投影线至此就建立了xy轴分别平行于塔身两直角边的新坐标系坐标原点无要求测量塔身同一面最高最低位置的坐标通过计算上下坐标y值之差即可求得该方向上的垂直度吊臂旋转90以同样的方法测量塔身另一个方向的垂直度进而实现一次架设测量多台塔机的垂直度
图7对边测量
图8与塔身同向的坐标系
图9水平角HZ的设置
在工地架设好全站仪后可测量任一可视塔机两个方向上的垂直度大大提高了测量效率尤其对于建筑工地群塔作业的塔机测量工作且全站仪具有测量距离远测量精度高等优点
3不同测量方法比对结果
选择3台高度不同的塔机分别采用经纬仪法全站仪测距法全站仪建站测量法测量其同一个方向上垂直度结果如表1所示比对试验结果几种测量方法结果相近证明了全站仪测量方法的有效性所以基于全站仪建站模式的测量方法是可行的由于全站仪的精度更高理论上其测量数据应该是更准确的
4结束语
以上方法都有各自的特点但全站仪测量法可以不受场地等因素影响可任意位置架设测量大大提高了测量效率尤其对于群塔作业的建筑工地全站仪测量距离远无棱镜测量模式测程可达500m且精度高测量误差小等诸多优势应该在垂直度测量中广泛地使用
同时其他建筑机械如施工升降机物料提升机等的垂直度测量以及塔机刚性试验水平静位移测量也可以使用全站仪测量方便高效准确
参考文献
1GBT50312019塔式起重机S
2GBT2007施工升降机安全规程S
3JGJ1602008施工现场机械设备检查技术规程S
4吴伟极坐标法测量建筑起重机械安装垂直度J建筑机械化201867072
5傅建俊塔式起重机垂直度测量仪技术研究J价值工程201833219221
6张俊中朱义朝刘乾等基于全站仪在桥梁挠度检测中的应用和研究J测绘与空间地理信息201914144
