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[摘要]在分析高层建筑垂直度监测常用方法的基础上，着重探讨了一种快速、简便的垂直度监测方法，并分析垂直度监测精度。通过实际工程验证，采用这种方法，完全可用于高层建筑的垂直度监测，能获得满意的监测结果。
[关键字] 高层建筑 安全监测 垂直度 激光铅垂仪
[中图分类号]TU198+.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-243-2
0 引言
随着国民经济发展，高层建筑越来越多。而高层建筑物的安全监测主要包括两个方面，一方面是沉降观测，另一方面是垂直度监测。前者主要是使用精密水准仪采用周期观测的方法定期测出高层建筑物在不同荷载时的下沉量，及时发现异常沉降，以便采取适当可行的办法，保证建筑物的安全，这已作为高层建筑物竣工验收的必备条件，它主要反映了地基勘探、基础设计和基础施工等的优劣；后者是为了保证建筑物各层轴线的位置及设备安装如电梯、外玻璃幕墙等的要求，所进行的竖向监测--即垂直度监测，它反映了施工质量和地基沉降的综合影响。
建筑物竖向测量误差在本层中不得超过±3mm，全楼累积测量误差不得超过±5mm，现浇混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1000且≤30mm。因此，对于高层建筑而言，如何控制和监测其垂直度，值得人们关注。
常用的垂直度监测方法主要有三种--吊锤线法、经纬仪投测法和激光铅垂仪投测法。前面两种具有仪器设备简单、施工方法简便的优点，被施工单位广泛采用。但该方法受外界风力、场地条件影响较大，特别在高层建筑中操作起来比较困难。而利用激光铅垂仪进行投测，其原理是利用仪器发射的垂直激光束形成的投测光斑，逐层投点，从而确定逐层轴线的偏差。这种方法精度较高，方便快捷，对施工场地没有特殊要求。因此这种方法在高层建筑中逐步得到广泛应用。
1 监测方法
施测前，激光铅垂仪必须进行检验，在每个监测点架设仪器，精确整平，但无需对中。接通电源，在±0.0附近处调小激光光斑，分别量出两次（另一次是旋转180？）光斑中心到框架柱之间的距离，取平均值；同样方法再量算出楼高处光斑中心到框架柱之间的距离，两值相减即为框架柱上下的偏差。工作中可用对讲机作为通讯工具进行联系。
经试验分析，我们发现丈量光斑中心和框架柱之间距离用的三角尺如果不垂直于框架柱，则误差较大，有时达3～4mm，特别是站在脚手架上，很难保证三角尺垂直，为此我们对三角尺进行适当的改装，将一块有机玻璃B垂直粘连在三角尺A上，且使三角尺短边和有机玻璃短边在同一平面上，构成"T型三角尺"，如图1所示。这样一方面可以保证精度，另一方面便于测量，提高效率。
以有机玻璃不垂直于三角尺误差为±5′，激光光斑距离框架柱为400mm计，则由此带来的垂直度测量误差为±0.58mm。
2 精度分析
根据《混凝土结构工程施工及验收规程》（GB50204-92），现浇混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1000且≤30mm的要求。如建筑物高为46m，则允许偏差不得超过±30mm。必须做到：
最终测量误差限差：M限 = ± 30/10 mm = ± 3 mm
最终测量中误差：M = M限/2 = ± 1.5 mm
下部（或上部）量测中误差：M下 = ± 1.5/√2 = ± 1.1 mm
下部（或上部）一次量测中误差：M1 = ± 1.06×√2 = ± 1.5 mm
从上面分析可知，在下部（或上部）观测时，每次测量误差不得大于±1.5mm。
而利用激光铅垂仪进行垂直度监测，其误差主要有仪器剩余误差、三角尺不垂直于墙的误差、读数误差和外界因素带来的误差。因此其精度估算公式为：
m = ±
式中：m仪为残余误差，经反复检校后，可以保证m仪 ≤ ± 0.5 mm；
m尺为三角尺不垂直于墙的误差，m尺 ≤ ± 0.58 mm；
m读为读数误差，因有时观测者蹲在脚手架钢管上，不方便读数，故取m读 ≤± 1.0 mm；
m外為外界因素带来的误差，取m读 = ± 0.2 mm。
由此可算得利用激光铅垂仪一次观测精度为m = ± 1.28 mm，完全可以满足监测高层建筑垂直度监测的要求。
3 具体工程监测分析
受某地产开发公司委托，我们对开发的某一高层建筑主体进行垂直度监测。该高层建筑物长126.34m，宽12.8m，檐高46.4m，现浇框架十六层，预制静压桩基础。施工单位拟用外控法进行垂直度控制，在框架柱外侧，用经纬仪投测各轴线，另外在各流水段区域四角框架柱内侧预留检测孔，用重锤线吊投复查，实行双控，互为检核。施工现场该建筑物只有一面较开阔，另三面均有相距很近的施工围墙和相邻建筑，无法架设经纬仪，故施工单位的方法值得推敲。而且建筑主体刚结顶，四周围有尼龙安全网，故用经纬仪监测是不现实的。为此选用苏一光的激光铅垂仪，标称精度1/30000。按甲方要求，共计布设了16个监测点，如图2所示，具体监测成果如表1所示。
从上表可以发现，2、7、13号点的垂直度偏差比较大，超过了2cm，但没有超过规范要求。从同期的沉降观测报告可知，近河一侧的沉降量大于另一侧，平均约大3mm，根据高宽比，垂直度偏差应有±1.5cm左右，但从上表中没有发现这个规律。由此可见在该建筑物施工中，现浇混凝土柱的误差相对比较大。
4 结论
结合实际工程实践，在高层建筑物垂直度监测过程中得到一些体会：
（1）高层建筑物垂直度监测受外界条件、场地因素限制较大，用激光铅垂仪投测是比较理想的方法，无需对中，方法简便，精度高。
（2）为便于量测和提高效率，使用特制"T型三角尺"，可以有效保证三角尺与框架柱的垂直度，大大提高了监测精度。
（3）激光铅垂仪监测只能反映混凝土柱上下点与点之间的垂直度情况，无法测量整个混凝土柱面的垂直度，这是激光铅垂仪的缺陷。是否可以用摄影测量等别的方法进行监测，值得探讨。
（4）在建筑物施工阶段进行监测，要特别注意安全，防止上部落物损害人员、仪器，尤其是激光铅垂仪物镜。
参考文献
[1]JGJ 8-2007.建筑变形测量规范.
[2]JGJ3-91.钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规定.
[3]GB50204-92.混凝土结构工程施工及验收规程.
[4]陈永奇，吴子安，吴中如.变形检测分析与预报[M].北京出版社.1998.
[关键字] 高层建筑 安全监测 垂直度 激光铅垂仪
[中图分类号]TU198+.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-243-2
0 引言
随着国民经济发展，高层建筑越来越多。而高层建筑物的安全监测主要包括两个方面，一方面是沉降观测，另一方面是垂直度监测。前者主要是使用精密水准仪采用周期观测的方法定期测出高层建筑物在不同荷载时的下沉量，及时发现异常沉降，以便采取适当可行的办法，保证建筑物的安全，这已作为高层建筑物竣工验收的必备条件，它主要反映了地基勘探、基础设计和基础施工等的优劣；后者是为了保证建筑物各层轴线的位置及设备安装如电梯、外玻璃幕墙等的要求，所进行的竖向监测--即垂直度监测，它反映了施工质量和地基沉降的综合影响。
建筑物竖向测量误差在本层中不得超过±3mm，全楼累积测量误差不得超过±5mm，现浇混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1000且≤30mm。因此，对于高层建筑而言，如何控制和监测其垂直度，值得人们关注。
常用的垂直度监测方法主要有三种--吊锤线法、经纬仪投测法和激光铅垂仪投测法。前面两种具有仪器设备简单、施工方法简便的优点，被施工单位广泛采用。但该方法受外界风力、场地条件影响较大，特别在高层建筑中操作起来比较困难。而利用激光铅垂仪进行投测，其原理是利用仪器发射的垂直激光束形成的投测光斑，逐层投点，从而确定逐层轴线的偏差。这种方法精度较高，方便快捷，对施工场地没有特殊要求。因此这种方法在高层建筑中逐步得到广泛应用。
1 监测方法
施测前，激光铅垂仪必须进行检验，在每个监测点架设仪器，精确整平，但无需对中。接通电源，在±0.0附近处调小激光光斑，分别量出两次（另一次是旋转180？）光斑中心到框架柱之间的距离，取平均值；同样方法再量算出楼高处光斑中心到框架柱之间的距离，两值相减即为框架柱上下的偏差。工作中可用对讲机作为通讯工具进行联系。
经试验分析，我们发现丈量光斑中心和框架柱之间距离用的三角尺如果不垂直于框架柱，则误差较大，有时达3～4mm，特别是站在脚手架上，很难保证三角尺垂直，为此我们对三角尺进行适当的改装，将一块有机玻璃B垂直粘连在三角尺A上，且使三角尺短边和有机玻璃短边在同一平面上，构成"T型三角尺"，如图1所示。这样一方面可以保证精度，另一方面便于测量，提高效率。
以有机玻璃不垂直于三角尺误差为±5′，激光光斑距离框架柱为400mm计，则由此带来的垂直度测量误差为±0.58mm。
2 精度分析
根据《混凝土结构工程施工及验收规程》（GB50204-92），现浇混凝土结构全高垂直度允许偏差不得超过H/1000且≤30mm的要求。如建筑物高为46m，则允许偏差不得超过±30mm。必须做到：
最终测量误差限差：M限 = ± 30/10 mm = ± 3 mm
最终测量中误差：M = M限/2 = ± 1.5 mm
下部（或上部）量测中误差：M下 = ± 1.5/√2 = ± 1.1 mm
下部（或上部）一次量测中误差：M1 = ± 1.06×√2 = ± 1.5 mm
从上面分析可知，在下部（或上部）观测时，每次测量误差不得大于±1.5mm。
而利用激光铅垂仪进行垂直度监测，其误差主要有仪器剩余误差、三角尺不垂直于墙的误差、读数误差和外界因素带来的误差。因此其精度估算公式为：
m = ±
式中：m仪为残余误差，经反复检校后，可以保证m仪 ≤ ± 0.5 mm；
m尺为三角尺不垂直于墙的误差，m尺 ≤ ± 0.58 mm；
m读为读数误差，因有时观测者蹲在脚手架钢管上，不方便读数，故取m读 ≤± 1.0 mm；
m外為外界因素带来的误差，取m读 = ± 0.2 mm。
由此可算得利用激光铅垂仪一次观测精度为m = ± 1.28 mm，完全可以满足监测高层建筑垂直度监测的要求。
3 具体工程监测分析
受某地产开发公司委托，我们对开发的某一高层建筑主体进行垂直度监测。该高层建筑物长126.34m，宽12.8m，檐高46.4m，现浇框架十六层，预制静压桩基础。施工单位拟用外控法进行垂直度控制，在框架柱外侧，用经纬仪投测各轴线，另外在各流水段区域四角框架柱内侧预留检测孔，用重锤线吊投复查，实行双控，互为检核。施工现场该建筑物只有一面较开阔，另三面均有相距很近的施工围墙和相邻建筑，无法架设经纬仪，故施工单位的方法值得推敲。而且建筑主体刚结顶，四周围有尼龙安全网，故用经纬仪监测是不现实的。为此选用苏一光的激光铅垂仪，标称精度1/30000。按甲方要求，共计布设了16个监测点，如图2所示，具体监测成果如表1所示。
从上表可以发现，2、7、13号点的垂直度偏差比较大，超过了2cm，但没有超过规范要求。从同期的沉降观测报告可知，近河一侧的沉降量大于另一侧，平均约大3mm，根据高宽比，垂直度偏差应有±1.5cm左右，但从上表中没有发现这个规律。由此可见在该建筑物施工中，现浇混凝土柱的误差相对比较大。
4 结论
结合实际工程实践，在高层建筑物垂直度监测过程中得到一些体会：
（1）高层建筑物垂直度监测受外界条件、场地因素限制较大，用激光铅垂仪投测是比较理想的方法，无需对中，方法简便，精度高。
（2）为便于量测和提高效率，使用特制"T型三角尺"，可以有效保证三角尺与框架柱的垂直度，大大提高了监测精度。
（3）激光铅垂仪监测只能反映混凝土柱上下点与点之间的垂直度情况，无法测量整个混凝土柱面的垂直度，这是激光铅垂仪的缺陷。是否可以用摄影测量等别的方法进行监测，值得探讨。
（4）在建筑物施工阶段进行监测，要特别注意安全，防止上部落物损害人员、仪器，尤其是激光铅垂仪物镜。
参考文献
[1]JGJ 8-2007.建筑变形测量规范.
[2]JGJ3-91.钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规定.
[3]GB50204-92.混凝土结构工程施工及验收规程.
[4]陈永奇，吴子安，吴中如.变形检测分析与预报[M].北京出版社.1998.