способ корректировки измерений при детальных разбивочных работах на высоких монтажных горизонтах

Формула изобретения

Способ корректировки измерений при детальных разбивочных работах на высоких монтажных горизонтах, заключающийся в многократном определении электронным тахеометром местоположений характерных точек строящегося сооружения без линий, только по их координатам и относительно координат исходной точки, которые определяют проложением теодолитного хода от ближайшей к месту строительства опорной точки с известными координатами, отличающийся тем, что при детальных разбивочных работах вводятся поправки в координаты точек за искажения влияниями изменений температуры окружающей среды и детальные разбивочные работы на высоких монтажных горизонтах производятся в координатах с учетом этих поправок, с соблюдением условия равенства или достаточной близости значений температуры окружающей среды во время производства повторных измерений на низшем монтажном горизонте для получении поправок в координаты и во время производства детальных разбивочных работ с поправками в координаты на высоких монтажных горизонтах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительной геодезии и предназначается для производства геодезических работ в промышленном и гражданском строительстве.

При возведении зданий и сооружений скользящей опалубки разметки местоположений колонн и других несущих конструкций в последнее время производят электронными тахеометрами. Выполнение указанных работ электронными тахеометрами исходит из следующих удобств и преимуществ, а именно: измерения выполняются малым количеством работающих специалистов, с единым типом геодезического прибора и однотипно на всех этапах подготовки и обеспечения строительства. Этапы подготовки и геодезического обеспечения строительства следующие: изыскательные работы, производство геодезических разбивочных работ, геодезическое сопровождение строительства и производство исполнительных съемок. Более конкретно на этапах: производство геодезических разбивочных работ с последующим геодезическим сопровождением; известные и традиционные геодезические приборы и способы, такие как вертикальное проектирование точек и осей на последующие монтажные горизонты приборами типа зенит-лот, лазерными визирами и лазерными построителями плоскостей являются трудоемкими (см. подробнее, стр.171, стр.371, Войтенко С.П. и др. «Справочник по геодезическим работам в строительно-монтажном производстве» М., 1990, см. стр. 95, Багратуни Г.В. и др. «Справочник по геодезическим разбивочным работам» М., 1982).

По мнению авторов, указанные трудности дополнительно усугубляются неучетом искажений в местоположениях осей и точек вследствие деформаций каркасов несущих конструкций зданий и сооружений. А предлагаемый способ предполагает учет искажений в местоположениях осей и точек, вызванных деформациями каркасов несущих конструкций влияниями изменений температуры окружающей среды непосредственно на этапе строительства. В отечественных публикациях указанный вопрос детально не описан, компенсация температурных удлинений и укорочений производится посредствам созданий температурно-деформационных швов (см. подробнее, стр. 488, Микульский В.Г. «Строительные материалы» М., 1996).

Современные методы, а также механико-математические программные продукты, позволяют производить строгие расчеты несущих способностей каркасов зданий и сооружений на компьютерах в динамических состояниях в виде моделей. С точки зрения геодезического обеспечения строительства и по мнению предлагающих авторов, в настоящее время необходимо производить компьютерные расчеты искажений, которые вызваны влияниями изменений температуры окружающей среды. Поскольку неучет указанного фактора может в последующем привести к трещинам в каркасах, а строительство может сопровождаться искажениями геометрических параметров, а также нарушениями нормативов точности в выполнении геодезических работ (см. требования. Строительные нормы и правила, СНиП-3.01.03-84). Искажения геометрий каркасов зданий и сооружений, в особенности высотных - нежелательны; возможность учета указанных факторов существует. С точки зрения обоснованного и рационального геодезического сопровождения строительства предлагаемый авторами способ является легко осуществимым и адаптируемым в применении для различных видов возведений зданий и сооружений. В отдельности каркасы несущих конструкций, возводимые из цельномонолитного железобетона, выделяются и имеют существенные конструктивные особенности, а именно, отливаясь из монолитного железобетона, конструктивные элементы имеют жесткие крепления в местах соединений. Элементы конструкций: колонны, балки, фермы и перекрытия этажей, монолитно соединяясь, образуют единый, цельный каркас. С точки зрения динамических воздействий такие конструкции, которые не имеют «люфтов» в местах соединений, могут вызвать трещины в каркасах. Известные традиционные способы возведения каркасных зданий и сооружений из сборных железобетонных изделий в нашей стране имеют строгие механико-математические расчеты в динамических состояниях, учитывают растяжения и сжатия в местах креплений элементов конструкции (см. подробнее стр.41 «Руководство по расчету точности геодезических работ в промышленном строительстве, М., 1979).

По мнению авторов, острота отмеченной проблемы, в целом, задается следующими факторами: конструктивными особенностями каркасов несущих конструкций, также геометрическими размерами ее габаритов, а также воздействием на объект строительства широкого диапазона температур (например, для наших климатических условий t=60°C при разности температур от +30°С до -30°С).

Исходя из практического опыта, авторы установили, что требуемые и заданные точности (см. «Строительные нормы и правила СНиП-3.01.03-84) перестают соблюдаться с увеличением размеров: горизонтальных габаритов и высот возводимых зданий и сооружений. В особенности, это проявляется в зданиях и сооружениях, возводимых каркасами из цельномонолитного железобетона. Поскольку с увеличением размеров возводимых зданий и сооружений ощутимыми оказывается их подверженность искажениям, вызванным деформациями каркасов под влиянием температуры окружающей среды. А заданные точности измерений исходят из строгих математических расчетов, выполненных теорий ошибок измерений (см.стр.362, Болыпаков В.Д. «Справочник геодезиста» Кн.2, М., 1985 и стр.30 Кн.1 М., 1985), а также из малого влияния геодезических измерений на конечные точности геометрических параметров возводимых каркасов зданий и сооружений. Кроме того, точности выполнения геодезических измерений рассчитываются для всех этапов подготовки и сопровождения строительства с тем, чтобы исключить более грубые измерения (на каком-либо этапе, которая может привести к ликвидации трудозатрат и ликвидации достигнутых точностей измерений). Исходя из предпосылок, что установленные точности (см. Стр.27, Руководство по расчету точности геодезических работ в промышленном строительстве, М., 1979) являются неукоснительными и обоснованными, а выполняемые геодезические работы должны соответствовать строительным нормам и правилам (см. СНиП-3.01.03-84), предлагается нижеследующее.

Теоретические аспекты предлагаемого способа. Под воздействием температуры изменяется линейная длина объекта, т.е. объект из железобетона удлиняется или укорачивается. Справедливо суждение, что определенной температуре соответствует определенная линейная длина; например, изделие изготовлено из железобетона. Следовательно, линейная длина находится в функциональной зависимости от воздействующей температуры и представима в виде: l=f(t), где l - линейная длина, t - температура воздействия. Также справедливо, что для начального условия, т.е. для фиксированной температуры t=t₀, соответствует линейная длина l=l₀, где t₀ - начальная температура, l₀ - начальная линейная длина. Как известно (см. Стр. 291, Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление. Т.2. М., 1972), линейная функция может быть разложена в ряд Тейлора и исходя из указанных выше обозначений и принятого начального условия, данный ряд представим в виде:

Приняв обозначение разностей:

где l - величина изменения линейной длины, At - величина изменения температуры.

Учитывая исследования (см. стр. 359, Большаков В.Д. Справочник геодезиста. Кн.2, М., 1985), справедливо суждение, что величины средних квадратических ошибок результатов измерений не должно превышать относительной погрешности: 1/5000. Следовательно, справедливо условие:

Кроме того, можно утверждать, что если указанные величины превышают указанную относительную погрешность, следовательно, обязательно необходимо учитывать искажающий фактор.

С точки зрения строительной геодезии вышеуказанные суждения означают следующее, а именно: если здания и сооружения возводятся каркасами из монолитного железобетона, с горизонтальными габаритами порядка 60 метров или высотами порядка 16 этажей (см. подробнее, требования стр. 359, Большаков В.Д., Справочник геодезиста. Кн., М., 1985, и см. стр. 78, Сытник B.C. Строительная геодезия, М., 1974), то изменения геометрических параметров каркасов могут превысить условия малого влияния, а с воздействием разностей температур (например, порядка t=60°C, т.е. от +30°С до - 30°С) могут превысить нормативные точности, принятые в нашей стране (см. СНиП-3.01.03-84). Причем с получением искажений геометрических параметров каркасов, на этапе строительства. Практический опыт авторов показывает, что величины искажений при близких к указанным условиям достигают сантиметровых величин, в то время как нормативные допуски составляют миллиметры, причем с вводом в рассмотрение коэффициента понижения точности, равной 3 (см. стр.93, Багратуни Г.В. Справочник по геодезическим разбивочным работам. М., 1982).

Учет вышеуказанных искажений возможен с вводом поправок и не представляет трудностей при работе с электронными тахеометрами, предварительно проделав расчеты на компьютере. Например, воспользовавшись формулой (1) и ограничившись производной функции: l=f(t) первого порядка, решением следующего дифференциального уравнения:

f'(t ₀)t+l-l ₀=0.

Однозначное решение указанного дифференциального уравнения с анализом линейной функции l=f(t) (см. стр. 19. Пискунов Н.С. Дифференциальные и интегральные исчисления Т.2, М., 1972).

Для случаев точных расчетов, а именно учитывая производную функцию второго порядка, решив следующее дифференциальное уравнение:

Указанные дифференциальные уравнения получены, ограничиваясь первыми и вторыми членами ряда Тейлора (1), считая, что остальные члены ряда равны нулю.

Если ввести обозначения (для аналогии, первых и вторых производных следующими): '=f'(t ₀) и =f"(t ₀), то уравнение примет вид:

Данное уравнение сходится с уравнением линейной меры, для мерных принадлежностей (см. стр. 264, Кузьмин Б.С. «Краткий топографо-геодезический словарь, М., 1979). Расхождения квадратичного коэффициента, уравнения линейной меры и ¹/₂ часть второй производной функции l=f(t), представленной в формуле (2), объясняется нижеследующим. По исследованиям (см. подробнее, стр. 240, М.Машимов «Методы математической обработки астрономо-геодезических измерений» М. 1990). Вывод термического уравнения жезла посредством аппроксимации полинома (параболическая интерполяция по интерполяционным формулам Лагранжа) с целью получения достаточно точных термических коэффициентов и утверждается. Что достигается хорошая аппроксимация параболами «2-го порядка. Следовательно, можно ограничиться вторым производным функции l=f(t). Кроме того (см. подробнее стр. 53, Н.С.Пискунов «Дифференциальное и интегральное исчисление». Кн. 2, М. 1972), если первая производная функции является постоянной ( термический эффект и первая производная функции l=f(t)), то можно утверждать, что l=f(t) - линейная функция, поскольку производная является постоянной только у линейных функций. Следовательно, вышеприведенные выводы получения дифференциальных уравнений разложением в ряд Тейлора, отбрасыванием остаточной части и приравниванием нулю могут быть справедливым в теоретических вычислениях изменений линейных длин, в зависимости от изменений температуры.

Наиболее близким аналогом предлагаемому решению является способ производства разбивочных работ (см. «Патент РФ №2176778 от 10.12.2001, МПК 7 G 01 С 7/02, Хакимуллин Н.М и др.) Предлагаемое расширяет возможности указанного аналога, для случаев производства детальных геодезических разбивочных на более высоких монтажных горизонтах.

Указанный ближайший аналог с точки зрения предлагаемого способа имеет недостаток. А именно, вследствие расположения РМГ (рабочее место геодезиста) с ТТЛ (точкой геодезического прибора) в непосредственной близости к возводимому объекту становится затруднительно передавать координаты на более высокие монтажные горизонты. Стремясь к единости и однотипности выполняемых геодезических работ (производство геодезических работ электронными тахеометрами и производством измерений в координатах), было бы целесообразнее производить измерения непосредственно на монтажном горизонте. А именно, с геодезическим прибором (обязательно электронным тахеометром), установленным, ориентированным и с установленными координатами точки стояния, производить разметки местоположений характерных точек непосредственно на монтажном горизонте (см. фиг.1, фиг.2). Указанная цель осуществима, если 2 точки находятся на оптимальном удалении от возводимого объекта, и координаты этих точек определены ранее посредством «взятия координат на прибор и становится возможным получать координаты прибора, установленного на монтажном горизонте (см. фиг.1, фиг2.). В последующем существует возможность выполнения детальных геодезических разбивочных работ ((разметки характерных точек: точек оснований возводимых колонн, точек лифтовых шахт, точек этажных проемов и др.) по составленной ранее ведомости координат, в единой системе координат: наземных точек). И в вышеуказанной последовательности достигнуть ряда удобств и преимуществ относительно известных и вышеперечисленных традиционных способов.

Преимущества предлагаемого способа выражаются в нижеследующем. Предлагаемый способ корректировки измерений расширяет возможности указанного ближайшего аналога, кроме того учитывает искажения, вызванные деформациями каркасов влияниями температуры окружающей среды. Указанные преимущества достигаются посредством получений натурных поправок и введением полученных поправок в геодезические измерения при детальных разбивочных работах на высоких монтажных горизонтах.

Предлагаемый способ корректировки измерений обладает следующими отличительными признаками, а именно: в сравнении с указанным ближайшим аналогом позволяет производить детальные разбивочные работы на высоких монтажных горизонтах. А главное, посредством полученных натурных поправок к координатам характерных точек (повторными измерениями на низшем монтажном горизонте) позволяет учесть искажения в местоположениях осей и точек, вызванные влиянием температуры окружающей среды. Позволяет сравнить полученные повторными измерениями натурные поправки с теоретическими, рассчитанными на компьютере, с возможностью установления достоверности и предполагая последующий этапный переход: получение поправок теоретическим путем. В целом на возводимых высоких монтажных горизонтах позволяет производить разметки местоположений характерных точек без искажений от влияний температуры окружающей среды, при этом придерживаясь цели: единости и однотипности выполнений геодезических измерений на всех этапах подготовки и обеспечения строительства (электронными тахеометрами только в координатах).

Сущность предлагаемого способа заключается в нижеследующих действиях. Строительный объект: здание или сооружение на этапе строительства, ввиду отсутствия наружных стен и окон, а также ввиду отсутствия отопления, является подверженным различным температурам окружающей среды. Например, если первые этажи построены в зимнее время года, а верхние - в летнее время года, то габариты каркасов на монтажных горизонтах будут различаться вследствие искажений, вызванных влиянием температуры окружающей среды. И различия достигают (установлено на практике) сантиметровых величин. Поскольку при возведениях скользящей опалубкой перекрытия этажей изготавливаются из цельномонолитного железобетона, производство разметок местоположений характерных точек: точек оснований колонн, точек этажных проемов, точек лифтовых шахт и др., с геодезической точки зрения необходимо производить при одинаковой температуре окружающей среды, причем на всех монтажных горизонтах (см. Фиг.2). Поскольку это условие является труднособлюдаемым, то производство геодезических работ с электронными тахеометрами необходимо выполнять в следующей последовательности. На низшем монтажном горизонте, например, 1-й или 2-й этаж, имеются точки с координатами, обычно закрепляемые дюбелями, которые использовались для разбивки местоположений колонн и установки опалубок при возведении опорных конструкций. Также имеется ведомость координат, по которой производилась разметка указанных точек. И если (при другой, сильно различающейся температуре окружающей среды) произвести повторные измерения на отмеченные дюбелями существующие точки, то арифметические разности значений координат из ведомости и измеренные повторно будут поправками за искажения цельномонолитного, железобетонного межэтажного перекрытия, вызванные разностью температуры окружающей среды. Поскольку колонны и другие опорные конструкции при переходе с этажа на этаж являются, в идеальном случае, продолжающимися строго вертикально, то перенос значений координат на более высокие монтажные горизонты обязательно предполагает равенство координат вышеназванных точек (см. Фиг.2). Следовательно, местоположения характерных точек на высоких монтажных горизонтах необходимо производить по повторно и натурно измеренным координатам нижнего монтажного горизонта, при этом оценивая погрешности центрирования электронного тахеометра и также полагая присутствие погрешностей разметок характерных точек. А ранее приведенные теоретические суждения позволяют получать линейные длины от геодезического прибора до различных точек. Электронный тахеометр (включающий в себя светодальномер) позволяет измерять линейные длины. Арифметические разности линейных длин, измеренных и вычисленных, позволяет судить и оценивать присутствие указанных погрешностей (центрирования тахеометра и неоднозначности повторных установок отражателя). Однако, отдавая предпочтение координатам, измеренным повторно и натурно полученным на низшем монтажном горизонте, необходимо производить разметки местоположений точек на высоких монтажных горизонтах, при этом температура окружающей среды во время измерений внизу и во время разметок наверху должна быть одинаковой или достаточно близкой по числовым значениям, поскольку разность температур может вызвать удлинение или укорочение цельномонолитного межэтажного перекрытия. Теоретические расчеты на компьютере производятся целью оценки точности натурных поправок, полученных путем повторных измерений. Причем натурные поправки автоматически включены в повторные измерения, т.е. на определенную температуру окружающей среды. На фиг.2 изображено получение прямоугольных координат х, у и получение линейной длины d. Также из курса инженерной геодезии известно (см.стр.52, Т.И.Хаметов, Геодезическое обеспечение проектирования, строительства и эксплуатации зданий, сооружений, М., 2002 г.) уравнение: где d - линейная длина (горизонтальное проложение), х - разность координат относительно оси X, у - разность координат относительно оси У. В представленном случае, руководствуясь смысловыми ограничениями, можно утверждать, что l=d. И это означает, что изменение линейной длины векторно разложимо на координатные оси. Вышеуказанные суждения дополнительно позволяют утверждать, что существует возможность получения поправок только теоретическими расчетами на компьютере, но только после достаточных практических апробаций предлагаемого способа. В случаях строительства сооружений большой протяженности, имеющих значительные горизонтальные габариты, необходимо учитывать, что перенос осей за температурно-деформационные швы происходит с искажениями. Чтобы исключить присутствие искажений, необходимо измерения локализовать в границах температурно-деформационных швов. В случаях переходов через указанные швы производить введение поправок, получением их из измерений температурно-деформационных швов штангенциркулем или миллиметровой линейкой (см. подробнее стр.488. Микульский В.Г. «Строительные материалы». М., 1995). И придерживаясь правил, что координаты наземных точек являются неподвижными, а координаты характерных точек на железобетонных основаниях являются искаженными влияниями температуры окружающей среды.

Современные механико-математические программные продукты и геодезические приборы со встроенными процессорами обработки данных позволяют производить необходимые расчеты непосредственно на этапе строительства. Предлагаемый способ достаточно легко осуществим и адаптируем для различных видов возведений зданий или сооружений. Предлагаемый учет искажений в местоположениях точек обеспечивает соблюдение геометрических параметров и габаритов каркасов, тем самым защищая несущую конструкцию от трещин, а здание или сооружение от аварийных ситуаций.