钢网架挠度测量入门教程（二）（含详细检测步骤与图解）
钢结构变形检测作业指导书——钢网架挠度测量入门教程（二）
第二部分 网架挠度测量现场检测（上）
1 接受委托与检测方案编制（步骤1）
网架挠度测量的现场检测工作程序及步骤，可依据《GB/T 50344-2004 建筑结构检测技术标准》第3.2条规定，步骤流程为：接受委托、现场调查、制定检测方案、现场检测、计算分析和结果评价、出具检测报告。
在接受委托单位的检测委托后，应进行现场和有关资料的调查，收集被测网架结构的设计图纸，设计要求等资料，制定检测方案。检测方案的编制内容，按《JGJ 8-2016 建筑变形测量规范》第3.3.2条技术设计规定，明确以下检测内容：
1）网架挠度测量的任务要求。
2）待测网架的概况，包括建筑及其结构类型、岩士工程条件、建筑规模、所在位置、所处工程阶段等。
3）已有变形测量成果资料及其分析。
4）依据的技术标准名称及编号。
5）变形测量的精度和等级。
6）采用的平面坐标系统、高程基准。
7）基准点、工作基点和监测点布设方案，包括标石与标志 型式、埋设方式、点位分布及数量等。
8）观测频率及观测周期。
9）变形预警值及预警方式。
10）仪器设备及其校验要求。
11）观测作业及数据处理方法要求。
12）提交成果的内容、形式和时间要求。
13）成果质量检验方式。
14） 相关附图、附表等。
网架挠度测量检测方案的编制方法，将在以下讲解挠度测量的检测过程后，放在本教程最后进行说明，这样才比较好理解。
2 变形测量精度等级的确定（步骤2）
2.1 为什么要确定测量精度等级？
由于测量精度直接影响到观测成果的可靠性，因此工程测量都需要先确定合适的观测精度等级。只有确定了测量精度等级，才能确定使用什么样的观测方法、仪器设备和投入费用等。
建筑物变形观测的精度要求，取决于变形的大小和观测目的，精度过高使测量工作复杂，费用和时间增加，而精度定的太低又会增加变形分析的困难，使所估计的变形参数误差大，甚至会得出不正确的结论。因此确定合理的精度很重要，一般来说，检查施工对变形观测精度要求较低，监视建筑物安全要求精度较高，研究变形过程要求精度最高。
2.2 测量精度等级确定方法的标准规定
依据《JGJ 8-2016 建筑变形测量规范》规定，变形测量确定精度等级有两种方法：
方法一：JGJ 8-2016第3.2.2 对通常的建筑变形项目，可根据建筑类型，变形测量类型以及项目勘察、设计、施工、使用或委托方的要求，从表3.3.2中选择适宜的观测等级。
方法二：JGJ 8-2016第3.2.3：对明确要求按建筑地基变形允许值来确定精度等级或需要对变形过程进行研究分析的建筑变形测量项目，应符合以下规定……
2.3 网架挠度测量精度等级的确定方法
对网架挠度测量这样需要对变形过程进行研究分析，而且有明确变形允许值的变形测量项目，就按以上方法二确定测量精度等级。
按3.2.3条1）对沉降观测，应取差异沉降允许值的1/10~1/20作为沉降差测定的中误差，并将该数值视为监测点、测站高差中误差，并以该数值确定测量精度。按照JGJ 8-2016条文说明第3.2.3条的例题，举例说明网架挠度观测的测量精度等级确定如下：
假设有跨度为24m的屋盖结构网架，其相邻监测点沉降差（挠度）允许值为1/250，就是 96 mm，取其1/20作为变形测量的精度，则沉降差测定中误差不应低于 4.8 mm，按一个测站测定此沉降差，该值即为监测点测站高差中误差，依据《JGJ 8-2016 建筑变形测量规范》表3.2.2，选择四等精度。
精度等级选取过程解释：
网架的挠度允许值96mm，就是允许相邻的一端支座球与中间螺栓球的最大沉降差为96mm，网架挠度测量精度，应在差异沉降允许值96mm的1/10~1/20之间选取。从实用的目的出发，钢结构变形通常要求观测工作能反应出1mm的沉降量。为了能反应出1mm的沉降量，如果取96mm的1/10就是9.6mm，显然这9.6mm的精度要反应1mm的沉降量，这误差就太大了。因此只能按最小的1/20取值，就是4.8mm作为沉降差测定的测站高差中误差。4.8mm的测站高差中误差，虽然也不能满足反应1mm沉降精度的要求，但也不用再往下取了，只要能满足规范要求尽量接近就可以了，否则会增大观测方法、检测设备和费用的投入。
最后查表3.2.2，四等精度的测站高差中误差3mm，小于最大允许误差4.8mm，因此选择四等精度等级。
为了方便使用，以常见屋盖结构网架挠度测量精度等级及选用全站仪标称精度列表如下表1：
表1 屋盖结构网架挠度测量精度等级
依据表中屋盖跨度范围，可以直接确定测量精度等级，及采用仪器设备的标称精度和检校要求。其他楼盖结构、悬挑结构的网架可根据以上举例计算并确定测量精度。
另外说句，对于施工过程变形监测的网架挠度观测，测量精度中误差在±1.0mm（参见JG/J T 302-2013表3.2.2），这也不是拿个全站仪就能做的了的，要换成水准测量方法。
参考资料：
《工程变形监测》出版源：武汉大学出版社 2013年 【主编】李金生
《浅谈建筑物变形观测的精度和频率》出版源：科技信息 2008-04-05 【作者】 章金忠 张关泉
3 确定网架挠度测量采用的平面坐标系统、高程基准（步骤3）
依据现场情况，除非委托或设计有要求采用建筑坐标系或国家高程基准，一般情况下采用自己设定的假定坐标系与假定高程系统就可以了。
建筑坐标系：属测量平面直角坐标系的一种，其坐标轴与建筑物或建筑群的轴线相一致或平行。 ——《GB/T 50228-2011 工程测量基本术语标准》第3.2.6条。
4 确定网架挠度测量基准点、工作基点和监测点布设方案及设置方法（步骤4）
4.1 网架挠度测量基准点、工作基点布设方法
在本教程第一部分架挠度测量计算和原理讲解，网架挠度测量不需要测量沉降量。除非是设计或委托有要求，对于无施工期间监测要求的中小型网架挠度测量，不需要设定长期固定的基准点。每次测量时，在现场相对稳定的位置设站工作基点就可以了。工作基点布设方法，参见本教程第一部分全站仪中间设站观测方式讲解，在以下图1中，在场地允许情况下，典型的工作基点应与监测点前后距离对称位置1。但是如果测区太小于前后对称距离不够长，也可以把棱镜设置在网架下面的位置2。
图1 测站与工作基点设置位置图
4.2 网架挠度观测监测点的布设与设置方法
4.2.1 监测点布置图
网架挠度测量监测点的布设方案参见本教程第一部分第5条，监测点布置图是根据本工程监测点布设方法，在网架施工CAD图纸上标注选取的轴线和监测点位置。
以某小学体育馆的屋面（盖）网架为例，网架形式为正放四角锥螺栓球节点网架，网架跨度为36.9m。委托单位提供的施工设计CAD图下弦杆平面布置图，见下图2。
图2 监测点布置图示例
——网架结构轴线与监测点编号的通用推荐方法
通常网架设计施工图上，并不是每个轴线和螺栓球都有详细标注编号，因此要我们自己编号。在CAD平面布置图设置X-Y平面直角坐标系，横向轴线自左向右编号为X1~X12，第6条X轴线上螺栓球节点从下向上编号为X6-1~X6-12。以此类推，纵向轴线自下向上编号为Y1~Y12，第7条Y轴线上螺栓球节点从左到右编号为Y7-1~Y7-12。
——监测点的布设方法与选取
从以上编号，可以看出该网架是典型的对称结构，在两个方向跨度的轴线都是12条，按GB 50205-2001规范要求：“跨度24m以上钢网架结构测量下弦中央一点及各向下弦跨度的四等分点”，就没法确定哪一个螺栓球才是网格中央的点。此时，该网架结构的挠度监测点选取可按以下推荐方法：
第一步先选取轴线，X方向中间没有轴线，就取中间旁边的轴线X6轴，Y方向也同样取中间旁边的轴线Y7轴。
第二步，选定轴线后再选取轴线上螺栓球监测点，X6轴线中央没有螺栓球节点，就取旁边的X-6-6螺栓球为中间监测点，再以中间螺栓球节点为中心，分别取两边的四等分点为监测点，两个端部螺栓球为变形观测点。同样，Y7轴螺栓球监测点与两个端部螺栓球变形观测点也是这样选取。
在以上监测点布置图中，有X6-6和和Y7-7两个下弦中央点，而且是对称错开的。每条轴线上的四等分点距离也不一样，但也是X轴和Y轴对称分布。在实际检测中，这种对称结构监测点布置图，还是比较常见的。我们不能保证每一个点都在准确的等分位置，但是要把监测点分布在可能的最大变形处。
参见本教程第一部分第5条，挠度监测点最好是能按设计单位提供的网架计算书来选取，这种监测点选取方法也只是一种推荐方法。很多施工单位自检时，还另外选取对角等分轴线的1/4处螺栓球为监测点，加大监测点数量能更多反应网架变形情况，这是很好的。
4.2.2 监测点设置方法
正确掌握网架挠度观测监测点的设置方法，是网架挠度测量结果准确的关键。
1）监测点贴反射片设置方法
当网架安装采用整体提升、整体顶升、整体滑移、整体吊装法时， 挠度观测的监测点通常在网架在地面拼装完成后，采用贴反射片方式进行设置。监测点应设置在网架变形量最大的节点处，在下弦螺栓球表面的一侧或两侧贴反射片。对于比较小的螺栓球可以把反射片中心十字部分裁剪成1cm长条后贴合，这样就比较好贴，也不容易掉。
本教程第一部分讲到，网架挠度计算是以线为基准，但是网架轴线上有支座球、螺栓球、杆件，而且形状大小不一，因此要把反射片的十字贴在球心高度位置，从而把每个点都连接成一条轴线中心线。见下图3红线位置。
图3 网架轴线监测点布置位置图
通常，贴反射片要预估好全站仪观测的方向，十字中心不一定贴在球心高度位置，要确保每个节点的轴线高程是球心高程，可以用游标卡尺测量反射片十字中心与球心高度之间的垂直距离t，则监测点测量的高程加上偏差距离t，就是球心高程，见以下图4。
但是由于放射片中心十字与球心偏差，或是观测方向等原因，在某些支座球或是螺栓球监测点，不一定是在球心高度位置，如下图2所示，这时应测量监测点与球心的高差t，这样测得监测点的高程H'加上高差t，得到轴线上球心的高程。
图4 监测点与球心的高差示意图
测量监测点偏离轴线中心线的距离应精确到1mm，测量误差过大，则测量的误差直接叠加到挠度计算结果中，有时甚至比观测方法引入的误差还要大，后面的观测工作测的再精确也都白费。
2）监测点无法贴反射片的方法
当网架安装采用高空散装法、分块吊装法，或是测量已建的高空网架，如果无法上高空贴反射片，就不能直接测量监测点与螺栓球球心的高差。
遇到这种情况，可以按以上监测点要处于中心线上的原则，在全站仪进行观测时，照准该球节点容易识别的中心线的位置（见上图2红线位置），比如连接杆与球连接部位、水平连接杆处中心等。由于人为估算观测有主观因素的误差，因此建议节点的每个连接部位都全数测量取平均值，以减小误差提高可靠性。螺栓球节点由于加工精度高，用连接杆件中心高程代替球节点高程比较合理，对于焊接球节点，由于加工精度较低，建议慎用该方法。
这种方法如果观测条件不好误差就比较大，一般是不宜采用的，但是由于种种特殊原因，在实际检测中反而是最经常用到。
资料引用：
《钢网架挠度检测评定方法研究》出版源：城市道桥与防洪 2017年05期 【作者】 谷川 本教程根据谷川老师的办法进行一些修改。
3）球壳拟合法
由于以上方法二的缺点，本教程简单介绍《钢网架挠度检测评定方法研究》作者谷川老师提供的球壳拟合法，该方法首先建立一个三维坐标系，用全站仪从不同方向（至少3个方向）测量球节点表面的若干坐标，利用矩阵方程拟合计算算出球心坐标和半径，从而得到比较高精度的球心高程。这种球壳拟合法适当学习也是有用的，比如说钢结构鉴定项目，测量精度要求比较高，但是现场建筑用了很多年早就没有脚手架上高空设置反射片测量球心高度位置，这时用球壳拟合法测量就具有优势。
该测量方法我本人在试验室进行过模拟测量，经验证是可行的，但是我也没在现场实际使用的经验，同时测量操作相对比较复杂，初学者难于掌握，这里就不详细介绍了，具体测量方法请百度查看原文，大家以后熟练了可以自己学习掌握，必要的时候用得上。
5 确定空间网格结构挠度观测频率及观测周期（步骤5）
JGJ 8-2016第7.5.2条规定：挠度观测的周期应根据荷载情况并结合设计及施工要求确定。按设计及施工要求的一般规定，空间网格结构挠度观测频率及观测周期可按跨度区分如下：
1）大跨空间网格结构
对于跨度大于60m以上的大跨度空间网格结构，应按《GB 50982-2014 建筑与桥梁结构监测技术规范》第6章要求的施工期间监测或是使用期间监测的观测频率及观测周期。
大跨度空间网格结构的挠度测量不在本教程讨论之内，因为有监测要求的挠度测量方法与测量精度都要高，参见《JG/J T 302-2013 建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范》。
2）中小跨度网架结构
跨度小于60m以下中小跨度网架结构的挠度观测周期和频率，没有特别要求的，应按GB 50205-2001的规定，在网架结构总拼（安装）完成后观测一次，屋面工程完成后再观测一次，总观测次数为两次。
3）中小跨度网壳结构
网壳结构挠度观测的观测频率，按《JGJ 7-2010 空间网格结构技术规程》第6.11.3条规定“空间网格结构安装完成后，应对挠度进行测量”。除非设计要求另有规定，网壳结构的挠度谷量可在屋面工程完工后观测一次就可以了。其实本条规定也是适用于网架结构的挠度观测频率的，主要是看设计要求是按什么规范。
6 网架挠度测量的现场外业观测（步骤6）
6.1 步骤1——工作基点与测站设置
1） 测站设置
网架总拼安装完成后，就开始进行网架挠度测量的现场观测作业。到达现场后，第一步首先要进行测站的设置。按中间设站观测方式原理，全站仪所在的测站位置，最好能把一个观测组的每个监测点都观测到，而且左右两边监测点视线长度对称，每个监测点观测的垂直角不大于20°。
2）工作基点设置
确定好设站位置后，再确定反射棱镜（工作基点）架设位置。以下实例用试验室里模拟讲解测站（全站仪）、工作基点（棱镜）和监测点的布置方位，见下图5：
图5 测站、工作基点、监测点布置图
工作基点： 图中，假设目标墙上贴反射片的点1、点3为网架轴线两端的支座球测量点，点2为螺栓球挠度监测点。棱镜所在的地面位置为工作基点，以工作基点地面为起算面的高程假设为0.000m。安置棱镜的时候，没什么必要就把棱镜对中杆的伸缩杆放到底部，避免棱镜高读数误差，棱镜高就直接按1.350m算。
测量仪器采用南方测绘仪器公司的全站仪NTS-342R5A，标称精度（2mm±2×10^-6mm， 2" ）。图中全站仪的竖直度盘在望远镜照准方向的左侧，为正镜（盘左）观测。如果纵转望远镜，使竖直度盘在望远镜照准方向的右侧，就是倒镜（盘右）观测。纵转望远镜或水平旋转照准部按顺时针或逆时针方向都可以的，不影响观测结果。
在以下讲解全站仪中间设站三角高程测量监测点高程的步骤与操作方法时，由于每个厂家全站仪的操作界面和参数设置不一样，因此操作步骤里的全站仪仪器设置部分，就根据自己的仪器自行掌握，只要能测量出目标点的以下4个参数：垂直角、斜距值、垂直距离值、还有坐标就行。
6.2 步骤2——全站仪安置与仪器参数设置
1）安置仪器
全站仪安置包括对中和整平两项工作，三角高程测量的中间设站观测方式不需要对中，全站仪可以随意位置设置。但是JGJ 8 要求采用变动仪器高进行两次独立测量的话，要在一个测站内测量，因此两次独立测量之间要进行对中步骤。
——整平：
安放好位置后进行整平步骤，整平的目的是使仪器竖轴铅锤和水平度盘处于水平位置。当仪器精确整平后，照准部转到任何位置，圆水准器和管水准器的气泡都是居中的（允许管水准器的气泡偏离零位，不超过一格）。
——对中
对中的目的是使仪器竖轴测站点的铅垂线上，对中一般可在地面测站点打一颗测钉（没有测钉也可以在地上画个十字），用光学对中器对中测钉的十字点，精度可达1mm。
以上对中和整平是相互影响，操作时应交替、反复进行，直到既对中又整平为止，具体操作方法参见本教程第一部分《土木工程测量》，
2）调整十字丝
瞄准目标前，把望远镜对向明亮背景，进行目镜调焦，使十字丝清晰。
3）仪器参数设置
测量之前要注意检查以下几个设置项参数，以本南方测绘全站仪为例。
——角度相关设置
【倾斜补偿】为【开】，【垂直零位】为【水平零】
——距离相关设置
【T-P改正】为【开】，此功能为气象改正。
【两差改正】为【改正关】，此功能为地球曲率与大气折光系数改正，一般情况下设置
为关，除非是外业测量有需要时设置为开。
测量模式设置——N次精测4次，取结果平均（按JGJ8-2016规范要求）。
棱镜常数设置——参见本教程第一部分【棱镜常数】
目标选择——根据照准目标不同，更换【棱镜】【反射板】【无合作】
6.3 步骤3——南方全站仪的项目管理设置与建站设置
如果是单纯的测量目标点的高程、坐标，是不需要进行全站仪的建站步骤的，但是在南方全站仪设置里，进行项目管理设置和建站设置后，就能把测量数据自动采集在全站仪里，这样在现场检测时候就可以不用手动记录数据，加快测量速度。
——项目管理设置
设置步骤：打开主界面【项目】—【新建项目】，项目名称选默认当天日期为文件名，点√。这样后面测量的数据都保存在这个文件里。
——建站设置
全站仪建站的目的，就是在测区内建立一个测量坐标系统。用测站（全站仪）和后视点（棱镜）进行定位和定向确定测量坐标系统后，后面测量的坐标都在这统一的坐标系统里。其中定向可以采用单点或多个点来进行定向。
首先要说明，全站仪建站的方式跟测量项目的要求有关，不同项目要求的建站方式是不一样的。测量网架挠度，只需要建立一个假定坐标系统，测量出各个监测点的假定坐标，使用假定坐标算出监测点之间的水平距离就行，因此采用最简单的后视角单点定向【已知点建站】。
建站设置步骤：打开主界面【建站】—【已知点建站】，打开后的界面见下图6：
图6 已知点建站设置界面
【测站】要填写的就是全站仪现在测站点位置的编号，这个编号是自己编的，但是要注意，包括测站和后面每个监测点编号名称和方法，都要便于自己识别，后面整理数据的时候，根据编号知道是测的哪个点。在这里我输入“cz”。如果全站仪改变位置，那就要另外编测站点编号。
【仪高】、【镜高】分别是全站仪的仪器高、棱镜高。全站仪中间设站三角高程测量是不需要测量仪器高和棱镜高的。因此我这里就随便输入 1.000。
【后视角】就是后视点棱镜的后视角度，在这里我随便输入0.0000。
以上设置完成后，把全站仪望远镜照准棱镜中心点，点【设置】，全站仪的建站步骤完成。
6.4 步骤4——观测方法与步骤
6.4.1 垂直角中丝法观测的操作程序
以上棱镜、3个监测点组成一个观测组，而且棱镜和3个监测点都与全站仪通视。按照JGJ 8-2016要求，进行两组独立测量，垂直角中丝法观测的操作程序按《GB/T 17942-2000 国家三角测量规范》第7.1.3条要求：
第一组独立测量
1）正镜（盘左）开始，照准一组中的第一个方向：棱镜，用中丝切准目标，并使目镜中心十字与棱镜中心十字重合，读数（【目标选择】选择【棱镜】，点击【采集】—【点测量】—【测距】—【保存】，或者【测存】）。
图7 测量读数-数据采集界面
以上【点名】是目标工作基点（棱镜所在地面位置）的名称编号，也是自己编的。测量的参数：垂直度盘读数：358°35′26″，斜距值5.400m，垂直距离-0.133m,就记录在全站仪数据库里。点击【数据】查看，可以看到全站仪把测量数据按坐标数据的形式保存下来了
2）依次照准第二个方向：墙上的监测点1，读数（【目标选择】选择【反射板】）……直到本组方向监测点测完。
3）纵转望远镜，成倒镜（盘右）。
4）按上述相反的次序照准各个方向目标，观测读数，回到第一方向棱镜。
以上操作为一测回。
再按第一个测回的操作步骤重复观测读数，完成第二个测回，总计两个测回。
此时，第一组独立测量完成。
第二组独立测量
调整三脚架，把全站仪机身高升高或降低约5cm，重复第一组独立测量的操作步骤。
完成以上两组独立测量操作后，此时一组监测点的观测操作结束。记得打开主界面的【数据】，查看【原始数据】或是【坐标数据】，看看前面测量的数据有没有保存下来。
6.4.2 检测现场三角高程测量观测方法应用及操作要求
1） 观测组所有目标通视情况三角高程测量办法
对于中小型网架，一条网架轴线上所有监测点都与棱镜通视情况下，就采用以上6.4.1条的操作进行三角高程观测。在测量另一条轴线的时候，就转移全站仪（测站）进行相同的操作。
2) 观测组所有目标通视情况免棱镜三角高程测量办法
对于一些中小型网架，可以选用安装在混凝土柱上的支座球作为观测基准点，通常认为网架支撑柱上的支座螺栓球是没有沉降的，我们选取其中一端的支座螺栓球， 代替上面以上6.4.1条棱镜的工作基点作用，用全站仪测量出该端支座螺栓球中心的高程，以该支座螺栓球球心的高程作为该轴的假定高程基准，然后按以上6.4.1条的操作进行三角高程观测。
本条依据刘堃老师《网架结构挠度检测方法的探讨》提供的方法修改补充后引用。以上测量操作去现场不需要带上棱镜，是比较美滋滋。但是该方法有两条要求：1 在一个测站上，该条轴线上所有监测点都与该支座螺栓球的监测点通视，不通视没法用；2 至少该螺栓球监测点要能贴上反射片，不然工作基点不贴放射片则高程测量的误差都大了，其他监测点的高程前后视高差误差也大。
当然，如果哪天去到现场发现马大哈没带上棱镜，特殊情况下也可以变通应急用^-^。
引用资料：
《网架结构挠度检测方法的探讨》出版源：建筑结构 2014年 【作者】 刘堃
3）观测组目标不通视情况三角高程测量办法
对于一些大型网架，如果一个测站上，网架轴线上的监测点与棱镜不全部通视，或是监测点与棱镜的视线差超差。这时就需要把监测点进行分组观测，而且在所观测的监测点中，至少要有2个点应在其他测站同期观测。举例：
一条网架轴线上有5个监测点，编号1、2、3、4、5。我们可以把监测点分为两组观测组，每个观测组内的监测点都与棱镜通视。比如第一组“1、2、3、4”测量4个点，第二组要测量“3、4、5”，第二组中至少有两点：3和4点是在第一组同期观测过的。
在有必要情况下，多组观测还可以另外设置一个工作基点，并以新增工作基点的高程作为第二组观测的高程基准。新增的工作基点可使用另外一个棱镜设置，采用以上6.4.1条测量操作方法测量新增工作基点的高程，这也是本教程第一部分要求买两个棱镜备用的原因。
4）视线垂直角超限的三角高程测量办法
很多在室内建设的网架，由于室内场地的限制，全站仪架设位置观测的视线垂直角大于20°。实际上视线垂直角达到18°以上时，全站仪的望远镜也下斜到难于用目镜观测。遇到这种情况，可采用给全站仪安装配套的弯管目镜办法观测，全站仪安装了弯管目镜后，可以观测接近90°的视线垂直角角度。弯管目镜实物图见下图8，网上有卖。
图8 弯管目镜实物图
对于已知观测场地有限的网架，可以在设置监测点时，把反射片中心十字对准螺栓球底部正中。观测时把全站仪设置在监测点的正下方，在相近视线长度的位置设置棱镜。用弯管目镜瞄准螺栓球底部中心位置，天顶方向与视线方向的夹角要小于20°，测量。如果下一个监测点与天顶方向角度大于20°，那就转移测站位置到下一个监测点正下方位置，进行同样操作，见下图9：
图9 视线垂直角超限三角高程测量设站与工作基点设置位置图
测量出各个螺栓球底部监测点的假定高程后，查阅施工图纸资料，找到监测点对应螺栓球的规格，可以算出球心的高程。这种准目标的方法，如果不能贴反射片人为误差的因素也比较大。
当然有些特殊情况，也可以使用弯管目镜直接观测垂直角角度稍大的目标，但是最好不能大于30°。测量员在观测时，随时验算测量的距离、垂直角误差有没有超过JGJ 8的限差，没超过的话就用吧，超过了就不用。
引用资料：
《全站仪免棱镜测量钢网架屋面工程挠度方法》出版源：质量探索 2013年 【作者】郭凯宁
6.5 引用国家高程基准的方法及基准点设置补充
1）基准点布设方法
如果工程或委托要求监测点的高程为国家高程基准，就应在检测现场设置沉降基准点。基准点布设方法见《JGJ 8-2016 建筑变形测量规范》第5章“基准点布设与测量”。基准点设置应埋设标石或标志，且数量不少于3个。测量期间还应按JGJ 8-2016第5.4.2条规定进行基准点稳定性分析。
2）国家高程基准的引用
基准点布设好之后，就要把国家高程基准引入到设置的基准点中，引用高程基准的方法有两种情况：
第一种情况：如果是在建的建筑，可以跟施工队共用施工放样用已知高程值的测量控制点为基准点，这种方法就比较简便。
第二种情况：如果是已建的建筑找不到控制点标记的，检测单位就要自己设置基准点，然后根据当地测绘管理部门提供的专用地图“点之记”，找到所标记已知高程值的水准点，用高程控制测量方法把水准点的高程传递到自己设置的基准点。确定地面基准点高程的测量方法主要有：水准测量，三角高程测量，气压高程测量及流体静力水准测量和GPS测量等。
3）基准点到工作基点高程传递
测量现场基准点与工作基点的高程传递，通常采用水准点联测的方式把基准点BM的高程传递到现场工作基点B点。见下图10：
图10 基准点与工作基点联测的方式
基准点与工作基点联测水准路线的布设，可采用闭合水准路线或支水准路线。可用水准测量或三角高程测量方法，进行往返测或单程双测站方式测量中间点高程。如果中间转点ZD大于2个以上还要进行高差平差计算。本南方全站仪NTS-342是自带导线平差计算程序的，如果全站仪没有这个平差计算功能，就要自己进行很繁琐的平差计算。
依据JGJ 8-2016第5.1.6条规定：“基准点测量与基准点与工作基点之间联测的精度等级，对四等变形测量，应采用三等沉降观测或位移观测精度，对其他等级的变形测量，不应低于所选沉降或位移观测的精度等级”。
以上这条5.1.6的规定，网架挠度测量监测点采用国家高程基准，至少要满足两点条件：
1 基准点在观测现场附近，观测时棱镜可直接假设在基准点上直接引用国家高程基准。
2 如果基准点位置比较远，至少用标称精度（ 1mm±1×10^-6mm，1.0"）以上的全站仪，不然就要用水准观测的方法来传递高程。
以上简要讲述引用国家高程基准的操作方法，主要在其他一些大型的变形测量项目，比如桥梁挠度测量会用上，给大家有个简单了解。对于技术能力有限的中小钢结构检测单位，不论哪种引用方法都够喝一壶的了。因此没什么特别要求，网架挠度观测就采用我们自己设定的假定高程系统就可以了。
7 网架挠度测量观测的业内成果整理（步骤7）
7.1 网架挠度测量观测作业成果整理的一般规定
网架挠度测量观测作业的成果整理应符合JGJ 8-2016第8章 成果整理与分析的要求，每次变形观测结束后，应及时进行成果整理，项目完成后，应对成果资料进行整理并分类装订。
测量数据处理方法应符合GB/T 17942-2000 第8章 成果的记录、整理与验算的要求。
7.2 三角高程测量观测成果的记录、整理与验算
7.2.1 三角高程测量观测成果的记录
一切外业观测值和记事项目，必须在现场直接记录，记录项目应包含规范规定的必须项目。测量成果的记录分为电子记录和手薄记录，以上南方全站仪在现场检测时，现场测量结果可以先保存在仪器的内存里，等后面再把数据导入到电脑，用厂家专用的数据后处理软件的进行整理。以上面的模拟试验为例，我们可以依据JGJ8-2016第4章 三角高程测量的技术要求设计一个原始记录，见下表2：
表2 工作基点（棱镜）全站仪观测值记录结果
表2（续） 监测点1全站仪观测值记录结果
当然，一个表格要放下JGJ8这么多技术要求项目也比较拥挤，比如垂直角测回差、指标差较差就只能省略中间计算过程，直接报结果。
7.2.2 三角高程测量观测记录的整理和检查
观测工作结束后，应及时整理和检查外业观测原始记录，检查原始记录中所有计算是否正确，观测成果是否满足JGJ8-2016第4章 距离测量、角度测量的各项限差的要求。对超限的观测点应进行重测，最后每个方向取4个符合限差要求的测回。确认观测成果全部符合规范规定之后，才能开始下一步的高差计算。
以上距离测量、角度测量数据的各项限差的整理和检查贱“垂直角测量”和“斜距值测量”两部分，高差限差验算的见“垂直距测量”到“最终高差值”部分。这其中包含大量的距离、角度计算，如果人工检查计算的话就很繁琐，我们可以设计一个EXCEL计算表，输入观测值之后自动计算各项结果，在本教程末尾会提供以上表格下载地址。见下表3：
表3 JGJ 8-2016全站仪中间设站三角高程测量结果计算表
以上EXCEL表格显示了垂直角测回差、指标差较差的计算过程，看起来就比较直观了。计算公式参见本教程第一部分末尾的《土木工程测量》教材“角度测量”部分。以下列举部分可能疑难项目的计算方法（以全站仪垂直零位设置为水平零为例）：
——竖盘指标差
竖盘指标差i=（盘左读数+盘右读数-180°）/2
比如 支座球A1测回指标差：（8°49'44''+171°10'30''-180°）÷2= 0°00'07''
——前后视高差计算值
前后视高差计算值是前视（螺栓球监测点）与后视（棱镜）对应独立测量内的差值，比如
比如支座球A第一次独立测量：1.041-（-0.133）=1.174
支座球A第二次独立测量：1.080-（-0.093）=1.173
——两次独立测量高差较差限差
两次独立测量高差较差限差计算公式见JGJ 86-2016表4.4.2，其中D的两点间距离，取两次独立测量的前后视距和的平均值，本次测量按四等精度，则支座球A与棱镜两次独立测量高差较差限差为:
△h=20×√((5.400+5.694+6.781+6.783)/2000)=2.207≈2 mm
注意：以上前后视视线长度（斜距值）是按km为单位。
——最终高差值
当2次独立测量所计算的高差较差应符合表4.2.2的规定之后，取其算术平均值作为最终高差值
(1.174+1.173)/2=1.174
——监测点（照准点）高程计算
还是以支座球A为例，棱镜工作基点的假定高程起算高程为0.000m，棱镜高为1.350m，支座球A与棱镜最终高差为1.174m，则支座球A的高程为：
0.000+1.350+1.174=2.524m
参见本教程第一部分的6.2.1、6.2.2和7.4、9.3条，网架挠度测量一般测区都在100m以内，可以用测区平面代替水准面，因此单次观测的高差，可以直接读数全站仪内部程序计算并显示出来的“垂直距”，每次独立测量取4个读数的平均值。
千万要注意的是：如果是桥梁挠度测量等测区大于100m以上的，高差计算就不能这么直接读取全站仪显示的“垂直距”，而是改为“计算高差”，单次观测的高差采用前面确认符合限差的垂直角、斜距，再用《GB/T 12898-2009 国家三、四等水准测量规范》第9.3.2条的公式4计算。
——相邻监测点两点间水平距离
网架挠度值计算公式要用到相邻监测点两点间水平距离，相邻监测点两点间水平距离按三维坐标空间两点距离公式计算。在前面我们用【已知点建站】，建立一个假定坐标系，测量的坐标数据可在【数据】—【坐标数据】里查看，其坐标数据是按（N E Z）形式。
1）本南方全站仪是自带坐标反算程序，可在【计算】—【坐标反算】 ，在【起始点】、【结束点】调入要计算的两点坐标，按【计算】就可以求出【平距】，如下图11：
图11 全站仪坐标反算界面
2）有些老式的全站仪可能没有这种计算程序，就只能自己手工计算了，计算方法如下：两点的坐标为A（N1,E1,Z1）,B（N2,E2,Z2）按以下公式计算A、B两点间平距：
以上EXCEL计算表也提供了两点间距离计算，以模拟试验为例如下图12：
图12 空间两点间距离计算EXCEL表
3）需要注意的是，以上我们的观测操作，也是同时采用的水平角方向观测法的，但是我们对水平角的二倍照准差2C等其他限值没有进行检查，也没用考虑监测点与球心高差带来的偏差，因此算出来的水平距离和实际距离是有偏差的，还好在网架挠度值计算里，这点20mm左右的偏差不影响最终结果，因此这样粗略的计算还是可以接受的。
当然，本EXCEL计算表还提供了反算理论垂直角和理论斜距值的功能，可以核对现场检测的垂直角和斜距是否有大的偏差。在特殊情况下，可以根据检测现场情况和网架施工CAD图，反推出竖直度盘读数和斜距值、垂直距离值读数，这事就不能说太细了
，在EXCEL计算表里面有使用说明，大家可下载体会这功能的用处。
7.2.3 三角高程测量成果的验算
网架挠度测量三角高程测量成果验算，主要有两部分内容：
第一部分是中间设站的高差中误差的验算，在JGJ 8-2016这部分验算为两次独立测量高差较差限差验算，只要符合JGJ 8 两组独立测量高差较差限差的，也就符合相应测量等级的高差中误差要求。为了方便，这部分已经包含在上面记录的整理和检查里面一起讲了。
第二部分是针对测量过程中高程控制测量项目，比如：基准点稳定性分析、基准点与与工作基点联测高程传递、工作基点转移联测高程传递，验算的内容就是依据测量误差理论和统计检验原理，对获得的观测数据进行平差计算处理。网架挠度测量这部分验算内容估计排上用场的不多，就省略了算了。
7.3 网架挠度观测成果整理
7.3.1 挠度观测成果表
在以上三角高程测量数据整理检查合格后，把以上各个监测点的高程以及相邻监测点间水平距离，填写在观测成果表进行挠度值计算。观测成果表在JGJ8-2016附录A有表格样式，但是附录A的表格不能满足网架挠度观测的其他必须参数需要，我们可以参照附录A表格的样式，自己设计一个。测量的数据整理在“挠度观测成果表”里，见下表4：
在挠度观测成果表中，上半部分是本次模拟试验的测量结果，因为形式比较简单，还是以下半部分“模拟计算轴线Y5”的数据为例：
表4 挠度观测成果表原始记录
表中的“监测点与球心高差”就是网架在吊装前，我们在地面贴反射片时，用卡尺精确测量出来的反射片中心十字与球心的垂直距离（高差），监测点观测得到的高程，加上监测点与球心高差”，才是改正后球心的高程。比如支座球A，球心高程为：20.642+0.010=20.652m。
当然了，如果是遇到本部分第4.2条无法贴反射片的情况，只能在观测时尽量照准球心高度位置，这时“监测点与球心高差”就按“0”算，这其中带来的误差也是没办法的事情了。
7.3.2 挠度值计算
网架挠度的计算公式见本教程第一部分4.2的公式2，以Y3-7的1/4处螺栓球挠度计算为例：
7.3.3 挠度曲线图
挠度曲线图在JGJ8-2016条文说明第7.5.5条有个桥梁挠度示意图示例，这个示例图用高程来表现挠度曲线变化，而网架挠度值变形量小，用高程表示变形量就合并在一起看不出来套用不上，但是可以参照示例，自己设计一个网架挠度曲线图。
当然了，我们也可以设计一个EXCEL表格来自动计算挠度值，并生成挠度曲线图13：
图13 EXCEL网架挠度计算与曲线图
EXCEL表中的挠度曲线图，可以帮助我们查看挠度值的曲线变化。使用的时候截图粘贴到记录或报告上就行，免得自己画的麻烦。
7.3.4 挠度监测点变形分析
监测点变形分析主要是对监测对象有变形监测要求的项目，变形分析主要是对相近两期观测的变形量和累计变形量进行分析，看看监测体有没有发生变形。分析方法见JGJ 8-2016第8.3条，本条规定了三等以上变形测量的变形分析方法。
在应用上，对于大跨度空间网格结构有变形监测要求的挠度测量，要按照《GB 50982-2014 建筑与桥梁结构监测技术规范》等标准，要对挠度监测点进行变形分析之外，其他规范要求的中小型网架挠度测量项目，都只要求网架完工后进行观测测量，无需对监测点进行变形分析。因此本条监测点变形分析可以省略。
本条术语解释：
变形分析：根据变形观测资料，通过计算确定变形的大小和方向，分析变形值与变形因素的关系，找出变形规律和原因，判断变形的影响，并作出变形预报等工作
——《GB/T 50228-2011 工程测量基本术语标准》第9.5.2条。
7.3.5 挠度观测及挠度值的其他问题
在刘堃老师编著的《网架结构挠度检测方法的探讨》里，提到一种现象：“通常测量后，跨度中间螺栓球的挠度值大于靠近支座的螺栓球的挠度值，但在实际工作中有时候会发现，跨中的挠度值和两侧差距不大，偶尔还能发现跨中螺栓球挠度值稍稍小于两侧螺栓球的挠度值。还有一种情况，就是在钢网架结构总拼完成后及屋面工程完成后分别测量其挠度值，也会有跨中挠度值小于两侧螺栓球的挠度值，或同一观测位置的挠度值反而变小。本人就这个问题咨询过专家，解释为：这种情况是因为网架结构是一种高次超静定结构体系，其内力分析特别复杂，有时候得出不符合常理的测量值是正常的。只要测量出的挠度值满足设计要求或相关标准要求，就可以通过验收。”
刘堃老师以丰富的现场检测经验，告诉我们实际测量的网架挠度值，并不都是象图14一样，为一条理想状态弧度的曲线。在钢网架结构总拼完成后测量的挠度值，也并非要大于屋面工程完成后分别测量的挠度值不可。 刘堃老师的经验是我们出报告的时候要注意的^-^，我们自己有机会也应到现场多做检测，积累自己的实际检测经验。
以上参考资料：
《网架结构挠度检测方法的探讨》出版源：建筑结构 2014年 【作者】 刘堃
7.4 网架挠度值合格判定
挠度值合格判定方法，见本教程第一部分第8条 网架结构的挠度设计值、容许挠度值及检测结果的判定方法。除了挠度值合格判定外，还有变形预警值判定，见下条。
8 网架挠度观测变形预警值及预警方式（步骤8）
8.1 网架挠度观测变形预警值
依据JGJ 8-2016第3.1.6条规定，建筑变形测量过程中发生下列情况之一时，应立即实施安全预案，同时应提高观测频率或增加观测内容：
1 变形量或变形速率出现异常变化。
2 变形量或变形速率达到或超出变形预警值。
以上实施安全预案的条款是强制条款，其中实施安全预案的条件之一就是变形量达到变形预警值。因此变形观测都应设置一个变形预警值，变形预警值见以下术语
预警值：在变形允许值范围内，根据监测体的变形敏感程度，以允许值一定比例计算或直接给定的警示值。
——《GBT 50228-2011 工程测量基本术语标准》第9.5.13条
根据术语定义，预警值是对表征监测对象可能发生异常现象或危险状态的监测量所设定的警戒值。总体来说，监测预警值可根据影响因子对建筑本体变形、变化破坏的相关性（危害速率）确定，监测预警值应满足被监测对象的安全或变形控制要求。
网架挠度预警值可按两种情况设定预警值：
1 网架施工期间监测预警值设定，可按《GB 50982-2014 建筑与桥梁结构监测技术规范》第3.3.5条规定，根据预警等级不同，可采用挠度设计值的50%，70%，90%进行预警，但监测值 应满足相应施工质量验收规范的要求。
2 网架使用期间监测预警值设定，以容许挠度值90%为预警值（仅做参考）。
通常来说，预警值应由设计单位提供。
8.2 预警方式
预警方式：检测单位在测量的挠度值出现异常变化，或是达到超出变形预警值，用《预警快报》的书面形式把情况报告给委托单位。
本小节说明：
戴水财老师编著的《钢网架结构工程挠度的检测与评定方法》里提到，对于一些大型网架，如果挠度设计值设定的过大，即使实测挠度值没有超出设计值的1.15倍，也会给后续的戴吊件设备安装带来困难，因此网架挠度的变形预警值，除了考虑安全因素，还要考虑后续安装设备的因素。对于网架挠度的预警值规定，本人也折腾不少时间查阅网架设计、施工及测量资料，包括学习使用结构设计软件，但是学习的深度不够，也没有查到这方面的资料，如果有查阅到最新资料会继续补充，也欢迎行业专家指点。
以上8.1条预警值规定，是参考基坑监测方面的规范自己总结的，并非规范或其他资料的规定，仅做参考。这个预警值设定是JGJ8-2016的强制条款，应由设计单位提供，但在实际检测中，大部分委托单位提供的网架施工设计图，连挠度设计值都没有，更别说这个预警值了。因此，这条规定怎么执行，大家根据实际情况自己看着办吧^-^。
9 网架挠度测量成果的质量检验（步骤9）
9.1 网架挠度测量成果质量检验要求
每次网架挠度观测工作完成后，还要进行一项必不可少的工作：测量成果质量检验。测量成果质量检验要求参见JGJ 8-2016第9章， 对建筑变形测量成果的质量宜实行两级检查一级验收。两级检查中的一级检查和二级检查由检测单位的检测部门和质量管理部门实施，一级验收由委托单位组织实施。
9.2 检测单位的成果质量两级检查
9.2.1 检测部门的一级检查
检测部门的一级检查相当于记录和报告的审核，由部门的审核人员进行检查，检查的内容一种是质量检查记录，一种是质量检查报告。
1）成果质量检测记录
在测量过程中的质量检查要填写质量检查记录，记录的表格在JGJ 8-2016附录B有样本。分别在网架结构总拼完成后首次挠度观测填写一次，检查的内容见JGJ 8-2016第9.2.2条；屋面工程完成后二期挠度观测再填写一次，检查的内容见JGJ 8-2016第9.2.3条。
2）质量检查报告
等外业测量所有工作完成后，应在质量检查完成后编写质量检查报告。报告的要求见JGJ 8-2016第9.2.4条，对变形测量综合成果，应在质量检查后编写质量检查报告。质量检查报告应包括检查工作概况、项目成果概况、检查依据、检查内容及方法、主要质量问题及处理情况、质量统计及质量等级等内容。
当测量成果出现JGJ 8-2016第9.1.3条所列的问题之一时，应判定为质量不合格。当质量检查出现不符合项时，应立即提出处理意见，返回检测部门进行纠正。纠正后的成果应重新进行质量检查，直至符合要求。
审核人员应在检查完成后根据质量检验结果评定质量等级为合格或是不合格，并签字确认。
9.2.2 质量管理部门的二级检查
二级检查相当于报告审批部门的批准，二级检查主要是针对提交给外部单位资料的批准放行，比如以上网架挠度测量阶段性成果质量检查记录、综合成果的质量检查报告，如果要提交给委托单位的就进行二级检查，如果不检需要提交就不用二级检查。检查方式也是由批准人对以上放行资料的测量过程把再次复查，把检查过程也填写在以上同样的记录。
9.2.3 以上一二级检查，对于测量业内的所有记录、报告都要全数100%检查。而测量的外业（就是现场监督）不用100%检查，一般在内业检查发现问题后，如果需要实地查看判定才到现场进行针对性检查。
9.3 委托单位的一级质量验收
委托单位可根据情况需要组织实施质量验收，验收的要求见JGJ 8-2016的9.3条。不是每个变形测量项目都需要质量验收，但是规范要求首期观测成果是必须检查验收的，因此首期观测委托单位时要派监理进行旁站见证，并检查测量成果资料，其他各期观测按10%抽查。其中关系到检测单位的，就是验收用的检测方案、检测报告、质量检查记录或质量检查报告，都是要检测单位提供的。检测单位根据需要把该提交的资料都准备齐全。
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本上部分主要是介绍完全按照规范要求的现场检测过程，下部分主要介绍网架挠度测量提交成果的内容，就是怎么出记录和报告。
顺便介绍一个很好的测量技术网站：测量协同网，网址 http://www.fffsky.com/blog
这网站里面有很多有用而且免费的技术文章，而且上面提到引用基准点高程、三角高程测量成果验算时很繁琐高差平差计算，网站作者大神就免费提供一个测量坐标计算程序V5，除了高差平差计算，还有其他有用的计算程序，是一个超好用的软件。
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