前言

建筑变形观测起了什么作用？

为保证建筑物在施工、使用和运行中的安全，以及为建筑物的设计、施工、管理及科学研究提供可靠的资料，在建筑物施工和运行期间，需要对建筑物的稳定性进行观测，这种观测称为建筑物的变形观测。

建筑物变形观测包括哪些内容？

建筑物沉降观测

建筑物倾斜观测

建筑物裂缝观测

建筑物位移观测

一、建筑物的沉降观测

建筑物沉降观测是用水准测量的方法，周期性地观测建筑物上的沉降观测点和水准基点之间的高差变化值。

01 水准基点的布设

水准基点是沉降观测的基准，因此水准基点的布设应满足以下要求：

1）要有足够的稳定性  水准基点必须设置在沉降影响范围以外，冰冻地区水准基点应埋设在冰冻线以下0.5m。

2）要具备检核条件  为了保证水准基点高程的正确性，水准基点最少应布设三个，以便相互检核。

3）要满足一定的观测精度  水准基点和观测点之间的距离应适中，相距太远会影响观测精度，一般应在100m范围内。

02 沉降观测点的布设

进行沉降观测的建筑物，应埋设沉降观测点，沉降观测点的布设应满足以下要求：

1）沉降观测点的位置

沉降观测点应布设在能全面反映建筑物沉降情况的部位，如建筑物四角，沉降缝两侧，荷载有变化的部位，大型设备基础，柱子基础和地质条件变化处。

2）沉降观测点的数量

一般沉降观测点是均匀布置的，它们之间的距离一般为10～20m。

3）沉降观测点的设置形式

03 沉降观测

1）观测周期

a.当埋设的沉降观测点稳固后，在建筑物主体开工前，进行第一次观测。

b.在建（构）筑物主体施工过程中，一般每盖1～2层观测一次。如中途停工时间较长，应在停工时和复工时进行观测。

c.当发生大量沉降或严重裂缝时，应立即或几天一次连续观测。

d.建筑物封顶或竣工后，一般每月观测一次，如果沉降速度减缓，可改为2～3个月观测一次，直至沉降稳定为止。

2）观测方法

观测时先后视水准基点，接着依次前视各沉降观测点，最后再次后视该水准基点，两次后视读数之差不应超过±1mm。

沉降观测的水准路线（从一个水准基点到另一个水准基点）应为闭合水准路线。

3）精度要求

沉降观测的精度应根据建筑物的性质而定。

a.多层建筑物的沉降观测，可采用DS3水准仪，用普通水准测量的方法进行，其水准路线的闭合差不应超过 ±2.0√n mm（n测站数）。

b.高层建筑物的沉降观测，则应采用DS1精密水准仪，用二等水准测量的方法进行，其水准路线的闭合差不应超过:  ±1.0√n mm。

4）工作要求

沉降观测是一项长期、连续的工作，为了保证观测成果的正确性，应尽可能做到四定：

a.固定观测人员

b.使用固定的水准仪和水准尺

c.使用固定的水准基点

d.按固定的实测路线和测站进行

04 沉降观测的成果整理

1）整理原始记录

每次观测结束后，应检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，然后，调整高差闭合差，推算出各沉降观测点的高程，并填入“沉降观测表”中。

2）计算沉降量

a.计算各沉降观测点的本次沉降量：

本次沉降量=本次观测所得的高程－上次观测所得的高程

b.计算累积沉降量：

累积沉降量=本次沉降量+上次累积沉降量

将计算出的沉降观测点本次沉降量、累积沉降量和观测日期、荷载情况等记入“沉降观测表”中。 

3）绘制沉降曲线 

沉降曲线分为两部分，即时间与沉降量关系曲线和时间与荷载关系曲线。

a.绘制时间与沉降量关系曲线

 · 首先，以沉降量s为纵轴，以时间t为横轴，组成直角坐标系。

 · 然后，以每次累积沉降量为纵坐标，以每次观测日期为横坐标，标出沉降观测点的位置。

 · 最后，用曲线将标出的各点连接起来，并在曲线的一端注明沉降观测点号码，这样就绘制出了时间与沉降量关系曲线。

b.绘制时间与荷载关系曲线

 · 首先，以荷载为纵轴，以时间为横轴，组成直角坐标系。

 · 再根据每次观测时间和相应的荷载标出各点，将各点连接起来，即可绘制出时间与荷载关系曲线。

二、建筑物的倾斜观测

用测量仪器来测定建筑物的基础和主体结构倾斜变化的工作，称为倾斜观测。

01 一般建筑物主体的倾斜观测

建筑物主体的倾斜观测，应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物主体的倾斜度，即

i = tan α = △D/H

式中  i——建筑物主体的倾斜度；

       ∆D——建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（m）；

        H——建筑物的高度（m）；

        α——倾斜角（°）。

倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔD。偏移值ΔD的测定一般采用经纬仪投影法。 

经纬仪投影法，观测方法如下：

1）将经纬仪安置在固定测站上，该测站到建筑物的距离，为建筑物高度的1.5倍以上。瞄准建筑物X墙面上部的观测点M，用盘左、盘右分中投点法，定出下部的观测点N。用同样的方法，在与X墙面垂直的Y墙面上定出上观测点P和下观测点Q。M、N和P、Q即为所设观测标志。

2）隔一段时间后，在原固定测站上，安置经纬仪，分别瞄准上观测点M和P，用盘左、盘右分中投点法，得到N′和Q′。如果，N与N′、Q与Q′不重合，说明建筑物发生了倾斜。

3）用尺子，量出在X、Y墙面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值ΔD，即：

根据总偏移值ΔD和建筑物的高度H即可计算出其倾斜度i。

02 圆形建（构）筑物主体的倾斜观测

对圆形建（构）筑物的倾斜观测，是在互相垂直的两个方向上，测定其顶部中心对底部中心的偏移值。

1）在烟囱底部横放一根标尺，在标尺中垂线方向上，安置经纬仪，经纬仪到烟囱的距离为烟囱高度的1.5倍。

2）用望远镜将烟囱顶部边缘两点A、A′及底部边缘两点B、B′分别投到标尺上，得读数为y1、y1′及y2、y2′。烟囱顶部中心O对底部中心O′在y方向上的偏移值Δy为：

3）用同样的方法，可测得在x方向上，顶部中心O的偏移值Δx为：

4）用矢量相加的方法，计算出顶部中心O对底部中心O′的总偏移值ΔD，即

根据总偏移值ΔD和圆形建（构）筑物的高度H即可计算出其倾斜度i。

另外，亦可采用激光铅垂仪或悬吊锤球的方法，直接测定建（构）筑物的倾斜量。

03 建筑物基础倾斜观测

建筑物的基础倾斜观测一般采用精密水准测量的方法，定期测出基础两端点的沉降量差值Δh，在根据两点间的距离L，即可计算出基础的倾斜度：i = △H/L

对整体刚度较好的建筑物的倾斜观测，亦可采用基础沉降量差值，推算主体偏移值。

用精密水准测量测定建筑物基础两端点的沉降量差值Δh，在根据建筑物的宽度L和高度H，推算出该建筑物主体的偏移值ΔD，即

三、建筑物的裂缝观测

当建筑物出现裂缝之后，应及时进行裂缝观测，常用的裂缝观测方法有两种。

01 石膏板标志

用厚10mm，宽约50～80mm的石膏板（长度视裂缝大小而定），固定在裂缝的两侧。当裂缝继续发展时，石膏板也随之开裂，从而观察裂缝继续发展的情况。

02 白铁皮标志

1）用两块白铁皮，一片取150×150mm的正方形，固定在裂缝的一侧。

2）另一片为50mm×200mm的矩形，固定在裂缝的另一侧，使两块白铁皮的边缘相互平行，并使其中的一部分重叠。

3）在两块白铁皮的表面，涂上红色油漆。

4）如果裂缝继续发展，两块白铁皮将逐渐拉开，露出正方形上，原被覆盖没有油漆的部分，其宽度即为裂缝加大的宽度，可用尺子量出。

四、建筑物位移观测

根据平面控制点测定建筑物的平面位置随时间而移动的大小及方向，称为位移观测。

位移观测首先要在建筑物附近埋设测量控制点，再在建筑物上设置位移观测点。

位移观测的方法有以下两种：

01 角度前方交会法

从相邻的两高级控制点AB向待定点P观测水平角α、β，以计算待定点P的坐标，称为前方交会，如下图：

前方交会法计算待定点坐标的方法如下：

确定已知点间边长和坐标方位角

根据两个已知点的坐标，利用坐标反算公式计算两点间边长C和坐标方位角αAB：

计算待定边长及其坐标方位角

接正弦定理计算已知点至待定点的边长

从图一中可以看得出：

待定点坐标计算

首先根据待定边的边长和坐标方位角，按照坐标正算公式，分别计算已知点AB至待定点P的坐标增量

然后分别从已知点AB计算待定点P的坐标：

两次计算得到坐标可以相互检核。

余切公式和正切公式

对上述公式进行化算，可以推导出直接计算待定点P坐标的余切公式和正切公式。考虑到前面公式，可以将以上公式变为如下形式：

按照正弦定理，并考虑到γ=180°-（α+β），则有

将上式带入其中，并经整理后得到以下可以直接计算待定点坐标的余切公式：

将cotα=1/tanα和cotβ=1/tanβ代入上式，便可得到前方交会直接计算待定点坐标的正切公式：

应当注意，公式中的A、B、P三点，在图形内按逆时针顺序排列，且在A点观测角编号为α，B点观测角对应编号β。前方交会计算见下表：

02 基准线法

基准线测量原理是利用经纬仪和检定钢尺，根据两点成一直线原理测定基准线。测定待定位点的方法有水平角测量和竖直角测量，这是确定地面点位的基本方法。

1．保证量距精度的方法

返测丈量，当全段距离量完之后，尺端要调头，读数员互换，按同法进行返测，往返丈量一次为一测回，一般应测量两测回以上。量距精度以两测回的差数与距离之比表示。

2．安装基准线的设置

安装基准线一般都是直线，只要定出两个基准中心点，就构成一条基准线。平面安装基准线不少于纵横两条。

3．安装高程基准点的设置

根据设备基础附近水准点，用水准仪测出的标志具体数值。相邻安装基准点高差应在0．5 mm以内。

4．沉降观测点的设置

沉降观测采用二等水准测量方法。每隔适当距离选定一个基准点与起算基准点组成水准环线。