廣東興業(yè)國際倉儲科研主樓施工監(jiān)測與分析

孫獻(xiàn)倫 彭金標(biāo)

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640; 2.廣州珠光集團(tuán)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(xiàn)倫1彭金標(biāo)2

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640; 2.廣州珠光集團(tuán)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(jìn)行了分析,結(jié)果表明:該樓達(dá)到了安全施工與保證施工質(zhì)量的目標(biāo)，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(shí)結(jié)構(gòu)最危險(xiǎn)的階段甚至?xí)l(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(jì)理論分析所得到的結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的差別[1-3]。有統(tǒng)計(jì)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?yàn)闆]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(jìn)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(tuán)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(dú)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(dān)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(biāo)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(dú)特的綜合型建筑。效果圖如圖1所示。

2 工程難點(diǎn)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(gè)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(diǎn)及施工方案，施工仿真分析時(shí)將施工過程劃分為16個(gè)施工工況，提取相對應(yīng)16個(gè)工況的實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真分析結(jié)果進(jìn)行對比分析。通過數(shù)據(jù)對比分析，以確定各個(gè)施工工況是否達(dá)到預(yù)期狀態(tài)，從而確保安全順利地施工。

3.2 監(jiān)測點(diǎn)布置

位移觀測點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)處采用粘貼全站儀反射片的方式進(jìn)行標(biāo)識，以方便使用精密全站儀進(jìn)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(即軸上的S01和S02，S05和S06，S17和S25，S23和S24)進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)，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(hù)。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(jìn)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(shí)測值與理論計(jì)算值有一定的差別，實(shí)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(shí)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(jì)算值與實(shí)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(gè)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(shí)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(shí)測值與理論計(jì)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(diǎn)最大豎向變形實(shí)測值為45 mm，與理論計(jì)算值48.4 mm相差3.4 mm，相差約7%。22層和24層臨時(shí)支撐桁架卸載后，測點(diǎn)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(dá)到63 mm，施工時(shí)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(shí)測值與理論計(jì)算值存在較大差別，最大相差8 mm，相差率達(dá)30%。大部分實(shí)測值都比相應(yīng)理論計(jì)算值小，并且兩者變化趨勢一致，只有個(gè)別測點(diǎn)存在較大差別。工況15～工況16，折線斜率最大，這是因?yàn)榇蠖瓷峡谥另攲訕前鍧仓螅R時(shí)支撐胎架卸載，所以變化量較大。

圖10為支撐胎架頂部測點(diǎn)位移變化實(shí)測值與理論計(jì)算值對比圖，圖中表明第1工況～第6工況測點(diǎn)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(shí)測值達(dá)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(jìn)行有效監(jiān)測，根據(jù)實(shí)際情況修正設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)測數(shù)據(jù)對比可知，采用臨時(shí)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(shí)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(shí)測值與理論計(jì)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(jì)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠及時(shí)了解結(jié)構(gòu)真實(shí)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(xiàn)倫(1989- )，男，在讀碩士; 彭金標(biāo)(1986- )，男，助理工程師

TU196

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