Методика і технологія геодезичного забезпечення геометричних параметрів ліфтових комплексів висотних споруд

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Сучасні умови розвитку висотного будівництва вимагають постійного вдосконалення та покращення методів інженерно-геодезичного забезпечення будівельно-монтажних робіт. Невід'ємною частиною сучасних висотних споруд є ліфти. Будівництво ліфтів можна розділити на два етапи: 1) спорудження ліфтової шахти; 2) монтаж ліфтового обладнання. Кожен з цих етапів обслуговується комплексом інженерно-геодезичних робіт, від якості виконання яких залежить безпека експлуатації ліфтів. На етапі спорудження ліфтової шахти постає задача дотримання проектної геометрії шахти. Після спорудження шахти виникає необхідність розміщення в ній ліфтового обладнання. До елементів, геометричні характеристики яких необхідно забезпечити, відносять: розміщення кабіни та противаги, напрямні кабіни та напрямні противаги. Відповідно, виникає необхідність в інженерно-геодезичному забезпеченні встановлення комплексу ліфтового обладнання в проектне положення з урахуванням індивідуальних особливостей ліфтової шахти, яка внаслідок впливу різних факторів має відхилення від проектних розмірів.

На етапі експлуатації виникає задача постійного моніторингу стану ліфтових комплексів, в тому числі їх геометричних параметрів. Збір даних та їх систематизація дозволяють швидко та оперативно приймати рішення про усунення недоліків та дефектів ліфтових комплексів.

До теперішнього часу головним нормативним документом, на який посилаються при будівництві та експлуатації ліфтів, є радянський Державний стандарт, затверджений у 1985 році. За минулий період у системі будівництва та у засобах контролю якості будівництва відбулися величезні зміни. Для будівель з кількістю поверхів більше 16 наведений нормативний документ не містить методики контролю якості будівництва ліфтових шахт та монтажу ліфтового обладнання. Отже, розроблення нових технологій та методик геодезичного забезпечення будівництва та експлуатації ліфтів в умовах сучасного будівництва є важливою і актуальною задачею інженерної геодезії.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є вирішення науково-прикладної задачі розроблення методики і технології геодезичного забезпечення геометричних параметрів ліфтових комплексів висотних споруд.

Задачі досліджень:

· аналіз існуючих методів і засобів геодезичного забезпечення геометричних параметрів ліфтових комплексів;

· розроблення методики розрахунку точності геодезичного забезпечення будівництва ліфтових шахт;

· розроблення технології визначення геометричних параметрів ліфтових шахт з використанням геодезичних, фотограмметричних та лазерних методів вимірювання;

· розроблення методики розрахунку точності геодезичних робіт при монтажі та експлуатації технологічного устаткування ліфтів з використанням теорії розмірних ланцюгів;

· розроблення технології визначення геометричних параметрів технологічного устаткування ліфтів з використанням електронних тахеометрів та автоматизованих геодезичних комплексів;

· розроблення методики визначення допустимості відхилень геометричних розмірів ліфтових шахт;

· вдосконалення методики оптимізації розташування ліфтового устаткування в контурі шахти на стадії будівництва і експлуатації.

1. Аналіз сучасного стану геодезичного забезпечення монтажу та експлуатації ліфтових комплексів

Проведено аналіз сучасного стану геодезичного забезпечення монтажу та експлуатації ліфтових комплексів, існуючих технологій забезпечення геометричних параметрів ліфтів, наведено класифікацію ліфтів та проаналізовано нормативну та тематичну літературу.

В результаті аналізу виявлено недосконалість існуючих методів та засобів для визначення геометричних характеристик ліфтових шахт та устаткування у сучасних умовах висотного будівництва. Враховуючи технічні характеристики сучасних високотехнологічних ліфтів, постає проблема розроблення нових підходів до геодезичного забезпечення будівництва і експлуатації ліфтів з використанням новітніх досягнень в галузі геодезичного приладобудування з розробленням нових та удосконаленням існуючих методик і технологій.

При розгляді проблеми геодезичного забезпечення будівництва ліфтів у висотних спорудах можна виділити наступні етапи:

- геодезичне забезпечення будівельно-монтажних робіт при зведенні ліфтової шахти;

- визначення геометричних характеристик ліфтової шахти перед монтажем технологічного устаткування або під час ремонтних робіт в ліфтах, які експлуатуються;

- визначення геометричних характеристик технологічного устаткування ліфтів на етапі будівництва та експлуатації;

- оптимізація розташування кабіни ліфта та технологічного устаткування в контурі ліфтової шахти.

Встановлено, що основні проблеми геодезичного забезпечення будівництва та експлуатації ліфтів викликані відсутністю:

а) методики розрахунку точності геодезичного забезпечення будівництва ліфтових шахт висотних споруд;

б) сучасних технологій визначення геометричних параметрів ліфтових шахт та ліфтового устаткування з використанням геодезичних, фотограмметричних та лазерних методів вимірювання;

в) методики розрахунку точності геодезичних робіт при монтажі та експлуатації ліфтового устаткування;

г) методики визначення допустимості відхилень геометричних розмірів ліфтових шахт.

Отримані в дисертаційній роботі результати дозволяють вирішити поставлені проблеми та вдосконалити методики і технології геодезичного забезпечення будівництва та експлуатації ліфтів в умовах висотного будівництва.

2. Розроблення методів та засобів визначення геометричних параметрів ліфтових шахт

представлено методику розрахунку точності геодезичних робіт при будівництві ліфтових шахт та технології інженерно-геодезичного забезпечення будівництва і експлуатації ліфтових шахт з використанням сучасних геодезичних приладів.

Початковим етапом будівництва ліфтів є спорудження ліфтової шахти, в роботі запропоновано методику розрахунку точності геодезичних робіт при монтажі ліфтових шахт. Згідно з основними положеннями теорії похибок вимірювань, допустиме відхилення встановлення будівельних конструкцій в проектне положення знаходять за виразом:

, (1)

де - допустиме відхилення виготовлення конструкції; - допустиме відхилення будівельно-монтажних робіт; - допустиме відхилення геодезичних робіт; - допустиме відхилення внаслідок впливу температурної деформації конструкцій, с - нормовані коефіцієнти, що залежать від умов виконання робіт. Точність виконання геодезичних робіт призначають залежно від технології виконання монтажу або бетонування шахти.

В роботі отримано вирази розрахунку точності геодезичних робіт для різних варіантів монтажу. Для варіанту, що наведений на рис. 1, розрахунок виконують за формулою:

, (2)

де - допустиме відхилення геодезичної основи на вихідному горизонті; - допустиме відхилення проектування геодезичної основи на монтажний горизонт; - допустиме відхилення розмічувальних робіт; - допустиме відхилення встановлення верху елементу (вертикальність); -допустиме відхилення розмітки орієнтирних рисок на конструкціях.

За результатами розрахунку точності геодезичних робіт при будівництві ліфтів запропоновано наступні технології визначення геометричних параметрів ліфтової шахти:

- з використанням електронних тахеометрів.

Для визначення геометричних параметрів ліфтових шахт та технологічного устаткування в дисертації розроблено та досліджено технологію, яка базується на використанні високоточних роботизованих електронних тахеометрів. Основними складовими розробленого вимірювального комплексу є: центрувальний столик, електронний тахеометр, штанга з палетками і лазерні прилади вертикального проектування.

В результаті попереднього розрахунку точності геодезичних робіт СКП визначення контрольних точок (1-4) ліфтової шахти на висоті 120 м складає 2,5 мм в безрефтекторному режимі вимірювань відстані, що задовольняє нормативним вимогам.

- з використанням методів наземної фотограмметрії.

При визначенні значної кількості точок шахти рекомендується використовувати метод наземної фотограмметрії, який дозволяє визначити шорсткість поверхні ліфтової шахти. В роботі виконано розрахунок параметрів фотографування та визначені умови використання фотограмметричного методу. Наведено можливі схеми виконання фотографічих робіт та основні вирази для розрахунку точності фотограмметричного методу. Розрахунок очікуваної точності вимірювань на останньому ярусі шахти рекомендовано виконувати за формулою накопичення похибок в маршрутній фототріангуляції:

, (3)

де - СКП точок кінцевої моделі ряду; - СКП вимірювання точок на моделі; - кількість моделей.

За даними попереднього розрахунку точності встановлено, що необхідної точності визначення координат можна досягти на відстані до 15 м.

- з використанням наземного лазерного сканування.

Перспективним для визначення геометрії ліфтової шахти є використання методу наземного лазерного сканування. В роботі виконано розрахунок параметрів сканування, а саме кількості станцій сканування та базису сканування. При перекритті між сусідніми сканами 20 % кількість станцій сканування розраховують за формулою:

, (4)

де Д - допустимий кут між лінією сканування по нормалі до поверхні шахти і лінією сканування до точки; D - відстань між станцією сканування і поверхнею шахти; S = 2DtgД - захват; H - висота шахти; N - кількість станцій сканування без перекриття.

Виконано попередній розрахунок точності лазерного сканування ліфтової шахти. Точність визначення координат точок за результатами розрахунку дорівнює 4 мм, що задовольняє нормативним вимогам.

Для запропонованих технологій визначення геометричних параметрів ліфтових шахт було виконано експериментальні дослідження точності методу визначення геометричних параметрів з використанням електронних тахеометрів та наземного лазерного сканування.

При дослідженні методу визначення геометричних параметрів з використанням електронних тахеометрів визначено, що найбільший вплив на точність визначення координат має похибка вимірювання ліній. Встановлено, що при вимірюванні коротких відстаней електронним тахеометром в безрефлекторному режимі при ортогональності візирного променя до елементів ліфтових напрямних реальна точність визначення координат знаходиться в межах 0,4-0,6 мм.

Експериментальне дослідження точності методу наземного лазерного сканування для визначення параметрів ліфтових шахт було виконано за результатами апроксимації стінок поверхні шахти площиною. В результаті отримано середню квадратичну похибку одиниці ваги 6 мм.

Результати експериментальних досліджень підтверджують результати попереднього розрахунку та задовольняють нормативним вимогам до точності визначення геометричних параметрів ліфтової шахти.

3. Розроблення методики визначення геометричних параметрів ліфтового устаткування

Представлено методику розрахунку точності геодезичних робіт при визначенні положення ліфтового устаткування на основі теорії розмірних ланцюгів, технологію визначення геометричних параметрів технологічного устаткування з використанням електронного тахеометра та автоматизованих систем спостереження. Розрахунок точності геодезичних робіт при встановленні ліфтового устаткування запропоновано виконувати методом розмірних ланцюгів. Для спрощення аналізу просторовий розмірний ланцюг представлено у вигляді декількох лінійних розмірних ланцюгів.

Розмірний ланцюг представлено рівнянням:

. (5)

Рівняння похибок для замикаючої ланки матиме вигляд:

- при розрахунку за теоретико-ймовірнісним методом:\

, (6)

- при розрахунку методом максимуму-мінімуму

. (7)

Прийнявши допуски: виготовлення = 1 мм; геодезичних робіт = 2 мм; монтажу = 1 мм отримаємо поле допуску замикаючої ланки.

Розмірний ланцюг представлено рівнянням:

 (8)

Після переходу до допустимих значень отримують:

(9)

В результаті переходу до середніх квадратичних похибок отримують:

(10)

За виразами (8-10) виконано розрахунок точності встановлення напрямних з урахуванням допуску на співвісність. Виконано розрахунки поля допуску замикаючої ланки теоретико-ймовірнисним методом з урахуванням різних законів розподілу складових похибок. Отримані результати дозволяють зробити висновок, що неврахування законів розподілу похибок виготовлення конструкцій може призвести до зміни фактичного поля допуску результуючої ланки і, як наслідок, помилкового призначення точності вимірювання складових розмірного ланцюга.

Розрахунком підтверджено, що використовуючи для призначення точності геодезичних робіт вираз , можна правильно встановити точність геодезичного забезпечення ліфтового устаткування, при цьому залишається запас точності.

В результаті значного падіння точності при відхиленні візирного променя від нормалі до поверхні вимірювань представлена технологічна схема визначення положення напрямних, при якій за основу береться технологія визначення геометрії шахти та напрямних за допомогою електронного тахеометра та додається додатковий пристрій з відбивачами, який дозволяє підвищити точність визначення взаємного положення напрямних.

Для визначення геометрії напрямних в ліфтах, які експлуатуються, схема передбачає встановлення в приямку шахти високоточного роботизованого тахеометра з автоматизованим наведенням на призму (рис.7).

Наведена схема дозволяє виконувати визначення геометрії напрямних в ліфтах, які вже експлуатуються, та підвищити точність визначення просторових координат точок ліфтових напрямних. В результаті проведених розрахунків рекомендована максимально допустима висота спостереження дорівнювнює 250 м.

4. Оптимізація розміщення ліфтового устаткування в контурі шахти

Розроблено методику аналізу допустимості відхилень геометрії шахти та досліджено методи оптимізації встановлення ліфтового обладнання в шахті з використанням методів математичного програмування і найменших квадратів.

Для оцінки геометричних параметрів шахти та подальшої оптимізації монтажу ліфтового обладнання розроблено методику визначення допустимості відхилень ліфтових шахт. Розроблена методика дозволяє визначати недопустимі значення відхилень лінійних розмірів ліфтової шахти від проектних значень. Розроблено алгоритм для автоматизованого аналізу допустимості геометрiї шахти. Алгоритм аналізу допустимості відхилень передбачає накладення наступних умов:

- габарити ліфтової шахти за лінійними розмірами ;

- умова рівності діагоналей ,

де Дji - різниця між фактичною та проектною довжиною сторони шахти, мм.

З набору поярусних точок обирають екстремальні значення координат контрольних точок (1-4), які знаходяться на одній вертикалі, проекція їх на горизонтальну площину дає переріз, з чотирьох екстремальних точок, який має мінімальні розміри.

Аналіз вертикальності шахти рекомендується проводити за різницею координат контрольних точок поярусних перерізів відносно відповідного середнього значення координат з набору контрольних точок по всіх ярусних перерізах, які визначаються за формулами:

, (11)

де .

Після проведеного аналізу на допустимість розмірів ліфтової шахти постає питання оптимального розміщення ліфтового обладнання, а саме кабіни ліфта, напрямних кабіни та противаги в контурі ліфтової шахти. Досліджено методику оптимізації ліфтового обладнання методом математичного програмування та методом найменших квадратів. За результатами дослідження встановлено, що метод лінійного програмування не придатний для оптимізації розміщення кабіни ліфта в контурі шахти. Тому для оптимізації розміщення обладнання запропоновано використовувати метод найменших квадратів.

Запропоновано використовувати рівняння перетворення координат на площині без зміни масштабу:

. (12)

У виразах (12) координати шахти відповідають екстремальним значенням, які отримані в результаті аналізу допустимості геометрії шахти, а ц-дирекційному куту кабіни. За отриманими виразами в роботі виконано розрахунок оптимального положення ліфтової кабіни в контурі шахти 12- поверхового будинку.

Оптимальне положення напрямних з урахуванням мінімуму елементів рихтування запропоновано визначати за допомогою рівнянь прямих в просторі. Для забезпечення взаємного розташування напрямних кабіни та противаги запропоновано використовувати наступні обмеження:

1. Рівність проектних відстаней L між напрямними. Якщо прийняти, що площини, які проходять через напрямні, паралельні осям прийнятої системи координат, отримаємо:

. (13)

2. Напрямні повинні бути взаємно паралельними. Для паралельності напрямних використовують критерій пропорційності коефіцієнтів двох прямих:

. (14)

Використовуючи результати виконавчого знімання ліфтової шахти висотою 50 м, виконано оптимізацію напрямних в шахті. За результатами оптимізації отримано СКП одиниці ваги м = 11 мм. Отримані результати свідчать про наявність відхилень геометрії напрямних від проектного положення та необхідність проведення ремонтних робіт.

Висновки

ліфтовий геодезичний розмірний

В результаті аналізу встановлено, що потребують перегляду діючі в Україні норми геодезичного забезпечення геометричних параметрів ліфтових комплексів. Значну увагу слід зосередити на вирішенні питання визначення геометрії напрямних під час будівництва та експлуатації ліфтів. До теперішнього часу це питання залишається у сфері не геодезичної, а ліфтової служби, хоча за результатами попереднього аналізу встановлено, що забезпечити необхідну точність вивірки напрямних в умовах висотного будівництва традиційними методами ліфтових служб неможливо.

1. Запропоновано методику попереднього розрахунку точності геодезичних робіт при будівництві ліфтових шахт з урахуванням способу монтажу ліфтових блоків або способу встановлення опалубки при монолітному будівництві. Отримано вирази для різних варіантів спорудження ліфтових шахт.

2. Розроблено технологію та методику визначення геометричних параметрів ліфтових шахт з використанням електронних тахеометрів, наземного фотограмметричного знімання та наземного лазерного сканування. Отримана в результаті попереднього розрахунку точність свідчить про те, що запропоновані способи придатні для контролю геометричних розмірів ліфтових шахт. В результаті експериментальних досліджень встановлено, що дані технології дозволяють надійно визначати основні геометричні параметри шахти та нерівність поверхні ліфтової шахти.

3. Розроблено методику розрахунку точності геодезичних робіт при монтажі та експлуатації ліфтового устаткування з використанням теорії розмірних ланцюгів. Отримані результати підтверджують, що встановлений рівень точності геодезичних робіт задовільняє вимогам до точності встановлення напрямних кабіни ліфта та противаги.

4. Запропонована технологія та методика контролю положення технологічного устаткування з використанням електронних тахеометрів та автоматизованих систем, яка дозволяє вирішити складну задачу забезпечення будівництва ліфтів у висотних будівлях. Дана технологія дозволяє визначати одночасно всі геометричні характеристики напрямних та їх взаємне положення в ліфтовій шахті на стадії монтажу та експлуатації.

5. Розроблено методику визначення допустимості відхилень геометричних параметрів ліфтової шахти для подальшого оптимального монтажу технологічного устаткування. Досліджено методи оптимізації розташування ліфтового устаткування методами математичного програмування та найменших квадратів. Рекомендовано використовувати метод найменших квадратів для розташування кабіни в контурі шахти та метод найменших квадратів з обмеженнями для оптимального розташування ліфтового обладнання.

6. Отримані результати в подальшому можуть бути використані для комплексного вирішення проблеми геодезичного забезпечення висотного будівництва загалом і монтажу та експлуатації ліфтового устаткування зокрема. Найбільш перспективним напрямком подальших досліджень слід визнати використання автоматизованих систем спостережень для геодезичного забезпечення ліфтових комплексів висотних споруд.

Література

1. Дем'яненко Р.А. Методика діагностики кондиційності геометричних параметрів ліфтових шахт / Дем'яненко Р.А. // Вісник геодезії і картографії. - К., 2007. - № 3. - С. 14-18.

2. Дем'яненко Р.А. Стан метрологічного забезпечення інженерно-геодезичних робіт у будівництві / Дем'яненко Р.А., Войтенко С.П. // Інженера геодезія. - К., 2007. - № 53. - С. 36-43.

3. Дем'яненко Р.А. Принциповий розв'язок задачі оптимізації при будівництві та експлуатації ліфтів методами математичного програмування / Дем'яненко Р.А. // Містобудування та територіальне планування. - К., 2007. - № 36. - С. 166-175.

4. Демьяненко Р.А. Оптимизация расположения направляющих в лифтовой шахте / Дем'яненко Р.А., Шульц Р.В. // Вісник Донецького національного технічного університету. Серія «Гірничо-геологічна». - Донецьк, 2008. - С. 40-43.

5. Дем'яненко Р.А. Технологія визначення геометричних параметрів ліфтових шахт з використанням електронних тахеометрів / Дем'яненко Р.А., Шульц Р.В. // Інженера геодезія. - К., 2008. - № 54. - С. 321-330.

6. Дем'яненко Р.А. Геодезичний контроль ліфтового устаткування в умовах висотного будівництва / Дем'яненко Р.А., Шульц Р.В., Медведський Ю.В. // Містобудування та територіальне планування. - К., 2010. - № 38. - С. 589-597.

7. Дем'яненко Р.А. Визначення положення ліфтової шахти стереофотограмметричним методом / Дем'яненко Р.А., Шульц Р.В. // Містобудування та територіальне планування. - К., 2009. - № 38. - С. 470-477.

Размещено на Allbest.ru