孫獻倫 彭金標

(1.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640; 2.廣州珠光集團有限公司，廣東 廣州 510627)

廣東興業(yè)國際倉儲科研主樓施工監(jiān)測與分析

孫獻倫1彭金標2

(1.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640; 2.廣州珠光集團有限公司，廣東 廣州 510627)

以廣東興業(yè)倉儲科研主樓為工程背景，介紹了復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的施工過程監(jiān)測方案，并對應(yīng)力和位移監(jiān)測結(jié)果進行了分析,結(jié)果表明:該樓達到了安全施工與保證施工質(zhì)量的目標，對其他類似工程的施工監(jiān)測具有借鑒意義。

復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu),應(yīng)力,位移,監(jiān)測,分析

大型復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的施工過程比較復(fù)雜，施工過程結(jié)構(gòu)的受力和變形狀態(tài)與結(jié)構(gòu)成型后的受力和狀態(tài)有較大差別,有時結(jié)構(gòu)最危險的階段甚至會發(fā)生在施工階段。因此，不考慮施工過程影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論分析所得到的結(jié)果與實際情況存在一定的差別[1-3]。有統(tǒng)計表明，在我國60%以上的工程結(jié)構(gòu)事故發(fā)生在施工期間，這主要是因為沒有充分考慮施工過程對結(jié)構(gòu)受力性能的影響[4]。因此，有必要對大型復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的施工過程進行有效監(jiān)測，保證結(jié)構(gòu)在任一施工階段都能受力均勻，應(yīng)力和變形在彈性范圍以內(nèi)，從而確保施工安全和施工質(zhì)量[5，6]。

1 工程概況

廣東興業(yè)國際倉儲科研主樓工程由廣東興業(yè)集團投資興建，屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主體建筑具有獨特的造型和新穎的結(jié)構(gòu)形式，其立面開大洞，并且在兩邊核心筒的外側(cè)有大懸挑，使得該結(jié)構(gòu)施工難度較大。結(jié)構(gòu)選型采用在建筑立面設(shè)置外斜撐鋼框架與兩側(cè)鋼筋混凝土核心筒一起構(gòu)成外斜撐鋼框架+核心筒的結(jié)構(gòu)體系，共同承擔豎向荷載及水平荷載。

該建筑立面造型好似一塊立放的巨型玉璧，外徑146.6 m，內(nèi)徑47 m，寬度28.8 m，總高度138 m，最大懸挑長度22 m，有2層地下室(地下室底板面標高-9.0 m)，地上有33層，總建筑面積約106 491 m2，鋼材用量約1萬t，是一棟集交易中心、商業(yè)及辦公于一體且造型獨特的綜合型建筑。效果圖如圖1所示。

2 工程難點分析

該工程建筑立面斜撐鋼框架外徑146.6 m，僅中間約100 m范圍內(nèi)的豎向構(gòu)件支撐于基礎(chǔ)，兩側(cè)各22 m范圍內(nèi)豎向構(gòu)件均處于懸挑狀態(tài)，造成豎向構(gòu)件不能連續(xù)傳遞豎向荷載。在兩側(cè)各22 m懸挑范圍內(nèi)，每隔6.3 m設(shè)置一榀支承于兩側(cè)外斜撐鋼框架、跨越13層～19層的轉(zhuǎn)換鋼桁架，將上部荷載傳遞至外斜撐鋼框架，再傳遞至基礎(chǔ)。另外建筑立面開直徑約47 m大洞，造成大洞范圍以內(nèi)豎向構(gòu)件不連續(xù)，導(dǎo)致豎向荷載不能直接傳遞。在立面大洞上部每隔6.3 m設(shè)置一榀支承于兩側(cè)外斜撐鋼框架、跨越25層～28層的轉(zhuǎn)換鋼桁架，將上部荷載傳遞至外斜撐鋼框架，再傳遞至基礎(chǔ)。該工程主樓內(nèi)部受力體系如圖2所示。

3 監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測該工程主體結(jié)構(gòu)在各個施工階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件位移和應(yīng)力。位移監(jiān)測主要包括內(nèi)外環(huán)梁各關(guān)鍵位置的位移監(jiān)測；應(yīng)力監(jiān)測主要是對地下-2層鋼管混凝土柱、支撐胎架及轉(zhuǎn)換桁架斜撐應(yīng)力監(jiān)測。根據(jù)該結(jié)構(gòu)特點及施工方案，施工仿真分析時將施工過程劃分為16個施工工況，提取相對應(yīng)16個工況的實測數(shù)據(jù)與仿真分析結(jié)果進行對比分析。通過數(shù)據(jù)對比分析，以確定各個施工工況是否達到預(yù)期狀態(tài)，從而確保安全順利地施工。

3.2 監(jiān)測點布置

位移觀測點選擇斜撐鋼框架外圈及內(nèi)圈曲梁與框架立柱和橫梁相交處的50個節(jié)點，目標點處采用粘貼全站儀反射片的方式進行標識，以方便使用精密全站儀進行位移監(jiān)測。限于篇幅，本文僅對結(jié)構(gòu)內(nèi)外圈曲梁成形的8個關(guān)鍵點(即軸上的S01和S02，S05和S06，S17和S25，S23和S24)進行位移分析，如圖3所示(由于結(jié)構(gòu)對稱，僅取南側(cè)立面外斜撐框架。應(yīng)力監(jiān)測點主要位于支撐胎架及轉(zhuǎn)換桁架。

3.3 監(jiān)測設(shè)備選用

依據(jù)現(xiàn)場測量工作環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測量大、測量數(shù)據(jù)精度要求高等特點，位移監(jiān)測采用了精度高、穩(wěn)定性好的索佳SET2130全站儀，測角精度為±2″，測距精度為±(1 mm+2 ppm)。

應(yīng)力監(jiān)測的所有傳感器均采用振弦式傳感器，并將振弦式傳感器直接焊接在所要監(jiān)測的構(gòu)件表面，外加防撞鋼盒保護。應(yīng)力監(jiān)測采用澳大利亞DataTaker公司生產(chǎn)的應(yīng)力監(jiān)測采集器(DT615)進行數(shù)據(jù)采集。

4 監(jiān)測結(jié)果

4.1 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

由圖4可知，支撐胎架安裝后，其應(yīng)力呈線性增長且增長較快，應(yīng)力實測值與理論計算值有一定的差別，實測最大值為93 MPa，兩者最大相差15.8 MPa。由圖5及圖6知，懸挑部分的轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力最初增長較緩慢，待支撐胎架卸載后，轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力發(fā)生突變，說明支撐胎架的卸載過程中結(jié)構(gòu)受力逐漸轉(zhuǎn)移，而且結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生重分布，支撐胎架卸載后結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)變。由此可知采用設(shè)置臨時支撐胎架的施工方案是安全可行的。由圖7可知，26層轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力的理論計算值與實測值變化趨勢一致，數(shù)值基本吻合，但仍然有一定的差別，前12個施工工況由于該轉(zhuǎn)換桁架未安裝，其應(yīng)力值為0 MPa，第12階段～第14階段應(yīng)力增長緩慢，待大洞口上部樓板澆筑完成以及22層和24層臨時桁架卸載后，轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力增長較快。

4.2 位移監(jiān)測結(jié)果

由圖8可知，在各施工工況下位移實測值與理論計算值總體變化趨勢基本一致，但也存在一定的差別。鋼框架內(nèi)圈曲梁頂點最大豎向變形實測值為45 mm，與理論計算值48.4 mm相差3.4 mm，相差約7%。22層和24層臨時支撐桁架卸載后，測點S25，S23和S24豎向變形發(fā)生突變。施加二期恒載后，其豎向位移會繼續(xù)增長，將達到63 mm，施工時對其采取預(yù)起拱以減小豎向位移。

由圖9可知，外圈曲梁的實測值與理論計算值存在較大差別，最大相差8 mm，相差率達30%。大部分實測值都比相應(yīng)理論計算值小，并且兩者變化趨勢一致，只有個別測點存在較大差別。工況15～工況16，折線斜率最大，這是因為大洞上口至頂層樓板澆筑后，臨時支撐胎架卸載，所以變化量較大。

圖10為支撐胎架頂部測點位移變化實測值與理論計算值對比圖，圖中表明第1工況～第6工況測點位移逐漸增大，在支撐胎架卸載前位移變化最大理論值為12 mm，而最大實測值達到15 mm，二者相差為25%。

5 結(jié)語

施工監(jiān)測是復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)施工控制的基礎(chǔ)。對于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)而言，施工難度大、工期長，所以有必要對施工過程中重要的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)進行有效監(jiān)測，根據(jù)實際情況修正設(shè)計確定的各主要施工階段的理想狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)始終處于安全控制范圍之內(nèi)。本文通過實測數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)對比分析得到以下結(jié)論：1)通過對支撐胎架的仿真分析結(jié)果與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比可知，采用臨時支撐胎架措施成功解決了外懸挑吊裝及高空安裝難度大的難題，胎架卸載過程較好地實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)移和內(nèi)力重分布，提高了施工效率和施工安全度。2)結(jié)構(gòu)應(yīng)力實測值與理論計算值吻合良好，偏差在22%以內(nèi)。3)結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測值與理論計算值基本一致，在結(jié)構(gòu)允許的變形范圍以內(nèi)。4)通過對結(jié)構(gòu)施工過程進行實時監(jiān)測，能夠及時了解結(jié)構(gòu)真實的位移和應(yīng)力狀態(tài)，確保了工程質(zhì)量與施工安全。

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Monitoring and analysis of Guangdong industrial warehousing scientific research main building during construction

SUN Xian-lun1PENG Jin-biao2

(1.SchoolofCivilandTraffics,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China；2.GuangzhouZhuguangGroupCo.,Ltd,Guangzhou510627,China)

Taking Guangdong industrial warehousing scientific research main building as a project in this paper, construction monitoring program of complex high-rise building are introduced. And analyzes the displacement and stress monitoring results. The results show that: the target of construction safety and construction quality assurance, also the job of construction monitoring of this project has provided reference for other projects.

complex high-rise building structure, stress, displacement, monitoring, analysis

1009-6825(2014)11-0244-03

2014-01-20

孫獻倫(1989- )，男，在讀碩士; 彭金標(1986- )，男，助理工程師

TU196

A