廣東興業國際倉儲科研主樓施工監測與分析

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)

廣東興業國際倉儲科研主樓施工監測與分析

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)

以廣東興業倉儲科研主樓為工程背景，介紹了復雜高層建筑結構的施工過程監測方案，并對應力和位移監測結果進行了分析,結果表明:該樓達到了安全施工與保證施工質量的目標，對其他類似工程的施工監測具有借鑒意義。

復雜高層建筑結構,應力,位移,監測,分析

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

1 工程概況

廣東興業國際倉儲科研主樓工程由廣東興業集團投資興建，屬于復雜高層建筑結構。該結構主體建筑具有獨特的造型和新穎的結構形式，其立面開大洞，并且在兩邊核心筒的外側有大懸挑，使得該結構施工難度較大。結構選型采用在建筑立面設置外斜撐鋼框架與兩側鋼筋混凝土核心筒一起構成外斜撐鋼框架+核心筒的結構體系，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范圍內的豎向構件支撐于基礎，兩側各22 m范圍內豎向構件均處于懸挑狀態，造成豎向構件不能連續傳遞豎向荷載。在兩側各22 m懸挑范圍內，每隔6.3 m設置一榀支承于兩側外斜撐鋼框架、跨越13層～19層的轉換鋼桁架，將上部荷載傳遞至外斜撐鋼框架，再傳遞至基礎。另外建筑立面開直徑約47 m大洞，造成大洞范圍以內豎向構件不連續，導致豎向荷載不能直接傳遞。在立面大洞上部每隔6.3 m設置一榀支承于兩側外斜撐鋼框架、跨越25層～28層的轉換鋼桁架，將上部荷載傳遞至外斜撐鋼框架，再傳遞至基礎。該工程主樓內部受力體系如圖2所示。

3 監測方案

3.1 監測內容

監測該工程主體結構在各個施工階段結構構件位移和應力。位移監測主要包括內外環梁各關鍵位置的位移監測；應力監測主要是對地下-2層鋼管混凝土柱、支撐胎架及轉換桁架斜撐應力監測。根據該結構特點及施工方案，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16個工況的實測數據與仿真分析結果進行對比分析。通過數據對比分析，以確定各個施工工況是否達到預期狀態，從而確保安全順利地施工。

3.2 監測點布置

位移觀測點選擇斜撐鋼框架外圈及內圈曲梁與框架立柱和橫梁相交處的50個節點，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測。限于篇幅，本文僅對結構內外圈曲梁成形的8個關鍵點(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(由于結構對稱，僅取南側立面外斜撐框架。應力監測點主要位于支撐胎架及轉換桁架。

3.3 監測設備選用

依據現場測量工作環境復雜、監測量大、測量數據精度要求高等特點，位移監測采用了精度高、穩定性好的索佳SET2130全站儀，測角精度為±2″，測距精度為±(1 mm+2 ppm)。

應力監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測的構件表面，外加防撞鋼盒保護。應力監測采用澳大利亞DataTaker公司生產的應力監測采集器(DT615)進行數據采集。

4 監測結果

4.1 應力監測結果

由圖4可知，支撐胎架安裝后，其應力呈線性增長且增長較快，應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，懸挑部分的轉換桁架應力最初增長較緩慢，待支撐胎架卸載后，轉換桁架應力發生突變，說明支撐胎架的卸載過程中結構受力逐漸轉移，而且結構內力發生重分布，支撐胎架卸載后結構體系發生轉變。由此可知采用設置臨時支撐胎架的施工方案是安全可行的。由圖7可知，26層轉換桁架應力的理論計算值與實測值變化趨勢一致，數值基本吻合，但仍然有一定的差別，前12個施工工況由于該轉換桁架未安裝，其應力值為0 MPa，第12階段～第14階段應力增長緩慢，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，轉換桁架應力增長較快。

4.2 位移監測結果

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豎向變形發生突變。施加二期恒載后，其豎向位移會繼續增長，將達到63 mm，施工時對其采取預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 結語

施工監測是復雜高層建筑結構施工控制的基礎。對于復雜高層建筑結構而言，施工難度大、工期長，所以有必要對施工過程中重要的結構狀態參數進行有效監測，根據實際情況修正設計確定的各主要施工階段的理想狀態，使結構受力狀態始終處于安全控制范圍之內。本文通過實測數據和理論數據對比分析得到以下結論：1)通過對支撐胎架的仿真分析結果與現場實測數據對比可知，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了結構受力轉移和內力重分布，提高了施工效率和施工安全度。2)結構應力實測值與理論計算值吻合良好，偏差在22%以內。3)結構位移監測值與理論計算值基本一致，在結構允許的變形范圍以內。4)通過對結構施工過程進行實時監測，能夠及時了解結構真實的位移和應力狀態，確保了工程質量與施工安全。

[1] 高 健,伍小平,錢耀輝,等.大型商業中心大跨度全鋼結構主樓施工監測分析[J].建筑施工,2012，34(3):214-217.

[2] 劉學武,郭彥林,張慶林,等.CCTV新臺址主樓施工過程結構內力和變形分析[J].工業建筑，2007，37(9):22-29.

[3] 張慎偉,張其林,羅曉群,等.高層鋼結構施工過程時變模型與跟蹤監測[J].同濟大學學報(自然科學版)，2009，37(11):1434-1439.

[4] 曹志遠.土木工程分析的施工力學與時變力學基礎[J].土木工程學報，2001，34(3):41-46.

[5] 胡長明,曾凡奎,李永輝,等.法門寺合十舍利塔施工過程模擬與實測分析[J].工程力學,2009，26(S1):153-157.

[6] 郭彥林,劉學武.大型復雜鋼結構施工力學問題及分析方法[J].工業建筑,2007,37(9):1-8.

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

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