建筑工程测量教(学)案

建筑工程测量教案-----------------------作者：-----------------------日期：建筑工程测量课程类别：必修课课程性质：专业核心课程、考试课学时数：156学分：8.5课程的性质与任务建筑工程测量是建筑工程技术、工程监理专业学生必修的专业技术基础课。其作用和任务是：通过理论教学和实验，使学生获得必要的建筑工程测量基本知识、基本理论和操作技能训练，为后续课程以及学生将来从事施工和施工技术管理等工作打下一定的基础，培养学生分析解决施工中实际测量问题的能力和基本素质。课程的具体任务是使学生：1．掌握测量学的基本理论，基本知识；了解水准仪、经纬仪等常用测量仪器的构造；掌握其使用方法。2．掌握识读、绘制和使用大比例尺地形图和编绘竣工总平面图的初步技能；具有建(构)筑物的施工放样和和变形观测的初步技能。3．具有较强的动手能力和分析解决一般建筑工程测量实际问题的初步能力。[学时]：2学时第一章绪论[教学目的]：1、了解建筑工程测量的任务与内容现在与发展方向。2、理解测量工作的基准面和地面点位确定的方法。3、掌握高斯-克吕格正形投影的分带计算。[教学任务与内容]：1、建筑工程测量的任务与作用2、地面点位的确定3、测量工作的原则和程序[学时]：2学时。[教学条件]：多媒体教室。§1.1测量学简介测量学是研究地球的形状、大小确定地球表面各种物体的形状、大小、空间位置的科学。(1)地物和地貌1)地物——地面上天然或人工形成的物体，包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。2)地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵与平原等。地形——地物和地貌的总称。(2)测量学的任务测定与测设1)测定——使用测量仪器和工具，通过测量和计算，将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定符号缩小绘制成地形图。2)测设将地形图上设计的建筑物、构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。(3)测量在国民经济建设中的应用1)城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设①设计阶段——测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计使用；②施工阶段——将设计建构物的平面位置[教学条件]：多媒体教室[学习方法]：理论讲述、带领学生做课后习题[教具]：教材、笔记、出勤表、笔互动：提问互动：用幻灯片给学生演示地球的图片。和高程在实地标定出来，作为施工的依据；③工程完工后——测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理用；对某些重要建构筑物在建设中和建成后进行变形观测，保证建筑物安全。2)铁路、公路建设的测量工作①测绘路线附近地形图，在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。②建桥前，测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量与河床地形图、桥梁轴线长度，为桥梁设计提供资料，将设计桥台、桥墩位置标定到实地。③开挖隧道前，在地形图上确定隧道位置，计算隧道长度与方向，指示隧道开挖方向，保证隧道正确贯通。§1.2地球的形状和大小(1)、地球1)南北极稍扁，赤道稍长，平均半径为6371km的椭球。2)表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态。最高处——中国珠穆朗玛峰，8844.43m2005年中国测得。最低处——马里亚纳海沟，-10911m，1995年日本探测艇海沟号(Kaiko)测得。3)海洋面积——71%，陆地面积——29%。(2)地球的物理特性1)重力与铅垂线①重力——地球质点受万有引力与离心力的合力。②铅垂线方向——重力方向。2)水准面水准面——静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的封闭曲面。处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。因高度可变，水准面不唯一。3)大地水准面与平均海水面吻合的水准面。静止海水面向大陆延伸，形成的不规则的封闭曲面。大地水准面——唯一。§1.3测量坐标系与地面点位的确定(1)参心坐标系与地心坐标系物理空间——三维空间。表示地面点在某空间坐标系的位置需三个参数；确定地面点位——确定其在某个空间坐标系的三维坐标。空间坐标系——地心坐标系和参心坐标系。“地心”——地球质心，WGS-84为地心坐标系。“参心”——参考椭球中心，参心与地心一般不重合。1954北京坐标系与1980西安坐标系属参心坐标系。工程测量使用参心坐标系，地心坐标系与参心坐标系可以相互转换。互动：演示大地原点图片②大地地理坐标系表示地面点在参考椭球面上的位置。基准——参考椭球面和法线。用大地经度L，大地纬度B表示。P点大地经度L——P点大地子午面与首子午面的两面角P点大地纬度B——P点的法线与赤道面的夹角。大地经、纬度是根据起始大地点的大地坐标，按大地测量所得数据推算得到。起始大地点——大地原点，该点大地经纬度与天文经纬度一致。我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-石际寺村大地原点建立的大地坐标系——1980西安坐标系。大地原点的地理坐标约为东经108°55′，北纬34°32′，海拔417.2m。(3)平面直角坐标系球面坐标对局部测量不方便，工程测量一般在平面直角坐标系进行。地球是一个不可展的曲面，通过投影将地球表面物体化算到平面上，一定存在变形。案例——切橙子。1)高斯平面坐标系高斯投影——保持球面上的角度不变，边长存在变形，保角投影。德国科学家高斯在1820~1830年间，为解决德国汉诺威地区大地测量投影问题，提出的一种投影方法；1912年起，德国学者克吕格将高斯投影公式加以整理扩充并推导出了实用计算公式。使用高斯投影的国家——德国、中国、前苏联。地球按经线划分为带——投影带；用空心椭圆柱横套在参考椭球外面；椭圆柱与某一子午线相切——中央子午线，椭球面上图形按保角投影原理投影到椭圆柱体面上；沿过南北极的母线切开椭圆柱体，展开成平面，定义平面直角坐标系。按投影经度范围划分①统一6°带高斯投影首子午线起，每隔经度6°划分为一带(称统一6°带)西→东划分地球为——60个带。带号N从首子午线开始，用阿拉伯数字表示。第一个6°带中央子午线的经度为3°。带号N与中央子午线经度L0的关系——L0=6N－3已知任意点经度L，计算所在6°带的带号公式N=Int((L+3)÷6+0.5)北京天安门：东经116°23′26″，北纬39°54′27″香港会展中心：东经114°10′22″，北纬22°17′05″澳门大三吧牌坊：东经113°32′31″，北纬22°11′49″台北中山纪念堂：东经121°31′18″，北纬25°02′04″保角投影——球面上的角度投影到横椭圆柱面上保持不变，但长度变长。只有中央子午线与赤道投影后长度不变，并相互垂直。建立的直角坐标系——高斯平面直角坐标系。与数学笛卡尔坐标系的差异，x轴与y轴互换位置，象限顺时针编号，我国位于北半球，x坐标值恒为正，y坐标值则有正有负，最大y坐标负值约为-334km。为保证y坐标恒为正，我国统一规定将每带的坐标原点向西移500km，既给每个点的y坐标值加500km。为确定投影带位置，y坐标前冠带号。高斯投影长度变形——离中央子午线越远，长度变形越大；减小长度变形的方法之一——缩小投影带宽，经差。②统一3°带高斯投影带号n与中央子午线经度L’0的关系——L’0=3n已知经度L，计算所在3°带带号公式n=Int(L÷6+0.5)我国大陆经度范围——东经73°27′~东经135°09′用公式N=Int((L+3)÷6+0.5)求出统一6°带投影带号范围——13~23用公式n=Int(L÷3+0.5)求出统一3°带投影带号范围——25~45两种投影带的带号不重复根据y坐标前的带号可以判断属于何种投影带。③任意带高斯投影《城市测量规范》规定——长度变形值2.5cm/km(1/40000)可采用高斯投影任意带平面直角坐标系统，案例——广东江门中心经度——东经113°10′，位于统一3°带的38号带(中央子午线经度为114°)中央子午线以西98km。长度变形为1/83291/40000。为使长度变形1/40000，选择中央子午线经度=113°10′进行高斯投影；建立江门市独立坐标系；江门市区最边缘距离中央子午线23km，长度变形缩小为1/1500001/40000。2)大地地理坐标与高斯平面坐标的相互变换由L,B→x,y——高斯投影正算。由x,y→L,B——高斯投影反算。将某带x,y→相临带x,y——高斯投影换带计算。计算公式较复杂，用光盘程序PG2-1.exe计算。先用Windows的记事本编写一个文本数据文件。存盘文件名的前两个字符应为da。§1.3.2一维高程系(1)高程定义A点高程——A点到大地水准面的垂直距离，HA表示。大地水准面的确定——在海边设立验潮站，长期观测，求得海水面的平均高度作为高程零点，以通过该点的大地水准面为高程基准面。WGS-84坐标系——原点位于地球质心，z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。§1.4地球曲率对测量工作的影响测区范围较小，大地水准面近似为水平面时对水平距离和高程的影响§1.5测量工作概述(1)、测量的任务——测定和测设1)测定——地物，地貌一定比例尺缩绘成地形图。在测区布设控制点A,B,C,D,E,F，测出其x,y,H坐标，已知点安置仪器，测量地物与地貌特征点坐标，特征点坐标按比例尺缩小展绘到图纸。地物、地貌特征点——碎部点，测量碎部点坐标的方法与过程——碎部测量。2)测设——将图纸设计的建构筑物放样到实地。已设计出P、Q、R三幢建筑物，用极坐标法标定到实地——在A点安置仪器，F点定向，拨角β1，在该方向上量距S1(2)结论测定、测设在控制点上进行。测量工作的原则——先控制后碎部测量规范规定，测量控制网——由高级向低级分级布设。平面三角控制网——一等、二等、三等、四等5″、10″和图根网的级别分级布设，一等网——精度最高，图根网——精度最低。控制网等级高，网点之间的距离大、点的密度稀、控制的范围大。控制网布网原则——从整体到局部。§1.6测量常用计量单位与换算测量常用角度、长度、面积几种法定计量单位的换算关系第二章水准测量[教学目的]：1、了解测定地面点高程的几种方法和原理。2、理解在建筑工程测量中被广泛应用的视线高测量方法，转点和测站的意义。3、掌握水准仪的基本操作程序、度数方法、记录计算和各项检验校正。[教学任务与内容]：1、水准测量的原理2、水准测量的仪器和工具3、水准仪的基本操作程序[学时]：22学时[教学条件]：多媒体教室[学习方法]：理论讲述、带领学生做室外测量训练[教具]：教材、笔记、出勤表、笔4、水准测量方法[学时]：22学时。[教学条件]：多媒体教室。[教学方法]：先用多媒体理论教学，然后带领学生做室外测量练习。高程测量——测量地面点的高程。方法——水准测量、三角高程测量、GPS高程测量、气压高程测量、水准测量——精度最高§2.1水准测量原理水准仪——水平视线，读取水平视线在标尺上的读数，水准测量方向——A→B。A尺——后视尺，读数a——后视读数。B尺——前视尺，读数b——前视读数。A→B高差hAB=a－bA点高程HA已知，求出B点高程HB=HA+hAB视线高程Hi=HA+aB点高程HB=Hi－b常用于施工测量，放样点的高程。提问：如何计算高差A，B两点相距较远时，连续水准测量。中间设置转点(TP)，放置尺垫。h1=a1－b1，h2=a2－b2，h3=a3－b3，……，hn=an－bn。hAB=h1＋h2＋h3＋……＋hn=ΣhihAB=Σai－Σbi§2.2水准测量的仪器与工具水准仪，水准尺，尺垫。微倾式水准仪调整微倾螺旋→管水准气泡居中→水平视线，水准仪——望远镜、水准器、基座。3)水准尺与尺垫水准尺：2m~5m，有四种类型，常用直尺。直尺——A、B尺，两把一对，每把有黑、红两面分划与注记。A尺——黑面分划0~3m，红面分划4.687m~7.687m。B尺——黑面分划0~3m，红面分划4.787m~7.787m。A、B尺黑面注记的零点差为0，红面注记的零点差为0.1m。§2.3水准测量的方法(1)水准点水准测量等级：一、二