《建筑工程测量》—教学教案.doc
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《建筑工程测量》教学教案
专业
工程测量
班级
16工程测量
课时
2
课型
讲授
课题
单元一测量基本知识
教学
目的
1.描述测量学的研究内容和测量学的基础知识。
2.描述地面点位的确定方法(平面位置与空间位置确定)。
3.叙述“水准面”和“高程”的概念。
4.描述测量工作的组织原则。
重点
难点
及关键
重点:
地面点位的确定(平面位置与空间位置确定);测量工作的组织原则。
难点:
高斯平面直角坐标。
教学
设备
多媒体
教学过程或内容
教法要点
课题一工程测量的任务
一、测量学研究对象及其任务
1.概念:
测量学是一门研究测定地面点位置,确定并展示地球表面形态与大小的科学。
研究测定地面点的平面位置及高程,将地球表面的地貌、地物、行政和权属界线测绘成图,确定地球的形状与大小,将规划设计的点和线在实地上定位的科学。
2.任务:
测定、测设两部分。
二、测量学的分类:
《大地测量学》、《地形测量学》、《工程测量学》、《摄影测量学》、《地图测量学》、《海洋测量学》、《测量仪器学》
地形测量学:
是研究地面及其附属物的测绘理论和方法的学科。
工程测量学:
是研究工程建设在设计、施工和管理阶段中所需要进行的测量工作的基本理论和方法的学科。
三、测量学在工程建设中的作用
1)测量是工程规划选线的重要依据。
2)测量是工程勘察设计的重要基础工作。
3)测量是工程顺利施工的基本保证。
4)测量是检验工程质量和监督工程设施安全营运的必要技术手段。
四、测量学的发展概况
五、测量工作的特点及要求
1)实践性强
2)不容许出差错
3)有很强的精度观念
4)集体劳动,合作精神
5)野外作业,有吃苦耐劳精神
6)仪器精贵,精心爱护
课题二地面点位的确定
一、地球的形状和大小
(一)地球形状
地球是由大地水准面围成的旋转椭球体;椭球的形状和大小可由其长半轴a(或短半轴b)和扁率来表示。
我国的旋转椭球目前采用的参数值为:
长半轴 a=6378.137km
短半轴 b=6356.752km
(二)大地水准面
1.水准面:
假想静止不动的海水面向陆地延伸而形成的闭合曲面有无数个,但大地水准面(通过平均海水面的水准面)只有一个,特点是重力位处处相等,与其上的铅垂方向处处保持正交。
2.测量工作的基准
基准面:
大地水准面;基准线:
铅垂线。
二、地面点位的表示方法
(一)地面点位的坐标系统:
1.地理坐标系:
广大区域或整个地球的球面坐标系统,经度、纬度表示地面点位,根据采用的基准面、基准线及测量计算坐标的方法不同分为天文地理坐标(天文经度λ及天文纬度Ψ)和大地地理坐标(大地经度L和大地纬度B)
2.地心坐标系:
属于空间三维直角坐标系,用于卫星大地测量
3.独立平面直角坐标系:
小区域范围(半径不大于10Km)近似将球面当作平面处理规定:
南北方向为纵坐标X,东西方向为横坐标Y,原点O一般选在测区的西南角,象限自北方向起顺时针排列。
4.高斯平面直角坐标系:
1)原理:
地图投影(测量上将旋转椭球体面等曲面上的点位化算到平面上)。
2)高斯投影:
角度不变,且小范围内经投影后图形相似。
方法:
将旋转椭球面经线划分成投影带,从首子午先起,每隔6划为一带(6°带),自西向东分成60个带,依次标号1,2,…,60编写带号。
将旋转椭球面上的线段、图形先投影到能展成平面的椭圆柱面上,即使椭圆柱与球面某一中央子午线相切,将中央子午线东西各3°的带上的图形投影到椭圆柱面上,然后沿南北极方向切开展成平面即高斯投影平面。
3)高斯平面直角坐标:
在高斯投影平面内,以中央子午线为坐标纵轴
y,以赤道为横轴x,两轴交点为坐标原点O。
4)已知任意一地经度,其所在6°带的带号N6及该带号中央子午线的经度L6计算
=6N-3
5)坐标表示:
由于我国处于北半球,x坐标值为正,y坐标值有正有负,为避免横坐标出现负值,将每带的坐标原点西移500km,并在其前面加带号。
5.在实际应用中,要确定地面点位,是建立与高级控制点之间的关系,即水平角β和水平距离D,所以,确定地面点的平面位置需要的两大元素为水平角β和水平距离D。
(二)测量高程系
1.高程:
地面点到大地水准面的铅垂距离,称为绝对高程,简称高程。
A、B两点的绝对高程分别为、。
地面点沿其垂线到假定大地水准面的垂直距离称为相对高程。
、表示A、B二点分别到假定的大地水准面的相对高程。
2.高差:
地面点之间的高程之差,用h表示。
如A、B两点高差为
=-=-
3.我国的高程系统:
取黄海平均海水面作为高程基准面,并自1987年起用“1985年国家高程基准”,即青岛国家水准原点的高程72.260m.。
三、用水平面代替基准面的限度
水准面是一个曲面,曲面上的几何图形,包括基本观测量(距离、角度、高差),投影到平面上会产生变形,称为水准面曲率的影响。
1.进行距离时以水平面代替水准面所产生的距离误差可以忽略不计。
2.用水平面作基准面对高程的影响是很大的。
所以即使距离很短,也应考虑地球曲率对高程的影响。
课题三测量工作的原则和程序
一、测量工作的基本原则与程序
为了防止测量误差的积累,提高测量精度,在测量工作中,必须遵循:
1、由高级到低级原则
2、先控制后碎部原则
3、从整体到局部原则
4、步有检核检核原则
二、测量学的基本工作:
测量学的基本工作:
高程测量,角度测量,距离丈量。
测量学的三个基本要素:
水平角、距离、高差。
课题四建筑工程常用的测量仪器及用途
一、建筑工程常用的测量仪器
建筑工地需要用到的测量仪器都有经纬仪(或全站仪)、水准仪、钢尺、铅垂仪、水平仪
全站仪:
放样、定向、测角
经纬仪:
定向、测角
铅垂仪:
轴线投测
钢尺:
距离测量
水平仪:
水平线、铅垂线
课题五测量误差基础知识
一、研究测量误差的目的
为了尽可能减少测量误差,提高测量的精确度。
测量工作是在一定条件下进行的,外界环境、观测者的技术水平和仪器本身构造的不完善等原因,都可能导致测量误差的产生。
通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界环境三个方面综合起来,称为观测条件。
观测条件不理想和不断变化,是产生测量误差的根本原因。
通常把观测条件相同的各次观测,称为等精度观测;观测条件不同的各次观测,称为不等精度观测。
二、测量误差分类
1.按误差来源:
(1)观测误差主要指观测环境中气温、气压、空气湿度和清晰度、风力以及大气折光等因素的不断变化,导致测量结果中带有误差。
(2)仪器误差仪器在加工和装配等工艺过程中,不能保证仪器的结构能满足各种几何关系,这样的仪器必然会给测量带来误差。
(4)外界环境误差由于观测者感官鉴别能力所限以及技术熟练程度不同,也会在仪器对中、整平和瞄准等方面产生误差。
2.测量误差按其对测量结果影响的性质:
(1)系统误差
(2)偶然误差。
教学方法:
以讲授法为主。
作为一门新课程,首先要向学生们讲授测量学的发展史、概念、目前发展状况及在工程中的应用,使同学们产生兴趣、树立学好测量学的信心、决心,然后再讲授学习测量学的方法和要求。
专业
班级
课时
课型
讲授
课题
第二章水准测量
教学
目的
1、理解水准测量的基本原理;
2、熟悉水准仪组成构造及水准测量工具;
3、会熟练地使用水准仪,对水准尺会熟练地进行读数;
4、了解水准点的设置;
5、会进行闭合水准路线和附合水准路线外业水准测量;
6、掌握闭合水准路线和附合水准路线往返测量步骤;
7、会对水准测量成果数据进行内业整理计算;
8、了解微倾式水准仪的检验内容与校正方法;
9、了解水准测量误差及注意事项。
重点
难点
及关键
重点:
水准测量的原理;水准测量的仪器和工具;水准仪构造;水准仪操作与读数;
闭合水准路线和附合水准路线水准测量;水准测量成果整理计算;
难点:
水准测量成果整理计算;微倾式水准仪的校正方法。
教学
设备
多媒体
教学过程或内容
教法要点
课题一水准测量原理和水准仪的使用
第一节水准测量原理
一、有关概念
1.高程测量:
测定地面点的高程工作。
2.高程测量的方法:
按照使用的仪器和施测方法不同分为:
水准测量、三角高程测量、气压高程测量、GPS定位测量。
3.水准测量:
是利用水准仪和水准尺,根据水平视线测定两个点之间的高差,进而推算出高程。
测量精度较高的一种方法。
二、水准测量的原理
1.测定某点高程的过程
已知A点高程,求B点高程
(1)在AB之间安置水准仪(前后视距大致相等)
(2)在A、B两点分别竖立水准尺
(3)利用水准仪提供的水平视线在A、B两尺上分别读数a、b
(4)计算B点高程
2.几个概念
前后后:
已知
前:
待测
视距:
仪器到测点的水平距离
测点后视点:
已知点
前视点:
待测点
视距后视距:
仪器到已知点的水平距离
前视距:
仪器到待测点的水平距离
读数后视读数:
已知点上水准尺的读数a
前视读数:
待测点上水准尺的读数b
3.基本公式
单测站:
多测站:
视线水平
水准尺竖直
前后视距相等
(单测站基本公式)
高差=后视读数﹣前视读数
同一个测站观测,读数越大表明该点地势越低,绝对高程越小;
反之,读数越小表明该点地势越高,绝对高程越大。
(多测站基本公式)
转点:
在水准测量中,相邻测站的公共点。
特点:
既有前视读数,又有后视读数。
作用:
传递高程。
三、高程的计算方法
1.高差法:
先计算高差再计算高程
2.视线高法:
先计算视线高程再计算待测点高程
叫做视线高,用表示
视线高法在一个测站上只安置一次仪器就可以测定多个点,多用于施工测量。
第二节水准测量的仪器与工具
水准测量的仪器:
水准仪。
工具:
水准尺与尺垫
水准仪按照其精度分:
DS0.5、DS1、DS3、DS10等级。
DS的下标为仪器每公里的精度,以mm计。
在水准仪的系列中,DS05、DSl级水准仪一般称为精密水准仪;DS3,DSl0水准仪称为工程水准仪或称为普通水准仪。
一、DS3微倾式水准仪的构造
1.望远镜:
提供水平视线,并且瞄准水准尺读数。
由物镜、调焦透镜、十字分划板、目镜、缺口、准星。
成倒立放大的虚像。
视准轴:
物镜光心的连线和十字丝中心的连线记为C-C.
十字丝分划板
竖丝:
检验水准尺是否竖直(竖丝卡在水准尺的一测)
十字丝:
中丝:
截取水准尺读数
视距丝:
用于视距测量(D=100l,l表示视距丝上下丝读数之差)
2.水准器:
指示仪器安置是否正确的装置。
(1)圆水准器:
气泡居中,仪器竖轴L′-L′处于竖直状态,使其气泡居中,叫做粗平。
(2)管水准器:
两半泡吻合,视准轴CC处于水平状态,使其气泡居中叫做精平。
3.基座:
承上连下,由底板三角压板轴座脚螺旋组成。
4.可操作部分
目镜调焦螺旋:
使十字丝清晰
物镜调焦螺旋:
使目标清晰
制动螺旋:
固定望远镜
微动螺旋:
精确瞄准
脚螺旋:
用于粗平
微倾螺旋:
用于精平
二、水准尺
1.分类:
塔尺(工程测量)
双面尺(等级水准测量)
2.刻划与注字
(1)零点在尺底部。
(2)每1cm或5mm为一格,黑白或红白间隔。
(3)每10cm一组,整分米处有注字,注字的正确位置以字头或字尾为准在E字尖或长线处。
(4)注字有倒正两种。
(5)过整米加点i(1.1m)
3.三脚架:
支承水准仪
架头:
支承仪器
架腿:
可伸缩,便于携带,调整高度
脚尖:
可踩入地下,使三脚架稳固
4.尺垫:
临时标定定位
第三节水准仪的使用
基本程序:
安置仪器粗平瞄准精平读数。
一、安置仪器
1.支架:
高度适中:
与观测者的身高有关
角度适中:
保证三脚架的安置稳固
架头基本水平:
与脚螺旋的调节范围有关
2.安放仪器:
(1)注意仪器在箱中的位置,以便用完后按原位放回。
(2)取出仪器时用手托住仪器,保证仪器的安全。
(3)使基座边和架头大致平行。
(4)拧紧中心连接螺旋。
二、粗略整平
1.方法:
调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。
2.步骤:
(1)先同时调节任意两个脚螺旋,气泡移动方向与左手大拇指移动方法一致,使气泡移动到垂直于这两个脚螺旋连线的中垂线上。
(2)前两个脚螺旋不动,调第三个脚螺旋使气泡落入圆圈内。
反复两三次即可。
三、瞄准水准尺
(1)目镜调焦:
使十字丝清晰。
(2)粗瞄制动:
利用缺口、准星、水准尺三点成一线旋紧制动。
(3)物镜调焦:
消除视差,使目标清晰。
视差:
当眼睛在目镜端上下移动,发现十字丝中丝在水准尺上的位置随之变化的现象。
原因:
尺像没有落到十字丝分划板上。
消除方法:
反复进行物镜调焦。
(4)精确瞄准:
使用微动螺旋,使十字丝的竖丝卡在水准尺一侧。
四、精确整平
调节微倾螺旋使管水器气泡居中。
方法如下:
转动微倾螺旋使两半气泡相吻合,微倾螺旋的旋转方向与左半气泡移动方向相同。
五、读数
根据中丝在水准尺上的具体位置依次读:
米分米厘米估读毫米。
米:
数点的个数。
分米:
尺的标注。
厘米:
数完整的小格。
毫米:
从小往大,估算十分之几毫米就读几。
注意:
当瞄准另一把尺子再读数时需再精平
实习一:
水准仪的认识和使用
实习内容:
1.熟悉水准仪各部分的名称和作用
2.根据第三节所讲内容联系使用水准仪
注意事:
1.水准尺的使用
2.三脚架的使用
3.迁站:
远时装箱迁,近时仪器和脚架仪器迁
4.组长:
负责召集本组成员,保证仪器的安全
5.注意测量员、立尺员和记录员之间的配合
课题二水准路线测量
一、水准点
测绘部门在全国各地建立用水准测量方法获得其高程的控制点—水准点(BM)。
水准点有永久水准点和临时水准点。
水准点标志后,在水准记录本绘制“点之记”,绘制水准点的草图、对周围附近情况加以说明,注明水准点的编号。
二、水准路线
水准测量所经过的路线,称为水准路线。
按照已知水准点布设情况,水准路线一般有以下几种形式:
(1)闭合水准路线:
从一高级水准点出发,经过测定其它各点高程,最后又闭合到原来点的环形路线。
(2)附合水准路线:
从一高级水准点出发,经过测定其它各点高程,最后符合到另一高级水准点的路线。
(3)支水准路线(往返水准路线):
从一高级水准点出发,经过测定其它各点高程到终点,又从终点返测到原来高级点的往返路线。
三、水准测量的实施
1、外业工作
(1)观测员在Ⅰ处安置水准仪,粗平;
(2)瞄准后视点A上的水准尺,精平,读数a1;
(3)瞄准前视点ZD1的水准尺,精平读数b1;
(4)ZD1的水准尺不动,将水准尺移至Ⅱ处;
(5)重复Ⅰ处的工作,测得后视读数a2和前视读数b2;
(6)同法测得、;
(7)将观测数据记入《水准测量手薄》;
2.记录方法
(1)高差法
测站
测点
后视读数
前视读数
高差
实测高程
备注
Ⅰ
BMA
a1
HA
BM
ZD1
a2
b1
Ⅱ
ZD2
a3
b2
Ⅲ
BMB
b3
∑
(2)视线高法
测点
后视读数
前视读数
视线高程
实测高程
备注
BMA
a1
HA
BM
ZD1
a2
b1
ZD2
a3
b2
BMB
b3
∑
3.测站检核:
h1=a1-b1
变动仪器高法(变化10cm)
h2=a2-b2
双面尺法
若∣h1-h2∣≤3mm,取h=(h1+h2)/2
四、水准测量的成果检核
1.高差闭合差:
水准测量中,实测高差总和与理论高差总和之间的差值,用fh表示。
fh=∑h测—∑h理
闭合水准路线:
fh=∑h测—∑h理=∑h测=∑a-∑b
附和水准路线:
fh=∑h测—∑h理=(∑a-∑b)-(H终-H始)
支水准路线:
fh=∑h测—∑h理=∑h测=∑a-∑b
fh=∑h测—∑h理=(H终测-H始)-(H终理-H始)
=H终测-H终理
2.高差闭合差容许值fh容的计算
平地:
fh容=±40mm(L—水准路线总长度,以千米计)
山地:
fh容=±12mm(n—总测站数)
3.成果检核
若∣fh∣>∣fh容∣说明误差超限,必须返工重测。
若∣fh∣≤∣fh容∣说明外业观测精度合格,进入内业计算。
4.闭合差的调整:
反符号正比例分配到各测段或测站
平均改正数:
第i测段的改正数:
(检验∑Vi=-fh)
改正后高差的计算:
hi=hi测+Vi(检验∑hi=∑h理)
改正后高程的计算:
HB=HA+hi
实习二:
闭合水准测量
实习内容:
在校园广场四角任选四个水准点,完成闭合水准测量。
高差闭合差要满足要求,否则返工重测。
课题三微倾式水准仪的检验与校正
一、水准仪的几何轴线
1.轴线:
视准轴CC、管水准器轴LL、圆水准器轴L’L’、竖轴VV。
2.满足条件:
(1)圆水准器轴L’L’∥竖轴VV
(2)十字丝分划板的横丝⊥竖轴VV
(3)管水准器轴LL∥视准轴CC
二、水准仪的检验和校正
(一)圆水准器的检验和校正
目的:
使圆水准器轴LL平行于仪器竖轴VV。
1.检验方法:
安置仪器,转动脚螺旋使圆水准器气泡居中,把望远镜绕竖轴旋转180度,检查气泡是否仍然居中。
2.校正方法:
先转动三个脚螺旋使气泡回归偏离量的一半,再用校正针拨动圆水准器下面的三个校正螺丝,使气泡居中。
重复以上步骤。
(二)十字丝横丝的检验和校正
目的:
当水准仪整平后,十字丝横丝应水平,十字丝纵丝应铅垂,即十字丝横丝应垂直于仪器竖轴VV
1.检验方法:
用十字丝横丝一端瞄准一个固定点,旋紧水平制动螺旋,后转动水平微动螺旋,检查固定点是否在横丝上移动。
也可采用挂垂球的方法对十字丝纵丝进行检验,观测十字丝纵丝是否与垂球线重合。
2.校正方法:
仪器专业人员校正。
(三)水准管轴的检验和校正
目的:
使水准管轴LL平行于仪器视准轴CC
1.检验:
(1)平坦地上选A、B两点,约50m。
(2)在中点C架仪,读取a1、b1,得h1=a1-b1
(3)在距B点约2~3m处架仪,读取a2、b2,得h2=a2-b2
(4)若h2≠h1,则水准管轴不平行于视准轴,有i角。
因为①h1为正确高差②b2的误差可忽略不计,故有:
对于S3水准仪,若i角大于时,需校正。
2.校正:
方法有二种
(1)校正水准管
旋转微倾螺旋,使十字丝横丝对准(a2’=h1+b2),拨动水准管“校正螺丝”,使水准管气泡居中。
(2)校正十字丝——可用于自动安平水准仪
保持水准管气泡居中,拨动十字丝上下两个“校正螺丝”,使横丝对准a2’。
三、水准测量误差
(一)仪器误差
1.望远镜视准轴与水准管轴不平行误差
2.水准尺误差
(二)操作误差
1.水准气泡未严格居中误差
2.读数误差
3.水准标尺倾斜误差
(三)外界环境影响
1.地球曲率的影响
2.转点下沉的影响
3.仪器下沉的影响
4.温度的影响
二、注意事项
1.观测
2.记录
3.立尺
课题四水准仪在建筑施工测量中的基本应用
一、已知高程的测设
已知高程的测设,是利用水准测量的方法,根据已知水准点,将设计高程测设到现场作业面上。
1.在地面上测设已知高程
①在要测设高程的地方打木桩。
②在木桩和已知高程的水准点(A)之间安置水准仪。
③后视已知点A,读数a,得仪高HA+a=Hi。
④计算B点读数b=Hi-HB。
⑤上、下移动标尺,使读数为b,尺底部划一线,即为设定高程
点。
例:
某建筑物的室内地坪设计高程为45.000m,附近有一水准点BM.3,其高程为H3=44.680m。
现在要求把该建筑物的室内地坪高程测设到木桩A上,作为施工时控制高程的依据。
测设方法如下:
(1)在水准点BM.3和木桩A之间安置水准仪,在BM.3立水准尺上,用水准仪的水平视线测得后视读数为1.556m,此时视线高程为:
44.680+1.556=46.236m
(2)计算A点水准尺尺底为室内地坪高程时的前视读数:
b=46.236-45.000=1.236m
(3)上下移动竖立在木桩A侧面的水准尺,直至水准仪的水平视线在尺上截取的读数为1.236m时,紧靠尺底在木桩上画一水平线,其高程即为45.000m。
2.高程传递
当向较深的基坑或较高的建筑物上测设已知高程点时,如水准尺长度不够,可利用钢尺向下或向上引测。
如图所示,欲在深基坑内设置一点B,使其高程为H设。
地面附近有一水准点R,其高程为HR。
测设方法如下:
(1)在基坑一边架设吊杆,杆上吊一根零点向下的钢尺,尺的下端挂上10kg的重锤,放入油桶中。
(2)在地面安置一台水准仪,设水准仪在R点所立水准尺上读数为a1,在钢尺上读数为b1。
(3)在坑底安置另一台水准仪,设水准仪在钢尺上读数为a2。
(4)计算B点水准尺底高程为H设时,B点处水准尺的读数应为:
用同样的方法,亦可从低处向高处测设已知高程的点。
二、抄平
三、找坡
专业
班级
课时
课型
讲授
课题
单元三水平角度测量与测设
教学
目的
1.理解角度测量的基本原理;
2.熟悉DJ6光学经纬仪的构造与读数;
3.会熟练地使用操作光学
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