建筑工程测量教案

1第一节建筑工程测量的任务一、测量学的概念测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学。它的内容包括测定和测设两部分。（1）测定测定是指得到一系列测量数据，或将地球表面的地物和地貌缩绘成地形图。（2）测设测设是指将设计图纸上规划设计好的建筑物位置，在实地标定出来，作为施工的依据。二、建筑工程测量的任务建筑工程测量是测量学的一个组成部分。它是研究建筑工程在勘测设计、施工和运营管理阶段所进行的各种测量工作的理论、技术和方法的学科。它的主要任务是：（1）测绘大比例尺地形图。（2）建筑物的施工测量。（3）建筑物的变形观测。测量工作贯穿于工程建设的整个过程，测量工作的质量直接关系到工程建设的速度和质量。所以，每一位从事工程建设的人员，都必须掌握必要的测量知识和技能。第二节地面点位的确定一、地球的形状和大小1．水准面和水平面人们设想以一个静止不动的海水面延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围了整个地球，这个闭合曲面称为水准面。水准面的特点是水准面上任意一点的铅垂线都垂直于该点的曲面。与水准面相切的平面，称为水平面。2．大地水准面水准面有无数个，其中与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面。在测量中的作用：它是测量工作的基准面。由大地水准面所包围的形体，称为大地体。3．铅垂线重力的方向线称为铅垂线。在测量中的作用：它是测量工作的基准线。4．地球椭球体（地球的形状）由于地球内部质量分布不均匀，致使大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面。选用地球椭球体来代替地球总的形状。地球椭球体是由椭圆NWSE绕其短轴NS旋转而成的，又称旋转椭球体。决定地球椭球体形状和大小的参数：椭圆的长半径a，短半径b扁率α。其关系式为：aba（1-1）我国目前采用的地球椭球体的参数值为：a=6378140m，b=6356755m，α=1：298.257。由于地球椭球体的扁率α很小，当测量的区域不大时，可将地球看作半径为6371km的圆球。在小范围内进行测量工作时，可以用水平面代替大地水准面。2二、确定地面点位的方法地面点的空间位置须由三个参数来确定，即该点在大地水准面上的投影位置（两个参数）和该点的高程。1．地面点在大地水准面上的投影位置地面点在大地水准面上的投影位置，可用地理坐标和平面直角坐标表示。（1）地理坐标是用经度λ和纬度φ表示地面点在大地水准面上的投影位置，由于地理坐标是球面坐标，不便于直接进行各种计算。（2）高斯平面直角坐标利用高斯投影法建立的平面直角坐标系，称为高斯平面直角坐标系。在广大区域内确定点的平面位置，一般采用高斯平面直角坐标。高斯投影法是将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。投影带是从首子午线起，每隔经度6˚划分一带，称为6˚带，将整个地球划分成60个带。带号从首子午线起自西向东编，0˚～6˚为第1号带，6˚～12˚为第2号带，…。位于各带中央的子午线，称为中央子午线，第1号带中央子午线的经度为3˚，任意号带中央子午线的经度λ0，可按式（1-2）计算。360N（1-2）式中N——6˚带的带号。我们把地球看作圆球，并设想把投影面卷成圆柱面套在地球上，使圆柱的轴心通过圆球的中心，并与某6˚带的中央子午线相切。将该6˚带上的图形投影到圆柱面上。然后，将圆柱面沿过南、北极的母线剪开，并展开成平面，这个平面称为高斯投影平面。中央子午线和赤道的投影是两条互相垂直的直线。规定：中央子午线的投影为高斯平面直角坐标系的纵轴x，向北为正；赤道的投影为高斯平面直角坐标系的横轴y，向东为正；两坐标轴的交点为坐标原点O。由此建立了高斯平面直角坐标系。地面点的平面位置，可用高斯平面直角坐标x、y来表示。由于我国位于北半球，x坐标均为正值，y坐标则有正有负m。为了避免y坐标出现负值，将每带的坐标原点向西移500km，如图1-5b所示，纵轴西移后：m636780136780500000Ay，m227560272440500000By规定在横坐标值前冠以投影带带号。如A、B两点均位于第20号带，则：m20636780Ay，m20227560By当要求投影变形更小时，可采用3˚带投影。3˚带是从东经1˚30′开始，每隔经度3˚划分一带，将整个地球划分成120个带。每一带按前面所叙方法，建立各自的高斯平面直角坐标系。各带中央子午线的经度λ′0，可按式（1-3）计算。n30（1-3）式中n——3˚带的带号。（2）独立平面直角坐标当测区范围较小时，可以用测区中心点的水平面来代替大地水准面。在这个平面上建立的测区平面直角坐标系，称为独立平面直角坐标系。在局部区域内确定点的平面位置，可以采用独立平面直角坐标。与数学中的平面直角坐标系的不同：3（1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）（2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。2．地面点的高程（1）绝对高程地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，简称高程，用HA表示。目前，我国采用的是“1985年国家高程基准”，在青岛建立了国家水准原点，其高程为72.260m。（2）相对高程地面点到假定水准面的铅垂距离，称为该点的相对高程或假定高程。用H/A。（3）高差地面两点间的高程之差，称为高差，用h表示。高差有方向和正负。A、B两点的高差为：ABABHHh当hAB为正时，B点高于A点；当hAB为负时，B点低于A点。A、B两点的高差与B、A两点的高差，绝对值相等，符号相反，即：BAABhh根据地面点的三个参数x、y、H，地面点的空间位置就可以确定了。第三节用水平面代替水准面的限度当测区范围较小时，可以把水准面看作水平面。探讨用水平面代替水准面对距离、角度和高差的影响，以便给出限制水平面代替水准面的限度。一、对距离的影响产生的误差△D为：223RDDD以不同的距离D值代入上式，则可求出距离误差ΔD和相对误差ΔD/D。结论：在半径为10km的范围内，进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不必考虑地球曲率对距离的影响。二、对水平角的影响从球面三角学可知，同一空间多边形在球面上投影的各内角和，比在平面上投影的各内角和大一个球面角超值ε。2RPρ式中ε——球面角超值（″）；P——球面多边形的面积（km2）；R——地球半径（km）；ρ——一弧度的秒值，ρ=206265″。以不同的面积P代入上式，可求出球面角超值。结论：当面积P为100km2时，进行水平角测量时，可以用水平面代替水准面，而不必考虑地球曲率对距离的影响。三、对高程的影响水平面代替水准面产生的高程误差，用△h表示，则4hRDh22上式中，可以用D代替D′，△h相对于2R很小，可略去不计，则RDh22（1-12）以不同的距离D值代入上式，可求出相应的高程误差△h。结论：用水平面代替水准面，对高程的影响是很大的，因此，在进行高程测量时，即使距离很短，也应顾及地球曲率对高程的影响。第四节测量工作概述一、测量的基本工作1．平面直角坐标的测定主要测量工作是测量水平角和水平距离。2．高程的测定测定地面点高程的主要测量工作是测量高差。测量的基本工作是：高差测量、水平角测量、水平距离测量。二、测量工作的基本原则1．“从整体到局部”、“先控制后碎部”的原则2．“前一步工作未作检核不进行下一步工作”的原则三、测量工作的基本要求“质量第一”的观点，严肃认真的工作态度，保持测量成果的真实、客观和原始性，要爱护测量仪器与工具。四、测量的计量单位1．长度单位1km=1000m，1m=10dm=100cm=1000mm2．面积单位面积单位是m2，大面积则用公顷或km2表示，在农业上常用市亩作为面积单位。1公顷=10000m2=15市亩，1km2=100公顷=1500市亩，1市亩=666.67m23．体积单位体积单位为m3，在工程上简称“立方”或“方”。4．角度单位测量上常用的角度单位有度分秒制和弧度制两种。（1）度分秒制1圆周角=360˚，1˚=60′，1′=60″（2）弧度制弧长等于圆半径的圆弧所对的圆心角，称为一个弧度，用ρ表示。21圆周角52062683433.571801弧度第二章水准测量第一节水准测量原理一、水准测量原理水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。5A、B两点间高差hAB为bahAB设水准测量是由A向B进行的，则A点为后视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。因此，高差等于后视读数减去前视读数。二、计算未知点高程1．高差法测得A、B两点间高差hAB后，如果已知A点的高程HA，则B点的高程HB为：ABABhHH这种直接利用高差计算未知点B高程的方法，称为高差法。2．视线高法如图2-1所示，B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，即bHHaHHiBAi这种利用仪器视线高程Hi计算未知点B点高程的方法，称为视线高法。在施工测量中，有时安置一次仪器，需测定多个地面点的高程，采用视线高法就比较方便。第二节水准测量的仪器和工具水准测量所使用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。国产水准仪按其精度分，有DS05，DS1，DS3及DS10等几种型号。05、1、3和10表示水准仪精度等级。一、DS3微倾式水准仪的构造DS3主要由望远镜、水准器及基座三部分组成。1．望远镜望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的。它主要由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板组成。2．水准器（1）管水准器管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。它是一玻璃管，其纵剖面方向的内壁研磨成一定半径的圆弧形，水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点称为水准管零点，通过零点与圆弧相切的纵向切线称为水准管轴。水准管轴平行于视准轴。水准管上2mm圆弧所对的圆心角τ，称为水准管的分划值，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20″，记作20″/2mm。为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。（2）圆水准器圆水准器装在水准仪基座上，用于粗略整平。圆水准器顶面的玻璃内表面研磨成球面，球面的正中刻有圆圈，其圆心称为圆水准器的零点。过零点的球面法线，称为圆水准器轴。圆水准器轴平行于仪器竖轴。气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，一般为8′～10′，精度较低。水准仪的轴线有:视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴水准管轴平行于视准轴，圆水准器轴平行于仪器竖轴63．基座基座的作用是支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接。它主要由轴座、脚螺旋、底板和三脚压板构成。转动脚螺旋，可使圆水准气泡居中。二、水准尺和尺垫1．水准尺水准尺是进行水准测量时与水准仪配合使用的标尺。常用的水准尺有塔尺和双面尺两种。（1）塔尺是一种逐节缩小的组合尺，其长度为2m～5m，有两节或三节连接在一起，尺的底部为零点，尺面上黑白格相间，每格宽度为1cm，有的为0.5cm，在米和分米处有数字注记。（2）双面水准尺尺长为3m，两根尺为一对。尺的双面均有刻划，一面为黑白相间，称为黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称为红面尺（也称辅尺）。两面的刻划均为1cm，在分米处注有数字。两根尺的黑面尺尺底均从零开始，而红面尺尺底，一根从4.687m开始，另一根从4.787m开始。在视线高度不变的情况下，同一根水准尺的红面和黑面读数之差应等于常数4.687m或4.787m，这个常数称为尺常数，用K来表示，以此可以检核读数是否正确。2．尺垫尺垫是由生铁铸成。一般为三角形板座，其下方有三个脚，可以踏入土中。尺垫上方有一突起的半球体，水准尺立于半球顶面。尺垫用于转点处。第三节水准仪的使用微倾式水准仪的基本操作程序为：安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。一、安置仪器（1）在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三