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发布时间:2020-06-04 21:51:42

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作者:姜晨光 主编

出版社:化学工业出版社

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建筑测量员上岗指南

建筑测量员上岗指南试读:

前言

建筑测量员是土建施工的向导,土建施工离开建筑测量员寸步难行,一个技术过硬、作风严谨、素质优良的建筑测量员是土建施工工作圆满完成的基本保证。建筑测量员应具备的基本知识和技能可概括为3个字,即 “三、四、五”:亦即三个测量技术,角度、长度、高差;四个基本技能,测、算、绘、放,亦即测量、计算、绘图、放样;五个基本防护常识,即确保测量仪器性能的五个防护措施,亦即测量仪器应防摔、防震、防水、防潮、防高温。测量技术的发展日新月异,建筑测量员的知识更新也应与时俱进,为了满足建筑测量员知识更新的要求,笔者不揣浅陋编写了这本小册子。希望本书的出版能有助于测量基本知识和技术的普及,能有助于基层建筑测量员业务水平的提高与进步,能对我国的社会主义建设事业有所贡献。

全书由江南大学姜晨光主笔完成,莱阳市国土资源局姜祖彬、刘华、梁延兴;莱阳市房产管理处王辉;无锡地铁集团有限公司段永强、徐政、刘书斌、姚应征、周立波、徐少云、刘祥勇;无锡市政设计院有限公司谭东林、史晓忠;无锡水文工程地质勘察院薛志荣;广东工贸职业技术学院徐兴彬、李益强、谭立霞;佛山市城市规划勘测设计研究院丁孝兵;广州市水务科学研究所吴建锋等同志(排名不分先后)参与了部分章节的撰写工作。限于水平、学识和时间关系,书中内容难免粗陋,谬误与欠妥之处敬请读者多多提出批评与宝贵意见。姜晨光2018年2月于江南大学第1章 建筑测量的特点及基本要求1.1 概述“测绘科学”常常被人们称呼为“测量”,实际上“测量”只是“测绘科学”的一部分内容。测绘科学的起源可追溯到原始社会,是人们最早创造的科学体系之一。测绘科学的发展时刻与人类的文明史同步,随着人类文明的历史进程一直发展到了今天,对人类社会的发展做出了不可磨灭的重大贡献,成为人类各种活动不可或缺的重要依靠和技术手段。

建筑测量是工程测量学的一个分支学科,工程测量学则又是测绘科学的一个分支。工程测量学是利用测绘科学综合理论和技术为各类工程建设提供测绘保障服务的应用科学,也可称之为应用测绘学。按工程测量服务对象的不同,工程测量可分为土木建筑工程测量、铁路工程测量、公路工程测量、地下工程测量、矿山测量、城市测量、地质工程测量、国防工程测量、水利工程测量等。另外,还有一些特种工程测量工作,比如对大型设备、特种设备进行高精度定位和变形监控的精密工程测量;将摄影测量技术应用于工程建设的工程摄影测量;将电子全站仪或地面摄影仪作为传感器在电子计算机支持下对大型机械部件加工过程进行监控的三维工业测量系统等。

建筑测量主要研究工程建设在勘察设计、施工放样、竣工验收和管理阶段所需进行的测量工作的基本理论、技术和方法,其主要工作内容包括为工程规划设计提供必需的地形资料,如规划时提供中、小比例尺地形图及有关信息,建筑物设计时要测绘大比例尺地形图;施工阶段将图上设计好的工程按其位置、大小测设在地面上供施工人员正确施工;在施工过程和工程建成后的运行管理中对工程的稳定性及变化情况进行监测,如安全监测、变形观测等,以确保工程的安全与正常运营。

测绘科学是各类工程建设的“眼睛”和“指南针”,就建筑工程而言,地面的水平性、墙体的铅直度、排水系统的坡度、各种曲线的形状等都要靠测绘技术的保障,总之,任何工程建设都离不开测绘科学,测绘科学是各种工程建设不可或缺的重要技术保障。

工程测量仪器可分为通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪已被电子全站仪和电子水准仪替代。电子全站仪的全能型、智能化、自动化水平越来越高,带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、物联网及CCD(电荷藕合器件图像传感器)技术可实现测量的全自动化被称为测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标,在1s内完成一个目标点的自动观测,其像机器人一样可以对成百上千个目标作持续的重复观测,目前已被广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已成为一种通用型的大众化定位工具并在工程测量领域得到广泛应用,GPS接收机可与电子全站仪或测量机器人连接在一起而形成空基电子全站仪或空基测量机器人,如徕卡的SmartStation。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的三维极坐标测量技术完美结合,开创了无控制网的工程测量新时代。

工程测量专用仪器在测量仪器领域发展最活跃,主要应用在精密工程测量领域,机械式、光电式及光机电结合式仪器或测量系统的主要特点是高精度、自动化、遥测和持续观测。测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)的工作被称为基准线测量或准直测量,这方面的专用仪器有正、倒垂与垂线观测仪系统;金属丝引张线系统;各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪;以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。在中长距离(数十米至数千米)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量领域有以ME5000精密激光测距仪和Terrameter LDM2双频激光测距仪为代表的超高精度测距系统(其中长距离测量精度可达亚毫米级)。许多短距、微距测量已实现数据采集的自动化,其中最典型的代表是因瓦线尺测距仪、应变仪、石英伸缩仪、各种光学应变计、位移与振动激光快速遥测仪等。采用多普勒效应的双频激光干涉仪能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度,成为重要的长度检校和精密测量设备。采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度,它们使距离测量精度从毫米、微米进入到纳米级世界。高程测量方面最显著的发展是液体静力水准测量系统,这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度可同时获取数十乃至数百个监测点的高程,具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点,两容器间的距离可达数十千米。倾斜测量(又称挠度曲线测量)用的各种机械式测斜仪、电子测斜仪都向着数字显示、自动记录、无线遥测和灵活移动等方向发展,其精度也已达微米级。具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点,采用多传感器的高速铁路轨道测量系统,用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车,测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机,可用于测量轨道的三维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。现代工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点,可作精密定位和准直测量,可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,还可测量振动频率以及物体的动态行为。

工程建筑物及与工程有关的变形监测、分析及预报是工程测量学的重要研究内容之一。其中的变形分析和预报涉及变形观测数据处理。但变形分析和预报的范畴更广、属于多学科交叉。传统变形观测数据处理方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性,主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取三个步骤。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取,也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取,另外,时间序列分析、灰色理论建模、卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。变形的物理解释在于确定变形与引起变形的原因之间的关系,通常采用统计分析法和确定函数法。

用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统,它具有多层次高维的灰箱或黑箱式结构,是非线性的、开放性(耗散)的,它还具有随机性,这种随机性除包括外界干扰的不确定性外,还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外,还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征。按系统论方法,对变形体系统一般采用输入-输出模型和动力学方程两种建模方法进行研究,前者是针对黑箱或灰箱系统建模,时序分析、卡尔曼滤波、灰色系统建模、神经网络模型乃至多元回归分析法都可以视为输入-输出建模法。采用动力学方程建模与变形物理解释中的确定函数法相似,是根据系统运动的物理规律建立确定的微分方程来描述系统的运动演化。但对动力学方程不是通过有限元法求解,而是在对系统受力和变形认识的基础上,用低阶的简化的在数学上可解和可分析的模型来模拟变形过程,模型解算的结果基本符合客观事实。系统论方法涉及许多非线性科学知识,比如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形、混沌理论、耗散结构等。

大型特种精密工程建设和对测绘的要求是工程测量学发展的动力。将科研成果转化为生产力是科研的最终目的,工程测量作为一门应用性学科,这种转化尤为重要。它主要表现在软硬件的开发研制上。

测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力将进一步增强。在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程地质、水文地质、土木工程等学科相结合,解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治、环境保护等各种问题。工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到显微测量和显微图像处理。多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用,比如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人的集成,可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。GPS、GIS技术将紧密结合工程项目,在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。大型和复杂土木工程结构或设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个亮点。数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学需要解决的重要问题。综上所述,工程测量学的发展,主要表现在从一维、二维到三维、四维,从点信息到面信息,从静态到动态,从后处理到实时处理,从人眼观测操作到机器人自动寻标观测,从大型特种工程到微观工程,从高空到地面、地下以及水下,从人工量测到无接触遥测,从周期观测到持续测量,从毫米级精度到微米乃至纳米级。工程测量学的这些发展将对相关学科的发展起到一个重要的助推作用。1.2 建筑构造的基本知识

建筑物是指供人们居住、生活以及从事生产和文化活动的房屋。建筑构造是建筑设计的组成部分,建筑设计不仅必须考虑建筑物与外部环境的协调、内部空间合理安排以及外部和内部的艺术效果,同时还必须提供切实可行的构造措施。建筑构造是专门研究建筑物各组成部分以及各部分之间的构造方法和组合原理的科学。建筑物构造组合原理是研究如何使建筑物的构件或配件最大限度地满足使用功能的要求并根据使用的要求进行构造方案设计的理论。构造方法则是在构造原理的指导下运用不同的建筑材料去有机地组成各种构配件以及使构配件牢固结合的具体方法。1.2.1 建筑物的类型

建筑构造和建筑物的类型有关,不同类型的建筑物其建筑构造也不同。建筑物的种类很多,其分类方法也很多,一般可按建筑物的功能性质、某些特征和规律进行分类,如按建筑层数、主要承重结构材料、建筑的使用功能、建筑结构承重方式等划分。

民用建筑物按其高度和地上层数可分为低层建筑、多层建筑、高层建筑和超高层建筑。我国民用建筑一般把地上层数1~3层称为低层建筑;4~6层称为多层建筑;7~9层称为中高层建筑;10层及以上称为高层建筑。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑,大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑);建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。工业建筑按层数分为单层厂房、多层厂房、混合层数的厂房。

建筑物按主要承重结构材料的不同可分为砖木结构建筑、砖混结构建筑、钢筋混凝土结构建筑、钢结构建筑、钢-钢筋混凝土结构建筑。砖木结构建筑建筑物的主要承重构件用砖木做成,一般竖向承重构件的墙体、柱子采用砖砌,水平承重构件的楼板、屋架采用木材,这类房屋的层数较低(3层以下),多用在盛产木材的地区。砖混结构建筑是采用砖墙、钢筋混凝土楼板层、木屋架或钢筋混凝土屋顶构造的房屋(也称砖-钢筋混凝土混合结构),这类房屋的竖向承重结构采用砖墙或砖柱,水平承重构件采用钢筋混凝土楼板、大梁、过梁、屋面板(其中也包括少量的屋面采用木屋架),这种结构便于就地取材、节约钢材和水泥、降低造价,是我国十几年前广泛采用的一种结构类型。钢筋混凝土结构建筑的主要承重构件(比如梁、板、柱)均采用钢筋混凝土结构(而非承重墙则用砖砌或其他轻质材料做成),按其施工方式的不同可分为现浇钢筋混凝土和预制装配式钢筋混凝土结构,这种结构具有强度高、抗震性好、耐火性好、刚度大、平面布置灵活等优点,是目前应用广泛的结构,是可建成多层、高层、大跨度、大空间结构的建筑。钢结构建筑是指建筑物主要承重构件全部由钢材制作的结构,它具有强度高、构件重量轻、平面布局灵活、有良好的延性、抗震性能好、施工速度快等特点。钢-钢筋混凝土结构建筑的主要承重构件采用钢筋混凝土结构和钢结构,一般竖向承重构件的柱子采用钢筋混凝土,水平承重构件的屋架采用钢材(比如钢筋混凝土排架柱和钢屋架组成的单层工业厂房)。

建筑物按使用功能的不同可分为民用建筑、工业建筑、农业建筑等。民用建筑主要是指供人们生活、学习、工作的非生产性建筑,包括居住建筑和公共建筑,居住建筑主要是指供人们起居用的建筑物,比如住宅、宿舍等;公共建筑是指供人们从事政治、文化、行政办公、商业、生活服务等活动所需要的建筑物,包括政府机关或企业或事业单位的办公楼等行政办公建筑,医院、疗养院等医疗建筑,学校、图书馆、文化宫等文教建筑等。工业建筑主要是指人们进行工业生产所需要的各种房屋,比如主要生产厂房、辅助性生产厂房、动力用房、仓储建筑等。农业建筑是指供农副业生产和加工的各种建筑,比如粮仓、温室、保鲜库、畜禽饲养场、农副业产品加工厂、水产品养殖场等。

建筑物按建筑结构承重方式的不同可分为墙承重式、排架结构、框架结构、空间结构等形式。墙承重式主要用墙体来承受楼面及屋面传来的荷载,如砖石混合结构就是这种承重方式。排架结构主要承重体系由屋架(或屋面梁)和柱组成,屋架(或屋面梁)与柱的顶端为铰连接(通常为焊接或螺栓连接),而柱的下端嵌固(通常以细石混凝土连接)于基础内,单层工业厂房多数采用排架结构。框架结构主要承重体系由横梁和柱组成,但横梁和柱为刚接(钢筋混凝土结构通常通过端焊接或浇灌混凝土使其形成整体)连接从而构成一个整体框架,一般多层工业厂房或高层民用建筑多采用框架结构。空间结构采用空间网架、悬索及各种类型的壳体承受荷载,比如体育馆、展览馆等。

发达国家的建筑业已普遍以机械化生产代替了简单的手工操作,我国建筑业也必须要用先进的大工业生产方式适应建筑工业化的需要。建筑工业化的典型特征是设计标准化、构件与配件生产工厂化、施工机械化与自动化。设计标准化是指统一设计构配件,尽量减少其类型,进而形成整个房屋或单元的标准化设计。构配件生产工业化是指在工厂里生产建筑构配件,逐步做到构配件商品化。施工机械化和自动化是指使用机械取代繁重的体力劳动。在建筑工业化上述三个特征中设计标准化是前提。

为实现设计的标准化必须使不同的建筑物及各部分之间的尺寸统一协调,为此我国颁布有《建筑模数协调标准》以作为设计、施工、构件制作、科研的尺寸依据。模数制中的模数以100mm为基本单位(称为一个模数)进行叠加和分割从而产生一系列尺寸数值并按等差级数的规律排列,我国国家标准把不同类型建筑物及其组成部分的尺寸数值具体规定在相应的范围内选用,模数分为基本模数、扩大模数、分模数等3类。基本模数是指模数尺寸中的最基本数值(用M表示,其长度M=100mm),整个建筑或其一部分建筑物组合构件模数化尺寸都应该是基本模数的倍数。扩大模数是基本模数的整倍数,为减少类型、统一规格,我国《建筑模数协调统一标准》规定的扩大模数只选用了3M(300mm)、6M(600mm)、12M(1200mm)、15M(1500mm)、30M(3000mm)、60M(6000mm)等6种规格。分模数是基本模数的分数,有1/2M(50mm)、1/5M(20mm)、1/10M(10mm)等3种规格。由基本模数、扩大模数和分模数组成的模数系列称为模数制,模数数列见表1-1。表1-1 模数数列表

为保证构件设计、生产、建筑制品等有关尺寸的统一协调,必须明确标志尺寸、构造尺寸和实际尺寸的定义及其相互间的关系(即所谓三种尺寸,见图1-1所示)。标志尺寸是指符合模数规定用以标注建筑物定位线(轴线)之间的距离以及建筑物制品、构配件及有关设备位置界限之间的尺寸(是应用最广泛的房屋构造的定位尺寸)。构造尺寸是指建筑制品、构配件等生产的设计尺寸(一般情况下,构造尺寸加上缝隙尺寸等于标志尺寸。缝隙尺寸的大小宜符合模数数列的规定)。实际尺寸是指建筑制品、建筑构配件的实际尺寸(实际尺寸与构造尺寸的差值应通过允许偏差的幅度加以限制)。图1-1 三种尺寸的关系1.2.2 民用建筑的组成和作用

建筑物通常是由很多构件组成的,如一般民用建筑通常由基础、墙和柱、楼板层、楼梯、屋顶和门窗等基本构件组成的(见图1-2),它们所处的位置不同则作用也不同,其中有的起承重作用,承受建筑物全部或部分荷载以确保建筑物的安全;有的起围护作用,保证建筑物的使用和耐久年限;有的构件则起承重和围护双重作用。基础是位于建筑物的最下部的承重构件,其作用是承受建筑物的全部荷载并把这些荷载传给地基,因此基础必须具有足够的强度和稳定性,同时应能抵御地下各种有害因素的侵蚀。墙是建筑物的竖向围护构件,多数情况下也为承重构件,其承受屋顶、楼层、楼梯等构件传来的荷载并将这些荷载传给基础,外墙分隔建筑物内外空间以抵御自然界各种因素对室内的侵袭,内墙分隔建筑内部空间以避免各空间之间的相互干扰,依据功能不同要求墙体应分别具有足够的强度和稳定性以及保温、隔热、防火、防水等功能并且应具有耐久性和经济性。为了扩大建筑物空间、提高空间灵活性、满足结构需要,有时也用柱来代替墙体作为建筑物竖向承重构件。楼层是楼房建筑中水平方向的承重构件,其按房间层高将整幢建筑物沿水平方向分为若干部分。楼板层承受家具、设备、人体、隔墙等荷载及本身自重并将这些荷载传给墙和柱,同时,楼板层还对墙身起着水平支撑作用以增加墙的稳定性,楼板层必须具有足够的强度和刚度,根据上下空间的使用特点其还应具有隔声、防水、保温、隔热、防潮等功能。地层是底层房间与土壤的隔离构件,除承受作用其上的荷载外还应具有防水、防潮、保温等功能。楼梯是楼层间竖向交通设施,平时供给人们上下楼层;遇火灾、地震等紧急情况时可供人们紧急疏散,楼梯应满足坚固、安全和足够通行能力的要求,高层建筑中除应设置楼梯外还应设置电梯。屋顶是建筑物顶部的承重构件和围护构件,它承受屋顶的全部荷载并将荷载传给墙或柱,其作为围护构件抵御着自然界中的雨、雪、太阳辐射等,屋顶应具有足够的强度、刚度以及防水、保温、隔热等性能。门的主要功能是交通出入、分隔和联系内部与外部或室内空间,有的还兼起通风和采光作用。窗的主要功能是采光和通风。门和窗均属围护构件,根据建筑物所处环境的不同,门窗应具有保温、隔热、节能、隔声、防风沙等功能。一般说来,基础、墙柱、楼板层、屋顶是建筑物的主体部分,门窗、楼梯是建筑物的附属部分。建筑物中,除以上基本组成构件外,还有许多为人们使用或建筑物本身所必需的其他构件和设施(比如阳台、雨篷、烟道、垃圾井、台阶等)。图1-2 房屋建筑的组成1.2.3 单层厂房的基本组成和作用

单层厂房的结构类型主要分为承重墙结构和骨架结构两种,大多数情况下单层工业厂房均采用钢筋混凝土骨架结构,仅当厂房的跨度、高度、吊车荷载较小及地震烈度较低时才用承重墙结构。装配式钢筋混凝土骨架结构的单层厂房以其坚固耐久、承载力大、构件预制装配和运输简便等特点广泛应用于大型工业建筑中,这种体系由两大部分组成(即承重构件和围护构件,见图1-3)。图1-3 装配式钢筋混凝土结构单层厂房的构件组成

单层厂房的承重构件主要包括排架柱、基础、屋架、屋面板、吊车梁、连系梁或圈梁、基础梁、抗风柱(山墙柱)等。排架柱是厂房结构的主要承重构件,其承受屋架、吊车梁、支撑、连系梁和外墙传来的荷载并把这些荷载传给基础。基础承受柱和基础梁的荷载及它们传递来的荷载并将所有荷载传给地基。屋架承受屋面板、屋面、天窗荷载及它们传递来的荷载(有的还承受悬挂式吊车和被起吊重物的荷载)。屋面板铺设在屋架、檩条或天窗架上直接承受板上的各种荷载并将荷载传给屋架。吊车梁上装有吊车轨道,吊车沿着吊车轨道行驶,吊车梁承受吊车的重量及吊车行驶中的冲击力并把这些荷载传给排架梁。连系梁或圈梁的主要作用是为了增加外墙的稳定性,其把同一列柱相互连系起来以提高排架的纵向刚度(同时兼起窗过梁的作用),其承受风荷载和墙体荷载并将荷载传给纵向柱列。基础梁主要承受外墙重量并把它传给基础。单层厂房山墙面积较大、所受风荷载也大,故在山墙内侧一般应设置抗风柱,在山墙受风荷载作用时,一部分荷载由抗风柱上端通过屋顶系统传到厂房纵向骨架上去,一部分荷载由抗风柱传给基础。图1-4显示了各承重构件的荷载传递关系。屋架、柱、基础组成厂房的横向排架,连系梁、吊车梁、圈梁、屋面板和支撑构件均为纵向连系构件(它们将横向排架连成一体共同组成坚固的骨架结构系统)。图1-4 单层厂房结构主要荷载示意图

单层厂房的围护构件主要包括屋面、外墙、门窗、地面等。单层厂房的屋顶面积较大,它是厂房围护构件的主要部分,其受自然条件直接影响,必须处理好屋面的排水、防水、保温、隔热等问题。厂房外墙通常采用自承重墙形式,其除承受自重及风荷载外主要起防风、防雨、保温、隔热、遮阳、防火等作用。门的主要作用是交通和运输,窗的作用则是采光和通风。厂房的地面应满足生产及运输要求并为厂房提供良好室内劳动环境。

单层厂房的其他构件还有吊车梯、隔断、走道梯、屋面检修梯、平台、作业梯、扶手、栏杆等。吊车梯是供吊车驾驶员上下使用的梯子。隔断是为满足生产使用或便于生产管理分隔空间而设置的。走道梯是为工人检修吊车和轨道而设置的。屋面检修梯是指为检修屋面和消防人员设置的梯子。1.2.4 影响建筑构造的因素

建筑物处于自然环境和人为环境中会受到各种自然因素和人为因素的作用,为提高建筑物的使用质量和耐久年限,建筑构造设计时必须充分考虑各种因素的影响,应尽量利用其有利因素、避免或减轻不利因素的影响以提高建筑物的抵御能力,应根据影响程度采取相应的构造方案和措施。影响建筑构造的因素主要有自然环境因素的影响、人为因素的影响、外力作用的影响、物质技术条件的影响、经济条件的影响等5个方面。

建筑物处于不同的地理环境,各地自然环境差异很大。建筑构造设计必须与各地的气候特点相适应。自然环境因素影响(即大气温度、太阳热辐射以及风雨冰雪等)是影响建筑物使用质量和建筑寿命的重要因素。对自然环境的影响估计不足、设计不当就可能会造成渗水、漏水、冷风渗透,室内过热、过冷,构件开裂、破损,甚至建筑物倒塌等后果。为防止和减轻自然因素对建筑物的危害、保证正常使用和耐久性,构件设计中应针对不同自然气候特点、影响的性质和程度对建筑物各部位采取相应防范措施(如防潮、防水、保温、防冻等)。

人类的生产和生活等活动也会对建筑物产生影响(如机械振动,化学腐蚀,噪声,生活生产用水、用火及各种辐射等),在建筑构造设计时必须针对性地采取相应的防范措施(如隔热、防腐、防水、防火、防辐射等)以保证建筑物的正常使用。

作用在建筑物上的各种外力称为荷载,荷载又分为永久荷载(恒荷载)和可变荷载(活荷载)。恒荷载主要是建筑物构配件的自重。活荷载包括人、家具、设备等使用荷载以及风力、地震等产生的荷载。荷载的大小和作用方式决定了结构形式、构件的用材、形状和尺寸,而构件的选材、形状和尺寸都与建筑物构造设计关系密切。风荷载是高层建筑水平荷载的主要因素,风距地面的高度不同风压大小也不同,设计时应按照有关规范严格执行。地震对建筑的影响和破坏程度很大,在设计建筑构造时应考虑地震荷载对建筑物的影响,应根据国家规定的设防标准对建筑物进行抗震设计并确定合理的抗震构造措施。

建筑材料、结构、设备和施工技术等物质条件是构成建筑的基本要素之一,建筑构造受它们的影响和制约。由于建筑业新材料、新结构、新设备以及新的施工方法不断出现,建筑构造要解决的问题也越来越多、越来越复杂,因此,在构造设计中要综合解决好采光、通风、保温、隔热、隔声等问题,应以构造原理为基础不断发展和创造新的构造方案。

建筑构造受国家经济条件的制约,必须考虑经济效益。在确保工程质量的前提下既要降低建造过程中的材料、能源和动力消耗,又要有利于降低使用过程中的维护和管理费用。同时,在设计过程中要根据建筑物的不同等级和质量标准在材料选择和构造方式上给予区别对待。各类新型装修材料的出现使人们对建筑的使用要求越来越高,对建筑构造的要求也将随经济条件的改变而不断发生变化。1.2.5 房屋构造设计原则

建筑构造方案选择直接影响建筑物的各种功能的发挥(比如使用功能、抵御自然侵袭的能力、结构的安全可靠性、造价的经济性以及建筑的整体艺术效果),建筑构造设计要遵循五条原则:应满足建筑物的功能要求;保证结构坚固并有利于结构安全;适应建筑工业化需要;考虑建筑经济、社会和环境的综合效益;注意美观。满足使用功能要求是确定构造方案的首要原则,建筑物由于所在地区不同、用途不同,在建筑设计中会对建筑构造提出诸如保温、隔热、隔声、吸声、采光、通风等不同要求(比如北方建筑要求保温,而南方建筑要求隔热;剧院、音乐厅等要求吸音;住宅要求隔声等),为满足建筑物各项功能要求必须综合地运用有关的知识来选择和确定经济合理的构造方案。建筑物除应根据荷载大小、结构的强度、刚度、稳定性等要求来确定构件的必要尺寸外,在构造上还须采取有效措施以使构件与构件之间连接可靠从而保证构件的整体刚度进而确保建筑物在使用时的安全。所确定的构造方案要符合当地的施工条件并应便于施工,同时,应大力推广先进技术并尽量采用各种新型建筑材料、采用标准设计、使用定型构配件,应为构件、配件生产的工厂化、现场施工机械化创造条件以适应建筑工业化的需要。建筑构造设计在选择材料上应以保证建筑物坚固耐久为前提,应注意节约钢材、木材、水泥三大建筑材料,应尽量利用当地材料和工业废料,构造设计时应考虑降低建筑造价、减少材料消耗、降低维修和管理的费用,同时,还必须保证建筑的工程质量。建筑构件的选型、尺寸、色彩、材料质感以及制作的精细程度直接影响建筑的整体艺术效果,在建筑构造设计时应认真研究设计出新的优美空间环境。

总之,在建筑构造设计中要做到“坚固适用、经济合理、美观大方”,应结合我国国情充分考虑建筑物的功能、所处的自然环境、材料供应情况以及施工条件等因素,应通过对不同设计方案的分析、比较,选择确定出最佳的方案。1.3 建筑施工图的基本知识

建筑施工图是表示房屋的总体布局、内外形状、平面布置、建筑构造及装修做法的图样,它是运用平行正投影原理及有关专业知识绘制的工程图样,是指导施工的主要技术资料。房屋设计过程一般分为方案设计、初步设计、技术设计、施工图设计等阶段。施工图设计阶段所出的图样称为施工图,是最终用于房屋建造施工的依据。施工图按照其内容、作用的不同可分为建筑施工图、结构施工图、设备施工图等几种。建筑施工图简称建施图,主要反映建筑物的规划位置、形状与内外装修,构造及施工要求等,建筑施工图包括首页(图纸目录、设计总说明等)、总平面图、平面图、立面图、剖面图和详图。结构施工图简称结施图,主要反映建筑物承重结构位置、构件类型、材料、尺寸和构造做法等,结构施工图包括结构设计说明、基础图、结构布置平面图和各种结构构件详图。设备施工图简称设施图,主要反映建筑物的给水、排水、采暖、通风、电气等各种设备的布置和施工要求等,设备施工图包括设备的平面布置图、系统图和详图。

建筑总平面图简称总平面图。为了反映新设计的建筑物的位置、朝向及其与周围环境(如原有建筑、道路、绿化、地形等)的相互关系,在画有等高线或加上坐标的方格网(对于一些较简单的工程,有时也可不画出等高线和坐标方格网)的地形图上,以图例形式画出新建建筑、原有建筑、预拆除建筑等的外围轮廓线、建筑物周围道路、绿化区域等的平面图,加上该地区的风向频率玫瑰图就形成总平面图(图1-5所示为某住宅小区的总平面图),总平面图是新设计的建筑物定位、放线和布置施工现场的依据。由于总平面图包括的范围较广,故一般采用较小的比例(比如1∶500、1∶1000、1∶2000),总平面图中常用图例画法以及线型要求应遵守相关规范,总平面图中标高单位为“m”(一般注写到小数后第三位)。图1-5 某住宅小区总平面图1.3.1 建筑平面图

建筑平面图实际是房屋的一个水平剖面图,是假想用一个水平剖切平面经过门、窗洞口将房屋整个剖开,移去剖切面以上部分,再将余下部分投影成图。这样画出的剖面图即建筑平面图,简称为平面图(见图1-6)。平面图主要表达房屋建筑的平面形状、房间布置、内外交通联系、以及墙、柱、门窗等构配件的位置、尺寸、材料、做法等内容,是房屋建造、设备安装、装修、以及编制概预算、备料的重要依据。图1-6 建筑平面图的形成

建筑平面图由其“底层平面图”“二层平面图”等若干个平面图组成。底层平面图应画出该房屋的平面形状、各房间的分隔和组合、出入口、门厅、楼梯等的布置和相互关系、各门窗的位置以及与本栋房屋有关的室外的台阶、散水、花池等的投影。二层平面图除画出房屋二层范围的投影内容之外,还应画出底层平面图无法表达的雨篷、阳台、窗楣等内容,而对于底层平面图上已表达清楚的台阶、花池、散水等内容就不再画出。三层以上的平面图则只需画出本层的投影内容及下一层的窗楣、雨篷等这些下一层无法表达的内容。

由于平面图的比例较小,实际作图中常用1∶100的比例绘制,所以门、窗等投影难以详尽表示,便采用相应规范规定的图例来表达,而相应的详尽情况则另用较大比例的详图来表达。在平面图中,凡是被剖切到的断面部分应画出材料图例,但在1∶200和1∶100小比例的平面图中剖到的砖墙一般不画材料图例(或在透明图纸的背面涂红表示),在1∶50的平面图中小砖墙也可不画图例(但在大于1∶50时应该画上材料图例)。剖到的钢筋混凝土结构件的断面当小于1∶50的比例时(或断面较窄,不易画出图例线)可涂黑表示。

按相关规范规定,建筑平面图的线型画法如下:凡是剖到的墙、柱断面轮廓线,宜画粗实线,门窗的开启示意线用中粗实线表示,其余可见投影线(如窗台、台阶、梯段等)则用细实线表示。

房屋中承受重量的墙或柱其数量、类型都很多,为确保工程质量、准确施工定位,在建筑平面图中采用轴线网格划分平面,这些轴线叫定位轴线。定位轴线是确定房屋主要承重构件(墙、柱、梁)位置及标注尺寸的基线。相关规范规定平面图上定位轴线的编号宜标注在图样的下方与左侧,水平方向的轴线自左至右用阿拉伯数字依次连续编号,竖直方向的编号则用大写拉丁字母由下而上顺序编写(并除去I、O、Z三个字母,以免与阿拉伯数字中0、1、2三个数字混淆)。编号圆用细实线绘制,直径为8~10mm,见图1-7(a)所示。如果建筑平面形状较特殊,也可采用分区编号的形式来编注轴线,其方式为“分区号-该区轴线号”[图1-7(b)]。一般承重墙及外墙编为主轴线,非承重墙、隔墙等编为附加轴线(亦称分轴线)。图1-7 定位轴线的编号及画法

建筑平面图标注的尺寸有外部尺寸和内部尺寸。外部尺寸在水平方向和竖直方向各标注三道,最外一道尺寸标注房屋水平方向的总长、总宽,称为总尺寸;中间一道尺寸标注房屋的开间、进深,称为轴线尺寸(一般情况下两横墙之间的距离称为“开间”;两纵墙之间的距离称为“进深”);最里边一道尺寸以轴线定位的标注房屋外墙的墙段及门窗洞口尺寸,称为细部尺寸。内部尺寸应标注各房间长、宽方向的净空尺寸,墙厚及轴线的关系、柱子截面、房屋内部门窗洞口、门垛等细部尺寸。标高、门窗编号应遵守相关规定,平面图中应标注不同楼层地面高度及室内外地坪等标高(为编制概预算的统计与施工备料,平面图上所用的门窗都应进行编号。门常用“M1”“M2”或“M-1”“M-2”等表示,窗常用“C1”“C2”或“C-1”“C-2”等表示)。

一栋房屋究竟应该出多少平面图是要根据房屋复杂程度确定。一般情况下,房屋有几层就应画几个平面图并在图的下方标注相应的图名(如“底层平面图”“顶层平面图”等;图名下方应加一粗实线,图名右方标注比例)。当房屋中间若干层的平面布局、构造情况完全一致时,则可用一个标准层表达这些相同的各层,称之为“标准层平面图”。若中间某些层中有局部改变,也可单独出一局部平面图。另外,对于平屋顶房屋,为表明屋面排水组织及附属设施的设置状况还要绘制一个较小比例的屋顶平面图。从底层平面图可看出建筑平面形状,还应表示室外散水的投影,还应画出指北针以表明房屋的朝向(指北针的圆圈直径为24mm,其尾部宽3mm,线型为细实线)。标准层平面图除了不表示室外散水、剖切平面的位置以及楼梯间表示方法及标高数据与底层平面图不同外,其余都与底层平面图一致。顶层平面图除了楼梯间表示方法及标高数与标准层平面图不同外,其余都与其一致。所以,有时也可以单独出一个顶层楼梯间平面图而将标准层扩大到顶层,此时也可将图名标为“二~n层平面图”。屋顶平面图是屋顶的水平投影,可见轮廓线的投影均用细实线表示。屋顶平面图是用来表达房屋屋顶的形状、女儿墙位置、屋面排水方式、落水管位置等的图形,屋顶平面图的比例常用1∶100或1∶200的比例绘制。1.3.2 建筑剖面图

房屋的剖面图就是房屋的铅直剖面。房屋剖面图可为单一剖面也可为阶梯剖面,既可采用横剖面也可采用纵剖面或其他剖面(民用房屋多采用横剖面)。图1-8是某住宅剖面形成的直观图与剖面图。建筑剖面图主要用来表达房屋内部结构形式、沿高度方向分层情况、门窗洞口高、层高及建筑总高等。剖面图常用比例为1∶50、1∶100和1∶200,一般应尽量与平面图、立面图的比例相一致,但有时也可用较平面图比例稍大的比例。由于比例较小,剖面图中的门、窗等构件也采用相关规范规定的图例来表示。剖面图的线型应遵守相关规范规定,凡是剖到的墙、板、梁等构件剖切线用粗实线表示,没有剖到的其他构件的轮廓线则常用细实线表示。为清楚表达建筑各部分的材料及构造层次,当剖面图比例大于1∶50时应在剖到的构件断面画出其材料图例,当剖面图比例小于时则不画具体材料图例。图1-8 剖面图的形成

剖面图是说明建筑物竖向布置的主要依据,因此剖面图中有两种尺寸标注的方式,即线性尺寸和标高尺寸。剖面图中的线性尺寸共有3道,靠近外墙轮廓线的为第一道,称分段尺寸;在分段尺寸之外表示层高和休息平台高度的尺寸为第二道尺寸;第三道尺寸即最外边的一道尺寸(用来表明建筑物总高)。此外,室内、室外的一些细部构造的竖向尺寸也应标明。为了便于与平面图对照,剖面图中还把外墙或柱的轴线之间跨度尺寸标出。对建筑物中一些重要的表面,在剖面图中还必须以标高的形式表明其高度,比如:地面、楼面的高度,休息平台、阳台、窗台以及吊顶、过梁等处的表面的高度均应标明其高度。对诸如地面、楼面、屋面等处的构造层次较多又无法具体表明其具体材料及做法时可用分层注解的方式进行说明。对于剖面图中尚未表示清楚的一些局部或节点,必须用较大比例的图样说明其构造和做法。

剖面的剖切位置均应在底层平面图中给出。为了能以较少的剖面达到尽可能充分表现房屋的内部结构,剖面一般应选在门厅、楼梯间等构造较复杂的部位进行剖切;另外也应选择那些能反映不同类型房屋的内部结构的具有代表性的部位进行剖切。1.3.3 建筑立面图

建筑立面图实际就是用正投影法将房屋各个墙面进行投影所得到的正投影图。立面图主要用来表达房屋的外部造型、门窗位置及形式、外墙面装修、阳台、雨篷等部分的材料和做法等。立面图应根据正投影原理绘出建筑物外轮廓线、构配件、墙面做法及必要的尺寸和标高等。由于比例较小,立面图上的门、窗等构件也用图例表示。相同的门窗、阳台、外檐装修、构造做法等可在局部重点表示,绘出其完整图形,其余部分只画轮廓线。外墙表面分格线在立面图上应表示清楚并用文字说明各部位所用面材及色彩。

立面图的比例一般应与平面图相同。为使立面图轮廓清晰、层次分明,通常用粗实线表示立面图的最外轮廓线,外形轮廓线以内的,如凸出墙面的雨篷、阳台、柱子、窗台、屋檐的下檐线以及窗洞、门洞等用中粗线画出,地平线用标准粗度的1.2~1.4倍的加粗线画出且两端都要伸出外墙轮廓线之外15~20mm,其余,如立面图中的腰线、粉刷线、窗棂线等细部均采用细实线画出。立面图中的尺寸不宜过多,否则会影响立面的建筑美感,为确保施工准确应给出一些其他投影中还没有反映出的尺寸和进行外粉刷时所需的尺寸。为便于与平面图对照,还需将立面两侧外墙的轴线及编号绘出。

立面图图名常用以下三种方式命名:以建筑各墙面的朝向来命名,如东立面图、西立面图、南立面图、北立面图;以建筑主要出入口所在的位置命名,如主要出入口所在的面称为正立面图或主立面图,与其对应的一侧称为背立面图;以建筑两端定位轴线编号命名,如①—立面图、Ⓐ—Ⓔ立面图等。相关规范规定有定位轴线的建筑物宜根据两端定位轴线号编注立面图的名称。一个建筑物究竟取几个立面应视建筑本身复杂程度而定,如果建筑物的各个表面的形式或粉刷做法均不相同时需一一画出各自立面,对于较简单的对称式建筑物或对称的构配件等在不影响构造处理和施工的情况下立面图可绘制一半,并在对称轴线处画对称符号。

建筑形体一般都比较大,将所有的平、剖、立面图都画在同一张图纸上有困难,因而常将其分开绘制。但为了便于绘制和阅读,画图时还是力求使房屋的平、剖、立面图符合投影关系。为此常将房屋的正立面图和底层平面图放在同一张图纸内,并选用相同的绘图比例。立面图在上,平面图在下,使其符合投影关系。画图时应先画平面图,再画立面图;当平、剖、立面图都画在同一张施工图内时,则应先画平面再画剖面,再由平面、剖面根据“长对正、高平齐”的投影原理画出立面图。绘制建筑施工图总的原则是:从大到小,从总体到局部。住宅楼底层平面图的绘制步骤有5步:①根据房屋的开间、进深尺寸确定轴线位置画出轴线网;②根据轴线位置、墙的尺寸画出墙厚;③根据门窗相对轴线的相对位置尺寸定出门窗洞口的位置:④画出楼梯梯段踏步及其他细部构造的投影;⑤将已画好的底稿进行审核,无误后标注尺寸,注写文字,将图线加深。剖面图的画图步骤有4步:①确定进深轴线、定室内外地坪、划分层高及休息平台高;②定墙厚、楼板厚、门窗洞口及梯段的长、高画方格网;③画踏步、栏板及其他细部;④标注尺寸、注写文字、加深图线。立面图的绘制步骤有4步:①确定室内外地坪线、建筑外轮廓线等;②划分门窗洞口(根据其尺寸或根据各层层高尺寸确定其位置)、墙柱、腰线等次要轮廓;③画门窗细部及墙面粉刷线、台阶、雨篷等细部;④画材料符号、写文字说明、标注适当的尺寸和加深图线。1.4 建筑测量的程序及基本要求

普通测量工作的基本任务是确定地面点的空间位置(三维位置),由于普通测量一般都是在小范围内进行的,因此,地面点的空间位置的表达大多采用高斯平面直角坐标(或独立平面直角坐标)加高程的形式。

见图1-9,假设地面上2个点(A、B)的三维坐标已知,我们就可以根据这2个点确定周围任何一个点的位置。比如,要测定房角1的三维坐标,则在B点上利用水平角测量设备测出平面角β、利用尺1子丈量出B1间的水平距离(平面长度)D、利用高差测量设备测出B1B1点间的高差h,根据平面解析几何原理,A、B位置已定情况下,B1β、D确定了则1点的平面位置也就确定了,B点高程已知、h测1B1B1定了也就意味着1点的高程确定了。同理,对于任何一个未知点,只要测定它与已知点间的平面角β、水平距离D、高差h就可确定其三维坐标。所以角度、距离、高差就成了普通测量的3个最基本的工作任务。图1-9 普通测量的工作过程

普通测量的3个最基本工作任务中的角度包括水平角、竖直角、方位角;距离指水平距离。能进行水平角和竖直角测量工作的仪器有经纬仪、电子全站仪;能进行方位角测量工作的仪器有陀螺仪、罗盘仪;能进行距离测量工作的仪器有电磁波测距仪、电子全站仪、GPS、钢尺;能进行高差测量工作的仪器有水准仪、电子全站仪、GPS、经纬仪。从事建筑测量必须熟练掌握上述仪器的使用方法。过去测量工作的三大件是钢尺、经纬仪、水准仪,目前钢尺已被手持式激光测距仪代替、经纬仪已被电子全站仪代替,因此,现代测量工作的三大件是电子全站仪(含手持式激光测距仪)、GPS、水准仪。

在图1-9中,若要确定房角2点的三维坐标,直接通过A、B是无法办到的,因为A、B点均无法看到2点,即β、D无法测量,为此,我们必须先在2点附近找一个既能看到2点又能看到A、B中某一个的C点,在B点用测量1点的方法定出C点的三维坐标,再在C点上用通过B点测量1点的相同的方法定出2点的三维坐标。同样,要确定房角3点的三维坐标,直接通过A、B也无法办到,利用已测出三维坐标的C点也办不到(因为C点也无法看到3点),因此,必须在3点附近找一个既能看到3点又能看到C点的D点,在C点用测量1点的方法定出D点的三维坐标,再在D点用测量1点的方法定出3点的三维坐标。这就是测量的最简单的作业方法。不难理解,这种接力式的测量方法,接力传递的次数越多、测量的误差就越大,因为,每次测量都存在误差,前一次测量的误差必然会带到后一次的测量结果中,这就是测量误差的累积作用,因此,要控制测量误差的累积就必须采取相应的措施,这些措施就构成了测量工作的基本原则。测量工作的基本原则是“由高级到低级,先整体后局部,先控制后碎部”。首先构建全面覆盖全部国土范围的高精度国家天文大地网,通过国家天文大地网控制小区域的地方性控制网,再通过小区域的地方性控制网控制小范围的各种测量控制点(如图1-9中的A、B点),小范围的各种测量控制点控制零星的测量工作(如图1-9中的房角点1、2、3点)。国家天文大地网(简称国家大地网)是在全国领土范围内由互相联系的大地测量点(简称大地点)构成的,大地点上设有固定标志以便长期保存,国家大地网采用逐级控制、分级布设的原则并分一、二、三、四4个等级,目前国家大地网采用GPS技术布设以代替传统的三角测量法及导线测量法。在全国领土范围内,由一系列按国家统一规范测定高程的水准点构成的网称为国家水准网,水准点上设有固定标志以便长期保存并为国家各项建设和科学研究提供高程资料。国家水准网按逐级控制、分级布设的原则也分为一、二、三、四4个等级。一等水准是国家高程控制的骨干,沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国,构成网状。二等水准是国家高程控制网的全面基础,一般沿铁路、公路和河流布设。沿一、二等水准路线还要进行重力测量以提供重力改正数据。一、二等水唯测量称为精密水准测量。三、四等水准直接为测制地形图和各项工程建设用。全国各地地面点的高程,不论是高山、平原及江河湖面的高程都是根据国家水准网统一传算的。

建筑测量员的基本任务可概括为“测、算、绘、放”4个字,“测”就是利用测量仪器或工具在实地测出需要的相关数据(长度、角度、高差等),“算”就是对实地测出的相关数据进行处理(如计算坐标、高程),“绘”就是将测量结果绘制成图,“放”就是利用测量仪器或工具将各种工程设计位置在实地进行标定。第2章 水准仪

水准仪是在17—18世纪发明了望远镜和水准器后出现的,20世纪初在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出了微倾水准仪,20世纪50年代初出现了自动安平水准仪,20世纪60年代出现了激光水准仪,20世纪90年代出现了数字水准仪。水准仪是建立水平视线测定地面两点间高差的仪器,主要部件有望远镜、管水准器(或补偿器)、竖轴、基座、脚螺旋。按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和电子水准仪(又称数字水准仪);按精度分为精密水准仪和普通水准仪。2.1 光学水准仪的构造2.1.1 水准测量的基准

水准测量的基准是水准面。水准面是重力等位面,可理解为自由静止的水面,水准面有无数多个。人们将与平均海水面吻合程度最高的水准面称为大地水准面,大地水准面所包围的形体称为大地体,大地体即为地球的物理形状。大地水准面只有一个,可理解为自由静止的等密度海水在恒温、恒压、无潮汐、无波浪情况下向陆地内部延伸后所形成的封闭海水面。大地水准面是一个极端理想化的曲面,是不可能准确建立起来的,只能随着各方面条件的改善逐步趋近。精确的大地水准面无法建立,只能建立一个接近于它的替代品,这个替代品就是国家水准面。所谓国家水准面就是符合国家基本地理特征和需求的水准面,具有国家唯一性,国家水准面是一个国家统一的高程起算面。我国的国家水准面是青岛验潮站求出的黄海平均海水面。以青岛验潮站1950—1956年的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面(国家水准面)的系统称为“1956黄海高程系统”。根据1952—1979年的验潮站资料确定的平均海水面作为我国新的高程基准面的系统称为“1985国家高程基准”。我国国家水准面的基准体系是建立在青岛的水准原点网,该网由1个主点(国家水准原点,见图2-1)、6个参考点和附点共同组成。“1956黄海高程系统”的水准原点高程为72.289m,“1985国家高程基准”的水准原点高程为72.260m。目前,“1956黄海高程系统”已经废止。在利用高程数据时一定要弄清其归属的“高程系统”,“高程系统”不同时应根据“水准原点”高程差换算为同一个系统。图2-1 中国国家水准原点

高程有很多种,常用的高程有正高、正常高、海拔高、大地高。正高高程(简称正高)是地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离,记为H(“×”代表点名),由于大地水准面难以准确确定,故正高高×程也难以准确确定,因此,测绘和工程建设领域一般不采用正高高程系统。正常高高程(简称正常高)是地面点沿铅垂线方向到似大地水准面的距离,也记为H(“×”代表点名),似大地水准面是一个数学×水准面,因此,正常高可以以很高的精度确定,故测绘和工程建设领域普遍采用正常高系统(一般情况下,不特别声明时的高程均是指正常高,用水准仪获得的高差为正常高高差)。海拔高高程(简称海拔高或海拔)是地面点沿铅垂线方向到平均海水面的距离,也记为H×(“×”代表点名),大地水准面不是平均海水面(是对平均海水面的无限逼近),故海拔高高程也不容易准确确定,因此,测绘和工程建设领域一般也不采用海拔高高程。大地高高程(简称大地高)是地面点沿法线方向到参考椭球面的距离,记为h(“×”代表点名),大地×高是数学高,可以准确确定,GPS显示的高程就是大地高。测绘工作中除了采用水准测量原理获得的高程为正常高外基本都是大地高,比如三角高程、全站仪测高等。大地高的基准面是参考椭球面,参考椭球面与大地水准面(似大地水准面)间的差距是波动的(这种差距称为高程异常,只有准确获得高程异常、大地高才能转化为正常高)。在一些特殊的场合,如地下采矿、地下施工、建筑工程、桥梁工程等为满足某些需要人们也采用相对高程,地面点沿铅垂线方向到设定水准面的距离称为该点相对于该水准面的相对高程,记为(“×”代表点名、“+”代表设定水准面),土木工程中的“±0”系统就是典型的相对高程系统,土木工程中的“±0=19.566m”是指一层地坪(“±0”位置)的正常高(国家高程系统)为19.566m。

两个点的高低比较是用“高差”来衡量的,所谓高差就是两点相对于同一基准面的同名高程之差,记为h,“+”“×”为2个点的名+×称,高差计算公式为  (2-1)

h的含义是由A到B高程增加多少。同样,可有AB  (2-2)

h与h互称正反高差,两者互为相反数(即大小相等、符号ABBA相反)。2.1.2 水准仪的测高原理

利用水准仪获得高程的方法称为水准测量,水准测量是利用能提供水平视线的仪器(水准仪)测定地面点间的高差,进而推算高程的一种方法。见图2-2中,为求出A、B两点高差h,在A、B两点上竖AB立带有分划的标尺(水准尺),在A、B两点之间安置可提供水平视线的仪器(水准仪)。当视线水平时,在A、B两个点的标尺上分别读得读数a和b。则  (2-3)

式(2-3)中,η为地球弯曲对A点标尺读数的影响量;η为地球ab弯曲对B点标尺读数的影响量。

从图2-2不难看出,当水准仪到A、B两点标尺的距离相等(D=D)时η=η,此时,式(2-3)即变为实用公式ABab  (2-4)

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