谈超高层建筑结构施工监测实施方法

谈超高层建筑结构施工监测实施方法

张婷彦 1 赵毅 2

临沂市建筑设计研究院有限责任公司 1 山东省临沂市 276000

山东盛通工程检测有限公司² 山东省临沂市276000

摘要：在超高的研究在结构健康监测领域的国内外主要集中在传感器系统布局优化、监测结果分析和安全性评价方法,以及现场的健康监测的过程中实现非标准差异等问题,低效率和有效性的研究较少,以建设超高(WHGC)的一个例子,指出施工监控的主要内容,并给出了实施方法、相关监测内容。

关键词：超高层建筑；结构健康监测；施工监测；

以在建的某超高层为例，指出其施工期监测的重点内容，主要包括关键构件应力监测、不均匀竖向变形监测以及沉降监测，并就相关监测内容提出现场实施方法，以期为同类超高层建筑结构施工监测现场实施提供参考。

一、WHGC施工监测内容

1.关键构件应力监测。WHGC应力监测主要是针对结构的竖向承重构件和抗侧构件，包括核心筒剪力墙、巨柱，伸臂桁架，环带桁架。这些构件属于结构的主要承重构件和抗侧构件，其损伤会造成整个结构的稳定性降低。特别是施工期间，受施工荷载和现场环境影响，构件受力状态与结构设计的受力状态可能不太一样，这给施工带来一定的安全隐患。在此期间进行应力监测，不仅能够实时掌握结构受力状态，及时发现施工过程中存在的风险，为施工单位调整施工方案提供依据，同时监测数据可以用于校核设计模型。

2.不均匀竖向变形监测。WHGC的高度和自重远远超过普通建筑，且采用核心筒超前外框架施工，因此在施工过程中核心筒和外框巨柱不可避免的产生竖向变形及变形差。同时，WHGC各层构件承受的荷载并不完全相同，不同层的构件截面形式也有所不同，因此在设计和施工阶段如果没有考虑竖向变形的作用，会对结构产生不利影响;结构的连接梁和伸臂桁架因竖向变形差产生较大的附加应力，从而降低结构的安全性和稳定性;较大的竖向变形对幕墙电梯安装、机电消防管道的定位有一定的影响。所以对于超高层建筑来说，施工期间竖向变形监测是必不可少的一项工作。

3.沉降监测。WHGC属于高度超限的超高层建筑，结构施工过程中，在上部施工荷载和周围环境影响下，基础可能会产生不均匀沉降。而过大的不均匀沉降会造成建筑主体结构破坏，甚至发生倒塌，造成巨大的经济损失，危害人身安全。因此有必要开展WHGC施工过程沉降监测工作，指导正确施工，确保在整个施工过程中，基础不会发生影响结构安全的不均匀沉降。

二、WHGC健康监测现场实施的难点

1.实施难度大。WHGC实施难度大主要表现在：1）施工现场环境复杂，各专业交叉施工，可供监测单位实施的空间较小；2）监测项目众多，所需要的智能传感器数量大，且传感器在结构平立面较为分散，采集线路跨度大；3）监测项目所采用的智能传感器种类多，相应的采集设备种类也较多，如何将这些不同的采集设备接入到监测系统也是一个大问题。

2.实施周期长。WHGC主塔楼施工周期为8年~9年，而监测项目是随结构施工进度同步进行的。另外WHGC主塔楼结构监测不仅需要监测结构施工期间的状态，对于交付后的使用状态更为重视，因此，WHGC结构监测项目实施周期较长。

3.维护工作量大。WHGC维护工作量主要表现在：1）智能传感器分散布置，采集线路跨度较大，施工期间容易遭到现场施工破坏；2）监测时间长，智能传感器使用过程中质量不达标，需要被替换。

4.建立验收标准的必要性。目前国内缺少可供推广和执行的超高层结构健康监测现场实施验收标准，这极大地弱化了结构健康监测技术在实际工程中的应用。建立统一验收标准的意义在于：1）确保现场实施质量满足设计要求，达到预期的监测目的；2）展示结构健康监测技术在保证工程结构全寿命安全以及在役结构养护、加固和维修中的强大功能；3）为结构设计理论的发展提供具体的指导。

三、施工监测现场实施方法

1.应力监测现场实施。结合WHGC施工特点，应力监测采用适应性强，且性

能稳定可靠的振弦传感器，其监测原理是:振弦频率与弦拉力成正比，通过获取弦的频率数据来计算出结构构件的应力。应力监测现场实施包括传感器安装、数据采集。1)传感器安装。为获取监测点从构件成型直至塔楼结构竣工全过程的应力变化情况，应按照事前制定的监测方案完成传感器布设。值得注意的是:监测方案中监测点位置是以WHGC施工过程模拟和方案制定者的经验确定的，而现场实际施工情况往往和前期计算假定有所区别，另外监测方案无法准确确定传感器的具体位置。因此确定传感器安装位置时应以监测方案为指导，并综合考虑现场实际施工情况和易于维护。WHGC振弦传感器安装方式分为表贴式和埋入式，表贴式又分为钢结构表贴式和混凝土表贴式。钢结构表贴式传感器应在结构构件安装焊接稳固后及时安装;混凝土表贴式传感器应在现场拆模清理后及时安装。埋入式传感器应在钢骨架安装焊接稳定后及时安装，以免错过时机无法完成安装，埋入式传感器安装后，后续施工步骤包括绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土，而这些施工工序都易造成传感器损坏，因此在安装后应向现场作业队伍进行监测设备保护意识宣传，另外加大现场巡视频次，确保传感器在混凝土浇筑完成时监测点完好无损。2)数据采集。目前数据采集的方式可分为人工采集和自动化采集。自动化采集是通过设计连接线路将传感器集中到采集系统，利用采集系统实时获取应力监测点处应力值;人工采集是通过数据采集设备单点采集数据。超高层施工期间现场环境极为复杂，且现场传感器极为分散，要完成自动化采集需要设计大量的连接线路和一定数目的采集系统，这将大大增加监测成本。实际上，WHGC施工速度维持在4 d/层～5 d/层，且随着施工高度的增加速度会逐渐降低，施工期间荷载随时间变化不大，因此WHGC选择成本较低的人工采集方式。混凝土监测点处采集频率定为4 d;钢结构对温度变化较为敏感，因此钢结构监测点采集频率定为4 d，采集时选择当天温度较高和较低时分别采集一次。

2.竖向变形监测现场实施。WHGC竖向变形监测采用五角基座(配同型号的伸长头)、水准仪和全站仪。其监测原理是:利用施工单位提供的水平控制网点，通过全站仪将标高引测到监测楼层的引测点，再以引测点为基准，通过水准仪获取监测点位的高程信息，从而计算出结构的竖向位移。1)基座安装。监测点使用五角基座，其优点在于:基座与结构外表面平齐，不会影响现场施工。基座是通过在核心筒和外框巨柱混凝土表面钻孔安装。同时为获取好的测量效果，在满足监测目的前提下，基座应安装在可视性较好的位置。2)数据采集。WHGC竖向变形监测数据通过人工测量方式进行获取。测量应选择光线良好且风速较小的天气进行，另外，测量时应避开现场混凝土浇筑时段，减小施工环境对测量结果的影响。

3.沉降监测现场实施。沉降监测是基于施工单位的平面控制网点，通过水准仪测量各沉降监测点的高程，进一步得到结构的沉降速率。WHGC沉降监测包括基础沉降监测和后浇带两侧沉降监测，因此监测点布置在核心筒一层剪力墙和后浇带两侧，另外，当监测数据出现异常或沉降速率明显过快，应该进行复测，并在一定时间内进行加密测量，直至沉降恢复稳定。

总之，WHGC主塔楼监测项目，重点介绍了关键构件应力、竖向变形和沉降监测现场实施方法。应力监测现场实施需要把握好传感器安装时间和位置，并通过向现场作业队伍进行监测设备保护意识宣传和现场巡视确保传感器不遭到破坏，另外根据超高层施工进度，建议采数频率为4 d。竖向变形监测和沉降监测现场实施需要将监测点设置在可视性、通透性较好的地方，另外根据超高层施工进度，数据采集频率为1月，采集数据时应避开混凝土浇筑和阴雨天。

参考文献：

［1］李廷华．谈超高层建筑结构施工监测实施方法探讨.2019.

［2］刘林．大型建筑结构健康监测和基于监测的性态研究．2018.