Исследования и разработка методики геодезических работ при возведении уникальных сооружений на ЭКСПО-2017

Министерство образования Республики Казахстан

Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра «Геодезии и картографии»

 

 

 

 

 

Научно-исследовательская работа

 

 

Тема: «Исследования и разработка методики геодезических работ при возведении уникальных сооружений на ЭКСПО-2017»

 

 

 

 

 

    Выполнил:               магистрант Мгео-21

Алибаев С.

Научный руководитель: К.т.н., профессор

Игильманов Ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           Астана - 2014

                                  

Содержание

 

 

Введение………………………………………………………………………………….……...… 

Геодезические работы при строительстве уникальных сооружений....................................

 

Геодезические работы при возведении на земной части зданий...............................................

Требования по монтажу колонн...................................................................................................

Сооружения башенного типа....................………………………………………………………

Геодезическая подготовка проекта........................…………………………....………………..

Геодезические обеспечение точности возведения зданий и сооружений.................………..

Заключение……………………………………………………………………………………...…

Список литературы………………………….....………………………………………………....

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        

 

 

 

 

 

Введение

Особое место при строительстве сооружений промышленного предприятия, кроме разбивочных работ, занимают геодезические работы по установке и контролю установки конструктивных строительных элементов здания. Наиболее важными из них являются колонны, которые воспринимают на себя нагрузки от строительных конструкций, а также грузоподъёмных машин и механизмов. Кроме того, во многих случаях из-за работы технологического оборудования в процессе производства возникают вибрационные воздействия на несущие элементы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геодезические работы при строительстве уникальных сооружений

 

         Наибольшее распространение из строительных материалов при возведении зданий и сооружений получил железобетон. При сравнительно невысокой стоимости он обладает рядом преимуществ по сравнению с другими материалами. 
Каждое здание состоит из ограниченного числа основных взаимосвязанных конструктивных элементов: фундамента, стен, отдельных опор (столбов или колонн), балок, перекрытий, кровли, окоп и дверей. Все эти конструкции подразделяют на несущие и ограждающие. Несущие конструкции воспринимают на себя нагрузки от вышележащих частей здания, от снега, ветра и т. п.             ющие конструкции не воспринимают перечисленные выше нагрузки, а предназначены для ограждения внутренних частей здания от влияния погодных условий. 
       Сочетание несущих элементов составляет остов здания. В зависимости от видов сочетания элементов различают три основные конструктивные схемы зданий: бескаркасная, каркасная и комбинированная. 
        Если несущими элементами служат стены, то такую конструктивную схему называют бескаркасной (рис. 101, а). Если стены изготовлены из легких материалов с небольшой прочностью, то применяют каркасную схему  (рис. 101, б). Каркас представляет остов здания из колонн 1 и горизонтальных связей между ними — ригелей 2 и прогонов 3. Каркас в этом случае воспринимает нагрузку от кровли, перекрытий и стен, а сами стены 4 служат ограждающими конструкциями. 
         Если наружные стены являются несущими и нагрузка от перекрытий, крыши и других элементов здания передается непосредственно или через ригели на наружные стены и внутренние колонны каркаса, то это — комбинированная схема (рис. 101, в). 
       По методам возведения здания подразделяют на монолитные, сборные и сборно-монолитные. 
       При возведении монолитных зданий вокруг металлического каркаса устанавливают опалубку и пространство внутри опалубки заполняют бетоном.      Такой метод наиболее характерен для гидротехнических сооружений и зданий башенного  типа.  
          При возведении сборных зданий отдельные конструкции (колонны, ригели, перекрытия и т. п.) изготавливают на заводах, а на строительной площадке производят их сборку (монтаж), Этот метод находит самое широкое применение при возведении промышленных и гражданских зданий и сооружений. 
При сборно-монолитных методах строительства отдельные конструкции зданий возводятся в монолите. Наиболее часто этот метод встречается при возведении высотных зданий, когда отдельные части здания (ядра и стены жесткости) возводятся в монолите. 
        Все строительные работы делятся на подготовительные и основные. При подготовительных работах осуществляют строительство подъездных путей и временных сооружений, завозят на площадку необходимые материалы и оборудование, а также осуществляют разбивку и закрепление основных или главных осей зданий. 
       Основные строительные работы выполняют в два цикла. 
1. В нулевой цикл входят все основные работы, которые выполняются до уровня пола первого этажа. Это — выемка грунта из котлована, монтаж фундаментов и стен подвала, установка перекрытий над подвалом, обратная засыпка грунта и планировка площадки, устройство (подключение) водопровода, канализации, газопровода и прокладка электрокабелей. 
2. Наземная часть здания или сооружения состоит из одного или нескольких однотипных ярусов. Обычно ярусы включают в себя один или два этажа. Возведение типового яруса осуществляют в установленной технологической последовательности: детальная разбивка осей, монтаж конструкций (колонн, панелей, ригелей, перекрытий, лифтовых шахт, лестничных маршей и т. п.) и их исполнительные съемки. Монтаж слагается из подготовки, подъема, установки, временного закрепления, выверки конструкции и ее окончательного закрепления. При подготовке производят очистку конструкции и ее разметку (нанесение установочных рисок). После подъема, установки и предварительного закрепления элемента конструкции осуществляют ее выверку, т. е. небольшие перемещения для введения конструкции в проектное положение с требуемой точностью. При исполнительной съемке окончательно закрепленных конструкций определяют фактическое их положение в пространстве по отношению к проектным осям. 
После завершения работ на всех ярусах (или одновременно) выполняют установку на нижних этажах сантехнического, электромонтажного и других видов оборудования, вентиляции, а также производят отделочные работы. 
Для обеспечения прочности и долговечности здания к его геометрии предъявляется ряд требований. Одно из основных требований — совпадение по вертикали осей несущих конструкций по всей высоте здания. Другое требование — это обеспечение полной собираемости здания. При полной собираемости монтаж сборных элементов должен выполняться так, чтобы сборные элементы конструкций устанавливались в проектное положение с требуемой точностью без дополнительной подгонки. 
Для обеспечения этих и некоторых других требований при возведении зданий выполняют комплекс геодезических работ, называемых геодезическим обеспечением строительства.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ НАЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ

 

         Предварительно устанавливают фундаментные  стаканы. Разбивочные оси фундамента  выносят на контур опалубки  и используют в дальнейшем  для установки закладных деталей, которыми являются анкерные болты, опорные плиты и др. На проектную  высоту анкерные болты устанавливают  с помощью нивелира.

Колонны у основания имеют осевые метки, которые при установке совмещают с осями, вынесенными на поверхность фундамента.

В вертикальное положение колонны устанавливают с помощью нитяного отвеса, теодолита, а также способом бокового нивелирования.

Требования по монтажу колонн

Определены следующие требования по монтажу колонн:

• для колонн высотой менее 15 м допускается смещение нижней её части от проектного положения до 5 мм, в верхней части – до 15 мм

• для колонн высотой более 15 м допускается смещение в нижней части до 5 мм, в верхней части до 0,001 Н мм

• отклонение опорной поверхности колонн по высоте может быть не более 5 мм

 

Установка ферм, подкрановых балок или ригелей производится по их осевым меткам и меткам на колоннах. Для горизонтирования указанных элементов предварительно нивелируют опорные поверхности колонн и подбирают соответствующие металлические подкладки.

Установка подкрановых балок выполняется по отвесу, подвешенному на горизонтально натянутой вдоль колонн проволоке. Проволоку устанавливают на кронштейнах крайних колонн в известном проектном положении.

Каждая нитка рельсов подкрановых путей должна быть прямолинейной и горизонтальной, параллельной другой нитке и находиться с ней в одной горизонтальной плоскости. При укладке отклонение рельса от прямой линии не должно превышать 15 мм (при эксплуатации – 20 мм). Такие же требования и на разность отметок головок рельсов в поперечном сечении. Разность отметок головок рельса на соседних колоннах при укладке должна быть не более 10 мм (при эксплуатации – не более 15 мм). Колебание расстояния между осями рельсов при укладке – не более 10 мм (при эксплуатации – не более 15 мм).

Монтаж рельсов выполняют от осей колонн или пролетов. Эти оси выносят на специальные кронштейны либо непосредственно на боковую поверхность колонн. Разбивка точек осей рельсов выполняется через каждые 30-40 м (не более 50 м) до конца подкранового пути.

При эксплуатации мостовых кранов ведут постоянные геодезические наблюдения за состоянием подкрановых путей. Чаще всего для этого используют метод геометрического нивелирования рис. Нивелирование подкрановых путей (а). На конструкциях мостового крана в двух (или раздельно – одной) точках подвешивают отвес с прикреплённой к нему шкалой (реечкой) с миллиметровыми делениями. При прокатке крана берут отсчёты по реечкам и составляют профили, по которым судят о высотном положении головок рельсов. В тех случаях, когда невозможно использовать способ геометрического нивелирования, используют тригонометрическое нивелирование рис. Нивелирование подкрановых путей (б).

 
Нивелирование подкрановых путей: а) геометрическое нивелирование; б) тригонометрическое нивелирование.

Расстояние между рельсами чаще определяют непосредственно, с помощью компарированной рулетки с учётом поправок за температуру и провес ленты. Существуют и другие способы измерения расстояний между рельсами, например, основанные на построении линейно-угловых геодезических систем (прямой угловой засечки в сочетании с линейной засечкой либо раздельно каждый из них). Существуют устройства для непосредственного измерения расстояний между рельсами. Они представляют собой раздвижной шаблон с измерительной шкалой.

В настоящее время проверку прямолинейности рельсов производят с помощью лазерных приборов (метод оптического створа или оптической струны). Лазер устанавливают на одном из концов рельсового пути и наводят световое пятно на центр экрана с делениями, установленного на другом конце. При прокатке экрана отклонение рельса в горизонтальном направлении фиксируется непосредственно на экране.

Следует отметить, что геодезическое обеспечение монтажных работ, а также и эксплуатационного периода, требует применения разнообразного оборудования и приборов, которые по конструкции не относятся к рассмотренному выше стандартному геодезическому оборудованию и приборам. Наряду с теодолитами, нивелирами, мерными приборами разных классов точности используются специальные приборы для выверки прямолинейности, кренов малого порядка, перекосов и т.п. Чаще всего эти приборы относятся к оптическим и оптико-электронным с автоматизированным съёмом информации. Зачастую при строительстве уникальных сооружений, а также строительстве особых прецезионных технологических систем и линий требуется разработка новых приборов и методов. Осуществляется переход к автоматической сигнализации отклонений геометрических параметров оборудования за пределы допуска. Применение, например, лазерных систем для контроля положения рельсового пути обеспечивает точность порядка 2-3 мм на расстояниях до 300 м. Лазерные приборы используются при выполнении разметок на высотных сооружениях и сооружениях башенного типа, при выверке вращающихся печей, контроле работы конвейеров, прокатных станов и мн.др.

Сооружения башенного типа

К сооружениям башенного типа относятся:

• дымовые трубы

• радиотелевизионные башни

• ректификационные колонны и грануляционные башни

• градирни

• водонапорные башни

• копры

 

Особенность их конструкции заключается в том, что при сравнительно малой опорной площади они имеют большую высоту. Дымовые трубы достигают высоты 320 м (металлические) и 400 м (железобетонные), градирни – до 160 м, башенные копры – до 110 м.

Градирня – сооружение, предназначенное для охлаждения воды. Копер сооружают над стволом шахты; он служит для подъёма на поверхность и спуска в шахту механизмов и оборудования, руды и породы, людей.

Строительство сооружений башенного типа требует выполнения специальных геодезических работ:

• создание специального геодезического обоснования, с пунктов которого должны быть выполнены как все разбивочные работы, так и контроль за возведением сооружения

• контроль за сборкой и установкой монтажного оборудования

• обеспечение вертикальности установки оси сооружения, соблюдения его геометрических форм в различных частях и на разных высотах

• изучение характера возможных деформаций сооружения, которые могут повлиять на качество строительно-монтажных работ; в некоторых случаях – организация ещё на стадии строительства геодезического мониторинга за деформациями сооружения

 

Высокие требования предъявляются к созданию планового геодезического обоснования. Чаще всего оно строится в виде двух ступеней: опорная сеть (A, B, C, D, E, F, G) и рабочая технологическая основа (1, 2, 3, 4,5, 6, 7, 8) - рис. Геодезическая разбивочная основа для строительства башенных сооружений. Опорную внешнюю сеть строят до начала строительства, а рабочую технологическую основу – после завершения нулевого цикла. С опорной сети выносят центр сооружения, его основные оси, выполняют наблюдения за деформациями и производят исполнительную съёмку. Для создания высотной основы вблизи сооружения закладывают не менее трёх грунтовых реперов, исходные высоты которых используют для строительно-монтажных работ, а также при наблюдениях за деформациями в в системе наблюдательной станции.

 
Геодезическая разбивочная основа для строительства башенных сооружений

 

Передача высот с одного монтажного горизонта на другой

Особенности выполнения геодезических работ при строительстве соружений башенного типа зависят от назначения сооружения, его вида и типа применяемой при возведении опалубки. При этом общие приёмы исполнения работ применимы практически для любых сооружений. К таким приёмам относится построение вертикальных осей с горизонта на горизонт с помощью приборов вертикального проектирования либо с помощью тяжёлых отвесов. Построение и перенос осей выполняют ночью или утром, в безветренную погоду, для исключения влияния солнечного нагрева и ветровой нагрузки.

Передачу высот с одного монтажного горизонта на другой выполняют способом геометрического нивелирования по схеме, приведенной на рис. Передача высот с одного монтажного горизонта на другой. Положение щита опалубки относительно вертикальной оси башни определяют способом вертикального проектирования с нижнего монтажного горизонта либо способом бокового нивелирования. Тем же способом вертикального проектирования контролируют отклонение оси сооружения от вертикали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОЕКТА

Для выноса на местность проекта зданий необходимо с нужной точностью знать координаты его основных характерных точек на пересечении строительных осей. Определение этих координат называют геодезической подготовкой проекта. По генплану определяют графически координаты одной точки здания, например А1, и дирекционный угол его продольной оси А (рис. 1.54).

Рис. 1  Вынос в натуру основных осей здания

По рабочим чертежам находят значения а и b между основными осями. После этого вычисляют координаты точек А5, В5, В1 по формулам:

Описанный способ называют графо-аналитическим, он находит наиболее частое применение.

При аналитическом способе все данные для разбивки определяют путём математических вычислений, при этом координаты существующих сооружений определяют путем геодезических измерений на местности, а размеры элементов проекта получают из технологических расчетов. Этот способ обычно применяют при реконструкции и расширении предприятий, в стесненных условиях застройки.

Если проект здания не связан с существующими строениями, то можно использовать графический способпроектирования, когда все элементы определяют графически по топографическому плану, при этом целесообразно учитывать деформацию планов, если она превышает 0,2 мм для стороны квадрата 100 мм. Через определяемую точку прочерчивают линии, параллельные линиям сетки квадратов. Измеряют отрезки а и b от северной и южной сторрн квадрата до точки j и а1 b1 — от западной и восточной сторон. Координаты точки  определяют по формулам:

где х0,y0 — координаты юго-западного угла квадрата координатной сетки.

Независимо от используемого способа все геометрические элементы должны быть строго увязаны между собой и с существующими на площадке капитальными зданиями и сооружениями.

 

ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

          

             Современное индустриальное строительство требует надежного геодезического обеспечения. Многоэтажные сборные и монолитные здания характеризуются повышенными требованиями к точности возведения конструкций. Несоблюдение установленных допусков отклонений и накопление погрешностей затрудняют производство работ, могут привести к снижению несущей способности и устойчивости отдельных элементов и здания в целом.