网架挠度测量

网架挠度测量

Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.

网架挠度测量

上海岩土工程勘察设计研究院有限公司仲子家

摘要：本文结合使用Leica TCR（免棱镜系列）全站仪和南方CASS成图软件，叙述网架挠度测量的新方法和数据处理方法。

1.概述

在城市、工矿建设工程中，网架结构越来越被广泛的应用，其优越性已被大家所公认。网架结构在大型建筑物中除了起承重作用外，还保证了建筑物有较大的空间，以便设备的布置和人员的活动，同时使建筑物更显美观。

网架结构建筑物的安全性是人们所关注的，尤其是生产单位直接用于悬吊荷载的大型网架结构，在自重和生产设备荷载的长时间疲劳承重作用下，网架的变形是不可避免的；同时环境温度的变化、网架材质的腐蚀与老化等都将危及网架的变形和使用期。为确保安全，有必要对网架结构进行定期的挠度检测。通过检测，对显现出来挠度值较大的部位，采取弦杆、腹杆松动的检查与加固等相应措施，防患于未然。

2.钢结构网架挠度的控制指标

依据《网架结构设计与施工规程》JGJ7－91的规定：用作屋盖的网架，其挠度控制在短向网架跨度的1/250；用作楼层的网架，挠度控制在短向网架跨度的1/300。且《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001中规定：实测的网架挠度值不应超过设计值的倍。

3.使用免棱镜全站仪进行网架挠度测量

网架挠度测量的方法主要有：几何水准法、激光扫平法、水管连通器法、传感器法和免棱镜全站仪法等。因网架建筑物净空高一般都较高，几何水准法实施观测难度较大；激光扫平法观测在设备密布和人员频繁活动的网架下也较难实现；而水准连通器法和传感器法布置测点繁琐且成本高。

免棱镜全站仪实施网架挠度测量的优点：①TCR全站仪无需在网架上设置棱镜，解决了网架建筑物净空高过高人无法上去设置测点的困难；②TCR全站仪可以自由设站，解决了在设备密布和人员频繁活动的网架下的观测困难；③TCR全站仪照准观测时具有可见光斑，对是否为正确的观测点具有可识别性；④Leica TCR全站仪测量精度高，TCR400～TCR1200系列全站仪测角精度为2"，测距精度为3mm+2ppm，最大测程80～170m，它完全能担当网架挠度测量的重任。因此，有了Leica TCR（免棱镜系列）全站仪，解决了测量人员在网架挠度测量中的诸多不便。

精度估算

由TCR 全站仪自由设站，照准高程控制点（A ）上设置的Leica 小棱镜（镜高固定为r ），引测仪器视线高后，对网架进行照准测量（见“图1”）。

测点P 的高程Hp 为：

Hp=HA+△h1+△h2

=HA+r+ S1×Sin1+ (1-k)(S1×Cos1)2/2R+ S2×Sin2+ (1-k)(S2×Cos2)2/2R ⑴

式中(1-k)(S1×Cos1)2/2R 和(1-k)(S2×Cos2)2/2R 为球气差，可由全站仪设置自动改正（取k=，R=6370km ）。

设场地高程控制点A 的点位精度为mA=±1mm 、测角精度m α=±3″、测距精度mS=±3mm ，由式⑴估算得：在测点视距不大于30m 的范围内，测点高程中误差达到±。说明采用TCR 全站仪进行网架挠度测量是可行的。

工作原理

⑴ 高程控制测量

在网架建筑物场地内以约30m 的间距选设布置高程控制点，使用Ziess DiNi 12电子水准仪或Leica NA2/NAK2（标称精度：km ），按二等水准测量技术要求组成水准网对高程控制点进行引测。采用独立高程系，严密平差计算场内控制点的高程，确保控制点高程误差小于±1mm 。

⑵ 网架挠度观测

TCR 全站仪自由设站，在高程控制点上设置Leica 小棱镜（镜高固定），引测仪器视线高后，同法检测另一控制点的高程，检测无误（检测值与已知值之差小于±2mm ）后实施对网架的挠度观测。 测点位置1测点位置2图2测点位置2测点位置1

下弦杆下弦螺栓球

网架挠度

观测一般以网架下弦杆或下弦螺栓球为测量对象。测量时，TCR 全站仪的激光束瞄准下弦螺栓球底部（若螺栓球底部为平底，见图2“测点位置1”）或下弦杆底部（见图2“测点位置2”），正倒镜观测1测回，得下弦螺栓球底部或下弦杆底的高程，并绘制草图记录于网架挠度观测专用手簿。草图中要标注测点位于网架施工平面图的对应轴号、方位或部位。由此逐点观测。

为确保免棱镜观测的数据精度，一般要求观测点垂直角大于45°，测点视距不大于30m 。

4. 数据处理

⑴ 对照“网架施工平面图”、“网架下弦布置图”、“网架配料单”以及 “球节点劈面尺寸数据”等资料，由对应的下弦杆口径或下弦螺栓球直径等相关数据，逐点推算网架下弦节点球中心的高程。

⑵ 依据“网架施工平面图”的尺寸数据和推算得到的网架下弦节点球中心高程，编辑生成网架下弦节点球中心三维坐标dat 数据文件。

⑶ 在南方CASS 成图软件平台上调入网架下弦节点球中心三维坐标dat 数据文件，绘制生成网架下弦等高线图（等高线间距1cm ）和网架下弦轴线向高程断面图。

⑷ 由绘制的网架下弦等高线图和轴线向高程断面图，计算网架两支承间下弦各节点的挠度值，结合网架支承立柱的沉降观测数据和“钢结构网架挠度的控制指标”判断网架结构挠度值较大的部位。并分析其原因，提请业主要关注的重点部位。

5. 实例分析

某汽车厂车身车间屋面为正方四角锥型螺栓球节点网架，网架由两个平面呈70m ×84m 的矩形组成。网架以上弦点为支撑，支承跨度24m ，下弦网格节点间距均为3m ×3m ，网架矢高8m 。网架下弦轴线平面布置如“图3”。

我们以免棱镜全站仪法对该网架进行了挠度测量（测量工作原理同上），实测并推算出网架纵轴1、4、5、8、9、12、13、16、17、20、21、24、25、28、29、32、33、36、37、40、41、44、45、48与横轴A 、C 、E 、F 、I 、J 、M 、N 、Q 、R 、U 、V 、Y 、Z 、γ相交的共计360个下弦节点球中心高程。在南方CASS 成图软件平台上绘制生成的网架下弦等高线图（等高线间距1cm ），见“图4”。

图4 网架下弦等高线图γF 网架测点图注：Z Y V U R Q N M J I F E A

C γZ Y V U R Q N M J I E C

A

有了“网

架下弦等高线图”，我们对网架的整体挠曲度情况就一目了然。即等高线间隔较大的区域，相邻