重慶來福士廣場水晶連廊高空整體提升施工安全自動化監(jiān)測研究

李改，彭博，周應(yīng)權(quán)

（1重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶400016；2重慶市江南新城開發(fā)建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 ，重慶401336）

1 工程概況

重慶來福士廣場位于兩江匯流處的朝天門廣場，該項(xiàng)目由8座超高塔樓+商業(yè)裙樓+空中水晶連廊組成，是一個集住宅、辦公樓、商場、服務(wù)公寓、酒店、餐飲會所于一體的超大城市綜合體[1]，也是重慶新的地標(biāo)性建筑之一。

水晶連廊跨越并支撐于 T2、T3S、T4S、T5塔樓的屋面，長300m，寬30m，總面積約為9000m2，鋼構(gòu)件尺寸大，數(shù)目繁多，鋼結(jié)構(gòu)總噸位屬于超大體量[2]。整個水晶連廊共有3個提升段需采用 “液壓同步提升技術(shù)” 進(jìn)行整體提升施工[3-4]。其中，整體提升的最大分段重量達(dá)1000t，提升高度約為190m。

雖然利用先進(jìn)的計(jì)算軟件可對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳盡的計(jì)算分析，但由于在鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝階段受定位偏差累積、焊接殘余應(yīng)力等諸多不確定因素影響，依靠傳統(tǒng)的施工質(zhì)量控制和檢測手段難以保障工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。因此，結(jié)構(gòu)在關(guān)鍵施工（例如整體提升）過程中仍需對結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而掌握建筑在施工和使用過程中實(shí)際受力狀態(tài)和原設(shè)計(jì)的符合情況，提供結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實(shí)時信息，指導(dǎo)后續(xù)施工，并對結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行實(shí)時評估[5]。

2 自動化監(jiān)測采集系統(tǒng)及組成元件

為了保證項(xiàng)目在施工特別是整體提升期間及時有效地獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，針對該項(xiàng)目專門準(zhǔn)備了一套完整的自動化無線采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為傳感器部分和數(shù)據(jù)自動化采集部分兩大塊。

傳感器部分主要包括智能弦式應(yīng)變計(jì)和機(jī)電百分表，分別用來監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變和隔震支座轉(zhuǎn)角位移。

智能弦式應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)輕巧，具有高敏感特性，其靈敏度達(dá)到1με，量程為±2500με，能夠很好地反應(yīng)出鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力變化。通過焊接將應(yīng)變計(jì)固定到鋼結(jié)構(gòu)桁架桿件的表面，從而獲取測點(diǎn)位置處的應(yīng)力應(yīng)變量。在測得測點(diǎn)的應(yīng)變量時，根據(jù)胡克定律求出應(yīng)力值（公式：σ＝Eε）。

機(jī)電百分表是在常用的機(jī)械百分表中內(nèi)置一套電測元件，能夠?qū)C(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電量輸出，為多點(diǎn)位移測量的數(shù)據(jù)自動采集提供了條件。在測點(diǎn)支座處外邊緣選取3點(diǎn)，并用機(jī)電百分表獲取豎向位移，通過3點(diǎn)豎向位移的變化量并結(jié)合轉(zhuǎn)角公式獲取該測點(diǎn)的支座轉(zhuǎn)角位移。機(jī)電百分表測量精度為0.01mm，量程為30mm，根據(jù)轉(zhuǎn)角位移計(jì)算測量原理，支座轉(zhuǎn)動角度的精度可達(dá)10-4rad，滿足監(jiān)測技術(shù)要求。

數(shù)據(jù)自動化采集部分包括綜合采集模塊、無線收發(fā)模塊和DSC測試系統(tǒng)軟件。綜合采集模塊和無線收發(fā)模塊內(nèi)置于集成機(jī)箱中，監(jiān)測數(shù)據(jù)（應(yīng)力應(yīng)變量和支座轉(zhuǎn)角位移）實(shí)時匯總至綜合采集模塊，再通過無線收發(fā)模塊遠(yuǎn)程傳輸?shù)紻SC測試系統(tǒng)軟件，由軟件直接獲取當(dāng)前狀態(tài)下的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性。

整個自動化監(jiān)測系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

3 監(jiān)測內(nèi)容和預(yù)警值

圖1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

水晶連廊整體提升期間的監(jiān)測內(nèi)容主要包括兩個部分：連廊主體鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、塔樓隔震支座轉(zhuǎn)角監(jiān)測。連廊主體鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出在提升階段提升段主體的受力狀態(tài)，塔樓隔震支座轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)則反映了提升階段對支座變形的影響程度。二者相互補(bǔ)充和印證，保證整個提升階段能夠安全有效地進(jìn)行。

水晶連廊鋼桁架監(jiān)測點(diǎn)主體鋼材為Q390GJ和Q345B兩種類型，板厚≥40mm，根據(jù)水晶連廊結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，結(jié)合相應(yīng)規(guī)范要求，將設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%設(shè)置為應(yīng)力應(yīng)變增量監(jiān)測預(yù)警值。水晶連廊支座屬于特型支座，支座廠家要求支座設(shè)計(jì)允許最大轉(zhuǎn)角為±0.01rad，因此將±0.01rad作為支座轉(zhuǎn)角位移預(yù)警值。

當(dāng)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時，應(yīng)加密觀測或者連續(xù)監(jiān)測2～3d，并暫停整體提升施工，會同施工單位和設(shè)計(jì)單位查明原因，提出解決方案。

4 測點(diǎn)布置

4.1 應(yīng)力應(yīng)變測點(diǎn)布置

水晶連廊主體結(jié)構(gòu)由連接其下各塔樓的三榀主桁架、與主桁架垂直的次桁架、平面內(nèi)鋼支撐及組合型鋼混凝土樓板系統(tǒng)組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和建模計(jì)算分析，選取特征點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

以T2-T3S提升段整體提升施工為例，T2-T3S提升段選取02主桁架跨中上弦桿、直腹桿及下弦桿對應(yīng)部位各布設(shè)一個應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，同時在主桁架上部一榀典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)圓管桁架兩側(cè)和中間分別布設(shè)一個應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)。相應(yīng)兩側(cè)塔樓選取提升器所在位置的臨時胎架和斜拉桿對應(yīng)位置分別布設(shè)一個應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)。

4.2 支座轉(zhuǎn)角位移測點(diǎn)布置

同樣，根據(jù)隔震支座的受力情況，對T2塔樓T2-03支座和T2-04支座分別布設(shè)支座轉(zhuǎn)角測點(diǎn)，T3S塔樓T3-03支座和T3-04支座分別布設(shè)支座轉(zhuǎn)角測點(diǎn)。測點(diǎn)平面布置圖如圖2所示。

圖2 測點(diǎn)平面布置示意圖

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

整個水晶連廊共有3個提升段，并在3個不同時間段內(nèi)完成提升。整體提升作業(yè)采用 “液壓同步提升技術(shù)” 進(jìn)行施工，整個過程對相應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變測點(diǎn)和支座轉(zhuǎn)角位移測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。下面對T2-T3S提升段整體提升施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

提升初始階段進(jìn)行分級加載（約6到8級），在確保沒有任何異常情況下加載至提升段，與拼裝胎架脫離。在確保胎架達(dá)到一定高度后（一般為0.5m），懸空靜止24h并做整體檢查，再次確保沒有任何異常情況后便可以正常實(shí)施提升，直至合攏。圖3為主桁架桿件實(shí)際提升過程中的應(yīng)變曲線。

圖3 主桁架桿件應(yīng)變變化示意圖

從圖3可以看出：02主桁架上弦桿應(yīng)力增量前期處于增大趨勢，在提升合攏后迅速回歸至初值狀態(tài)；斜腹桿應(yīng)力增量變化不大，提升至合攏后反而有小幅上升；下弦桿與上弦桿變化剛好相反，前期處于減小趨勢，合攏后逐步恢復(fù)至初值水平，整體變化幅度較上弦桿小。以上3個測點(diǎn)基本反映了在整體提升過程中提升段的應(yīng)力變化，桿件在允許受力范圍以內(nèi)，沒有造成彎扭等不良現(xiàn)象。

從支座轉(zhuǎn)角位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，支座轉(zhuǎn)角幾乎維持初值不變。這從側(cè)面反映了整個提升過程中，提升器荷載有效傳給了臨時胎架和斜拉桿，保證了支座的安全。

6 結(jié)論

通過以上分析可得出以下結(jié)論：

（1）從監(jiān)測結(jié)果來看，該項(xiàng)目自動化監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)用性高，實(shí)時性好，能夠有效滿足大型鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工期間安全監(jiān)測的需要，可為工程動態(tài)施工保駕護(hù)航；

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)作為該項(xiàng)目的重要成果，可為后期使用期間結(jié)構(gòu)的安全性評價(jià)提供重要依據(jù)。