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        高層建筑物變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究

        2018-08-01 08:12:06張錦根
        經(jīng)緯天地 2018年3期
        關(guān)鍵詞:變形

        □ 張錦根

        (福建省國土測(cè)繪院,福建 廈門 361012)

        0.引言

        高層建筑物增高和載荷參數(shù)性質(zhì)存在差異性,受地下根基和地上材質(zhì)與構(gòu)造共同影響,建筑物會(huì)產(chǎn)生下沉,嚴(yán)重的情況下,建筑物會(huì)發(fā)生傾斜產(chǎn)生縫隙,影響正常使用,如果情況很嚴(yán)重,將威脅人們生活財(cái)產(chǎn)安全。因此,我們必須重視高層建筑物的穩(wěn)定性。變形預(yù)測(cè)是建筑工程的重要研究問題之一,是防災(zāi)減災(zāi)防患于未然的關(guān)鍵。高層建筑變形監(jiān)測(cè)研究中一個(gè)關(guān)鍵步驟是沉降觀測(cè),利用傳感器和測(cè)量等技術(shù)獲取建筑沉降值,探究建筑物變形內(nèi)在聯(lián)系,獲得變形規(guī)律,再用合理的方法對(duì)建筑物沉降變形大小進(jìn)行預(yù)測(cè),以便根據(jù)需要及時(shí)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防或善后措施,確保建筑物的安全使用。本研究充分考慮建筑物沉降變形的復(fù)雜性和多樣性,尋找最優(yōu)模型來逼近、模擬和揭示沉降變形的規(guī)律和動(dòng)態(tài)特征,借助數(shù)學(xué)回歸分析方法預(yù)測(cè)建筑物的沉降變形,對(duì)建筑物的修建和保養(yǎng)管理與防災(zāi)減災(zāi)具有重大意義。

        通過多期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析處理,及時(shí)反饋和發(fā)現(xiàn)施工過程中不均勻沉降的發(fā)展情況,并且將監(jiān)測(cè)的結(jié)果用于信息化反饋,以確保施工過程中的優(yōu)化設(shè)計(jì),保證主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全。由于通常間接平差和條件平差,都是將基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定為固定量,在有些特殊的環(huán)境中,歪曲度觀測(cè)會(huì)受干擾,從而影響到監(jiān)測(cè)的精度,例如在有些建設(shè)施工處,基準(zhǔn)點(diǎn)距離建筑物很近而且在較淺土層中,如果有重型車輛經(jīng)過或是施工時(shí),這些基礎(chǔ)點(diǎn)會(huì)受到地面震動(dòng)的影響。理論上,實(shí)際基準(zhǔn)網(wǎng)存在穩(wěn)定和不穩(wěn)定變量,對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)做自由網(wǎng)平差,然后使穩(wěn)定未知量擬合于它們的穩(wěn)定值,使在穩(wěn)定狀況下,達(dá)到不歪曲監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。

        1.工程概況

        廈門市某建筑大廈,占地面積為4.3畝,建筑面積為42338平方米,用途類型為商住,主體層數(shù)為29。大廈地基土屬于軟土地基,由于在大廈附件修建地鐵時(shí)為了確保建筑物主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定,在整個(gè)地鐵修建項(xiàng)目施工過程中,通過對(duì)大廈高層建筑物結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè),達(dá)到對(duì)產(chǎn)生危害建筑物不均勻沉降提前預(yù)警的目的。

        監(jiān)測(cè)建筑物沉降數(shù)據(jù)時(shí),為確?;鶞?zhǔn)點(diǎn)有關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度,必須分期測(cè)定基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降情況,然后對(duì)各個(gè)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn),將差異性很大的離散點(diǎn)去掉,獲取穩(wěn)定的點(diǎn)作為觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。在實(shí)際工作中很難確定水準(zhǔn)網(wǎng)中哪些點(diǎn)是可靠的,哪些點(diǎn)不可靠,常應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法先總體檢驗(yàn)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性,然后選定部分點(diǎn)檢驗(yàn)穩(wěn)定性。

        本次試驗(yàn)以第一次和二次觀測(cè)結(jié)果為研究對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,其余觀測(cè)結(jié)果均可按相同方法進(jìn)行處理即可,觀測(cè)數(shù)據(jù)(如表1所示),表中為兩次觀測(cè)數(shù)據(jù)的高差,該數(shù)據(jù)中人為把距離為8定為單位權(quán),高差變化為第二次觀測(cè)與第一次觀測(cè)的差值。

        表1 某建筑沉降監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)表 單位:mm

        續(xù):表1

        通過MATLAB程序處理后得到的改正數(shù)及協(xié)因數(shù)(如表2所示)。

        表2 改正數(shù)及協(xié)因數(shù)

        對(duì)于表2數(shù)據(jù),我們將已知點(diǎn)和變形點(diǎn)都當(dāng)做未知點(diǎn)進(jìn)行秩虧自由網(wǎng)平差,通過MATLAB得到上表Qxx,由表2Qxx比較可知,10~14點(diǎn)相對(duì)于其他點(diǎn)來說,協(xié)因數(shù)較小,協(xié)因數(shù)越大權(quán)越小,故將其選為穩(wěn)定點(diǎn)然后進(jìn)行擬穩(wěn)平差處理,處理后得到的結(jié)果與秩虧自由網(wǎng)處理后得到的結(jié)果對(duì)比(如表3所示)。

        表3 擬穩(wěn)平差結(jié)果與秩虧自由網(wǎng)平差結(jié)果對(duì)比

        2.數(shù)據(jù)分析

        首先收集多個(gè)時(shí)間段的水準(zhǔn)測(cè)量值,然后將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行平差處理,可以得到各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程值,以此為基礎(chǔ),就獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降量,再根據(jù)建筑物各點(diǎn)的累積沉降量繪制建筑物累積沉降量曲線(如圖1所示),在擬穩(wěn)平差結(jié)果后,將其結(jié)果數(shù)據(jù)作為回歸的變量在對(duì)其進(jìn)行回歸處理,推出回歸方程,達(dá)到預(yù)測(cè)作用,圖 1 為以 1、2、3、4、5 號(hào)點(diǎn)為例進(jìn)行折線圖處理,然后以1號(hào)點(diǎn)為例進(jìn)行預(yù)測(cè)與實(shí)際沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

        圖1 1-5號(hào)點(diǎn)累積沉降量

        圖2 1號(hào)點(diǎn)預(yù)測(cè)與實(shí)際沉降數(shù)據(jù)對(duì)比

        可以發(fā)現(xiàn),五個(gè)點(diǎn)的累積沉降量相差不大,且沉降速率(折線斜率)大致相同,可見地基處理是相對(duì)可靠穩(wěn)定的。在實(shí)際中,沉降的速率是隨時(shí)間變化著的,但大體上是趨于直線的,故本次測(cè)量是將其看做直線進(jìn)行處理。沉降折線速率開始動(dòng)工時(shí),沉降速率很大,隨著建筑工期的增加沉降速率又有所減慢,后面曲線未存在異常離散值,也沒有突然中斷的現(xiàn)象,這些現(xiàn)象說明基礎(chǔ)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)都是穩(wěn)定可靠的,不會(huì)有很大的沉降,工程在施工階段的下沉平穩(wěn),其沉降速率滿足規(guī)范要求。

        3.數(shù)據(jù)建模

        (1)確定自變量和因變量。因變量為:各監(jiān)測(cè)點(diǎn)前5次累積沉降量。自變量為:建筑物的觀測(cè)累積時(shí)間;(2)進(jìn)行回歸分析,設(shè)建筑物累積時(shí)間為自變量x,累積沉降量為因變量y,假設(shè)x和y之間存在著線性關(guān)系,利用SPSS軟件建立各點(diǎn)的回歸方程。現(xiàn)以1號(hào)點(diǎn)為例來進(jìn)行說明:將1號(hào)點(diǎn)第二次累積沉降量和累積時(shí)間數(shù)據(jù)為因變量和自變量,繪制散點(diǎn)圖,大體呈線性相關(guān),添加線性回歸分析函數(shù),得到圖2和回歸方程,相關(guān)系數(shù)R2為0.9741,說明高度相關(guān)性。

        4.結(jié)束語

        從圖2可以看出,1號(hào)點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值相比較,除了首次相差較大以外,所有觀測(cè)時(shí)間段的誤差均相對(duì)較小。分析原因:預(yù)測(cè)模型是線性函數(shù)關(guān)系模型,如果建筑物發(fā)生的沉降呈現(xiàn)出完全的線性形態(tài),則預(yù)測(cè)值將會(huì)比較準(zhǔn)確。而該點(diǎn)在該時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與前幾期相比較,發(fā)生了不均勻的沉降,所以預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間相差較大;最后一次觀測(cè),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值相比較誤差均相對(duì)較大,是因?yàn)榇髲B荷載增加后,房體整體的沉降量較大。同理,可以對(duì)其他點(diǎn)進(jìn)行以上的分析,分析的結(jié)果表明工程的變形量較小,總體是穩(wěn)定的。

        擬穩(wěn)平差的優(yōu)越性在于充分考慮了點(diǎn)位變化的情況,使得平差所得的結(jié)果更加符合實(shí)際情況。本研究首先介紹了擬穩(wěn)平差的概念、基本原理,討論了擬穩(wěn)點(diǎn)選取的兩種方法,并舉例說明假設(shè)檢測(cè)選擇擬穩(wěn)點(diǎn)法在實(shí)際沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處里中的應(yīng)用。

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