CN104819709A - 超高层立柱垂直度校正方法 - Google Patents
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Abstract
超高层立柱垂直度校正方法，包括对立柱圆心的测量，所述对立柱圆心的测量包括如下步骤：S1在被测立柱处于同一水平截面的任意N点设置紧贴立柱表面的反射贴片，所述N为不小于2的正整数；S2利用全站仪测出所述任意N点各自坐标；S3将N点坐标两两分组，对每一组利用后方交汇原理测出立柱圆心坐标，将全部各组测量得到的立柱圆心坐标取平均值。采用本发明所述的超高层立柱垂直度校正方法，利用后方交会的原理应用于现场钢柱垂直度校正，在保证精度的前提下，避免了登高架设棱镜的繁琐过程，极大的提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于建筑领域，涉及施工方法，具体涉及一种超高层立柱垂直度校正方法。
背景技术
超高层建筑通常指40层以上或高度100米以上的建筑物，现有超高层建筑的设计多采用以圆柱形钢管混凝土柱为基础的框架结构，钢管混凝土柱安装过程中的垂直度校正是超高层建筑建设过程中的关键步骤。
传统超高层钢柱垂直度校正的方法具有以下几种：
1．采用两台经纬仪配合弯管目镜在钢柱的两个相互垂直的方向同时进行跟踪观测控制。缺点需提前在钢柱身上弹出观测线，对上下冲眼位置准确度要求高，且时常会有耳板阻碍弹通线。
2.用小棱镜和模具，采用全站仪直接测量柱心坐标。也可以按照钢柱柱顶尺寸制作等大小模具，并将小棱镜安装在模具中心，安装工人爬上柱顶，将安装有小棱镜的模具固定在柱顶，此时小棱镜的坐标为柱心坐标。该法缺点为模具太重，工人携带不便，若遇到柱身变径，需制作大量模具，浪费材料。
3.使用反射贴片，直接测量冲眼上三点的坐标。安装工人爬上柱顶，将反射贴片分别放置在3个冲眼上方，分别测出四点坐标与坐标控制网进行比对，从而得出垂直度。该法优点为通过对特征点坐标的测量，能直接反映出钢柱的柱心偏移和扭度。缺点为全站仪观测须俯视方能测量，且钢柱校正时须工人不断攀爬钢柱，浪费大量时间。
4.圆形钢柱观测左右两侧边缘的水平角并在同一截面上贴上反射贴片测量平距、水平角。但在实际应用中，由于光照和阴影造成的视差影响，在远距离（外控时测量距离为60m）测设时，测量人员测角偏差较大；且此法测距利用免棱镜测量，测距精度不高，测量结果的准确性大大降低。
发明内容
为克服现有各种立柱校正方法存在的技术缺陷，本发明公开了一种超高层立柱垂直度校正方法。
本发明所述超高层立柱垂直度校正方法，包括对立柱圆心的测量，所述对立柱圆心的测量包括如下步骤：
S1在被测立柱处于同一水平截面的任意N点设置紧贴立柱表面的反射贴片，所述N为不小于2的正整数；
S2利用全站仪测出所述任意N点各自坐标；
S3将N点坐标两两分组，对每一组利用后方交汇原理测出立柱圆心坐标，将全部各组测量得到的立柱圆心坐标取平均值；
利用后方交汇原理测量立柱圆心坐标（Xp,Yp）为利用
Xp=Xa+ecosα+fsinα；
Yp=Ya+esinα-fcosα；
其中Xa 、Yb分别为该组两点A、B的横坐标和纵坐标，e为A、B两点之间距离的一半，f为立柱圆心到AB连线的距离，α为线段AB的方位角。
优选的，所述任意N点中，相邻两点之间的弧长对应的圆心角不大于15度，步骤S3中仅取满足二者之间弧长对应的圆心角不大于15度的两点进行分组测量。
优选的，所述全站仪为索佳cx-102全站仪。
优选的，所述任意N点均位于立柱顶端平面。
采用本发明所述的超高层立柱垂直度校正方法，利用后方交会的原理应用于现场钢柱垂直度校正，在保证精度的前提下，避免了登高架设棱镜的繁琐过程，极大的提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明所述后方交汇原理测量圆柱圆心的示意图；
图2为本发明所述后方交汇原理测量的一种具体实施方式示意图；
图3为距离偏差值随入射角增加的变化示意图；
图4为测量两点间距与入射角关系示意图；
图5为本发明一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述超高层立柱垂直度校正方法，包括对立柱圆心的测量，其中对立柱圆心的测量包括如下步骤：
S1在被测立柱处于同一水平截面的任意N点设置紧贴立柱表面的反射贴片，所述N为不小于2的正整数；
S2利用全站仪测出所述任意N点各自坐标；
S3将N点坐标两两分组，对每一组利用后方交汇原理测出立柱圆心坐标，将全部各组测量得到的立柱圆心坐标取平均值；
利用后方交汇原理测量立柱圆心坐标（Xp,Yp）为利用
e=((Xa-Xb)^2+(Ya-Yb)^2)^(1/2)/2
f=(r^2-e^2)^(1/2)
Xp=Xa+ecosα+fsinα；
Yp=Ya+esinα-fcosα；
如图1所示，A、B为任意一组内的两点，其中Xa、Xb 、Ya、Yb分别为该组两点A、B的横坐标和纵坐标，e为A、B两点之间距离的一半，f为立柱圆心到AB连线的距离，α为线段AB的方位角。各个反射贴片可以直接设置在钢柱顶端，方便安装。
方位角又称地平经度，是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一。是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。
e可以根据两点之间距离公式，由A、B两点坐标计算出，e、f、r成一个直角三角形的三边，可以进一步利用勾股定理，计算得出立柱圆心P到AB连线的距离f。
N至少要取2，但通常可以取3以上的整数，计算得出多个P点坐标，由于各个点位于同一圆柱截面，且全站仪距离各点距离通常远大于各点间距，测量距离相差不大，可视为等精度测量（即权值相同），因此平差后得到实时柱心坐标值，即直接取算术平均值作为最终的P点坐标。
全站仪优选采用索佳CX-102型全站仪进行测量，该仪器采用RED-tech测距技术。可对任何物体实施0.9秒快速测距，超细光斑即使在小入射角情况下仍能获得高精度测距结果，并能进行500m超远量程免棱镜距离测量，使用反射贴片时能确保反射片测距精度。
索佳CX-102采用绝对编码测角技术和配备的双轴补偿器，确保了任何作业条件下的测量精度和可靠性，具备能在复杂的地形环境下作业获得高稳定性的测量结果采用的绝对编码测角和配备的双轴补偿器，确保恶劣作业条件下的测量精度和可靠性，即使在复杂的地形环境下也能获得高稳定性的测量结果，采用IACS（角度自校准***）技术极大地提高了角度测量结果的可靠性。
本发明在实时控制时，需要考虑测量设备的测距光束及被测对象之间入射角正对的问题，而采用反射贴片作为信号数据反射载体很好的解决了上述问题：第一，反射贴片测量模式的测量精度是非常稳定的，鉴定机构可检测出其精度在亚毫米级；第二、发射贴片可以通过角度磁块，很好的解决入射角度问题。
但反射贴片采用漫反射测距，不能像CCR棱镜一般确保反射光束与原入射光束严格平行且反向。为确保测距精度，仍需在施测前做反射贴片测距精度实验，了解入射角对距离测量的相关性和影响值。
实验仪器为索佳cx-102全站仪。实验距离为20m，40m，60m。首先用棱镜精确测定距离，作为比较依据，然后采用反射片以不同的入射角γ进行测距，作为比较值。入射角γ自0°开始，增量为5°。在实验中，发现当照准反射片的入射角大于65°时，距离测量就非常困难了。
以入射角为横轴，以距离偏差量为纵轴，分别绘制出20m，40m，60m距离测量时的距离偏差值曲线，如图3所示，由图3可以看出，随着入射角r的逐渐增加，距离偏差值也逐渐增大。当入射角γ大于65°时，利用反射片测量距离就非常困难；入射角小于15°时，其对测距的影响小于1mm。故入射角大于15°时应进行距离改正。
根据此结论，利用本发明时，就需考虑反射贴片间距，以满足入射角不大于15°的要求。由于本发明通常采用一台全站仪固定位置进行测量，因此各个反射贴片设置间距应考虑不同反射贴片的入射角最大应最好不超过15°，因此同组两点之间的弧线对应圆心角应不大于15°。
例如如图4所示，OA是钢柱的半径0.8m，OB是观测距离60m，AB是观测入射光线，入射角为15度，A’为A的镜像点。AA’的弧长则为反射贴片有效区域。根据海伦公式可以求知，∠BOA=14.8°，则AA’的弧长为2*sin∠BOA*OA≈0.40m，即3张贴片每张贴片的间距为20cm时，不用考虑距离改正。
在测量前的准备阶段，建立适用的建筑坐标系，并测量或通过其他方法得到待测钢柱的半径，并提前在计算器上编写程序。
如图5所示给出了利用计算机程序实现本发明的一种具体实施方式，计算机程序编写完成后，安置全站仪至适当的位置，使全站仪到每一反射贴片的激光入射角度均不超过15度，测量每一反射贴片所处特征点的坐标，计算得到圆柱圆心坐标后将信息及时传递给操作人员，操作人员将钢柱安装校正后，再次重复测量。计算器可直接显示钢柱偏移量，测量人员可及时把相应信息反馈给操作人员，作为钢柱垂直度校正的依据。
本发明中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.超高层立柱垂直度校正方法，包括对立柱圆心的测量，其特征在于，所述对立柱圆心的测量包括如下步骤：
S1在被测立柱处于同一水平截面的任意N点设置紧贴立柱表面的反射贴片，所述N为不小于2的正整数；
S2利用全站仪测出所述任意N点各自坐标；
S3将N点坐标两两分组，对每一组利用后方交汇原理测出立柱圆心坐标，将全部各组测量得到的立柱圆心坐标取平均值；
利用后方交汇原理测量立柱圆心坐标（Xp,Yp）为利用
Xp=Xa+ecosα+fsinα；
Yp=Ya+esinα-fcosα；
其中Xa 、Yb分别为该组两点A、B的横坐标和纵坐标，e为A、B两点之间距离的一半，f为立柱圆心到AB连线的距离，α为线段AB的方位角。
2. 如权利要求1所述的超高层立柱垂直度校正方法，其特征在于，所述任意N点中，相邻两点之间的弧长对应的圆心角不大于15度，步骤S3中仅取满足二者之间弧长对应的圆心角不大于15度的两点进行分组测量。
3. 如权利要求1所述的超高层立柱垂直度校正方法，其特征在于，所述全站仪为索佳cx-102全站仪。
4. 如权利要求1所述的超高层立柱垂直度校正方法，其特征在于，所述任意N点均位于立柱顶端平面。
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