广东兴业国际仓储科研主楼施工监测与分析

孙献伦 彭金标

(1.华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510640; 2.广州珠光集团有限公司，广东 广州 510627)

广东兴业国际仓储科研主楼施工监测与分析

孙献伦1彭金标2

(1.华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510640; 2.广州珠光集团有限公司，广东 广州 510627)

以广东兴业仓储科研主楼为工程背景，介绍了复杂高层建筑结构的施工过程监测方案，并对应力和位移监测结果进行了分析,结果表明:该楼达到了安全施工与保证施工质量的目标，对其他类似工程的施工监测具有借鉴意义。

复杂高层建筑结构,应力,位移,监测,分析

大型复杂高层建筑结构的施工过程比较复杂，施工过程结构的受力和变形状态与结构成型后的受力和状态有较大差别,有时结构最危险的阶段甚至会发生在施工阶段。因此，不考虑施工过程影响的结构设计理论分析所得到的结果与实际情况存在一定的差别[1-3]。有统计表明，在我国60%以上的工程结构事故发生在施工期间，这主要是因为没有充分考虑施工过程对结构受力性能的影响[4]。因此，有必要对大型复杂高层建筑结构的施工过程进行有效监测，保证结构在任一施工阶段都能受力均匀，应力和变形在弹性范围以内，从而确保施工安全和施工质量[5，6]。

1 工程概况

广东兴业国际仓储科研主楼工程由广东兴业集团投资兴建，属于复杂高层建筑结构。该结构主体建筑具有独特的造型和新颖的结构形式，其立面开大洞，并且在两边核心筒的外侧有大悬挑，使得该结构施工难度较大。结构选型采用在建筑立面设置外斜撑钢框架与两侧钢筋混凝土核心筒一起构成外斜撑钢框架+核心筒的结构体系，共同承担竖向荷载及水平荷载。

该建筑立面造型好似一块立放的巨型玉璧，外径146.6 m，内径47 m，宽度28.8 m，总高度138 m，最大悬挑长度22 m，有2层地下室(地下室底板面标高-9.0 m)，地上有33层，总建筑面积约106 491 m2，钢材用量约1万t，是一栋集交易中心、商业及办公于一体且造型独特的综合型建筑。效果图如图1所示。

2 工程难点分析

该工程建筑立面斜撑钢框架外径146.6 m，仅中间约100 m范围内的竖向构件支撑于基础，两侧各22 m范围内竖向构件均处于悬挑状态，造成竖向构件不能连续传递竖向荷载。在两侧各22 m悬挑范围内，每隔6.3 m设置一榀支承于两侧外斜撑钢框架、跨越13层～19层的转换钢桁架，将上部荷载传递至外斜撑钢框架，再传递至基础。另外建筑立面开直径约47 m大洞，造成大洞范围以内竖向构件不连续，导致竖向荷载不能直接传递。在立面大洞上部每隔6.3 m设置一榀支承于两侧外斜撑钢框架、跨越25层～28层的转换钢桁架，将上部荷载传递至外斜撑钢框架，再传递至基础。该工程主楼内部受力体系如图2所示。

3 监测方案

3.1 监测内容

监测该工程主体结构在各个施工阶段结构构件位移和应力。位移监测主要包括内外环梁各关键位置的位移监测；应力监测主要是对地下-2层钢管混凝土柱、支撑胎架及转换桁架斜撑应力监测。根据该结构特点及施工方案，施工仿真分析时将施工过程划分为16个施工工况，提取相对应16个工况的实测数据与仿真分析结果进行对比分析。通过数据对比分析，以确定各个施工工况是否达到预期状态，从而确保安全顺利地施工。

3.2 监测点布置

位移观测点选择斜撑钢框架外圈及内圈曲梁与框架立柱和横梁相交处的50个节点，目标点处采用粘贴全站仪反射片的方式进行标识，以方便使用精密全站仪进行位移监测。限于篇幅，本文仅对结构内外圈曲梁成形的8个关键点(即轴上的S01和S02，S05和S06，S17和S25，S23和S24)进行位移分析，如图3所示(由于结构对称，仅取南侧立面外斜撑框架。应力监测点主要位于支撑胎架及转换桁架。

3.3 监测设备选用

依据现场测量工作环境复杂、监测量大、测量数据精度要求高等特点，位移监测采用了精度高、稳定性好的索佳SET2130全站仪，测角精度为±2″，测距精度为±(1 mm+2 ppm)。

应力监测的所有传感器均采用振弦式传感器，并将振弦式传感器直接焊接在所要监测的构件表面，外加防撞钢盒保护。应力监测采用澳大利亚DataTaker公司生产的应力监测采集器(DT615)进行数据采集。

4 监测结果

4.1 应力监测结果

由图4可知，支撑胎架安装后，其应力呈线性增长且增长较快，应力实测值与理论计算值有一定的差别，实测最大值为93 MPa，两者最大相差15.8 MPa。由图5及图6知，悬挑部分的转换桁架应力最初增长较缓慢，待支撑胎架卸载后，转换桁架应力发生突变，说明支撑胎架的卸载过程中结构受力逐渐转移，而且结构内力发生重分布，支撑胎架卸载后结构体系发生转变。由此可知采用设置临时支撑胎架的施工方案是安全可行的。由图7可知，26层转换桁架应力的理论计算值与实测值变化趋势一致，数值基本吻合，但仍然有一定的差别，前12个施工工况由于该转换桁架未安装，其应力值为0 MPa，第12阶段～第14阶段应力增长缓慢，待大洞口上部楼板浇筑完成以及22层和24层临时桁架卸载后，转换桁架应力增长较快。

4.2 位移监测结果

由图8可知，在各施工工况下位移实测值与理论计算值总体变化趋势基本一致，但也存在一定的差别。钢框架内圈曲梁顶点最大竖向变形实测值为45 mm，与理论计算值48.4 mm相差3.4 mm，相差约7%。22层和24层临时支撑桁架卸载后，测点S25，S23和S24竖向变形发生突变。施加二期恒载后，其竖向位移会继续增长，将达到63 mm，施工时对其采取预起拱以减小竖向位移。

由图9可知，外圈曲梁的实测值与理论计算值存在较大差别，最大相差8 mm，相差率达30%。大部分实测值都比相应理论计算值小，并且两者变化趋势一致，只有个别测点存在较大差别。工况15～工况16，折线斜率最大，这是因为大洞上口至顶层楼板浇筑后，临时支撑胎架卸载，所以变化量较大。

图10为支撑胎架顶部测点位移变化实测值与理论计算值对比图，图中表明第1工况～第6工况测点位移逐渐增大，在支撑胎架卸载前位移变化最大理论值为12 mm，而最大实测值达到15 mm，二者相差为25%。

5 结语

施工监测是复杂高层建筑结构施工控制的基础。对于复杂高层建筑结构而言，施工难度大、工期长，所以有必要对施工过程中重要的结构状态参数进行有效监测，根据实际情况修正设计确定的各主要施工阶段的理想状态，使结构受力状态始终处于安全控制范围之内。本文通过实测数据和理论数据对比分析得到以下结论：1)通过对支撑胎架的仿真分析结果与现场实测数据对比可知，采用临时支撑胎架措施成功解决了外悬挑吊装及高空安装难度大的难题，胎架卸载过程较好地实现了结构受力转移和内力重分布，提高了施工效率和施工安全度。2)结构应力实测值与理论计算值吻合良好，偏差在22%以内。3)结构位移监测值与理论计算值基本一致，在结构允许的变形范围以内。4)通过对结构施工过程进行实时监测，能够及时了解结构真实的位移和应力状态，确保了工程质量与施工安全。

[1] 高 健,伍小平,钱耀辉,等.大型商业中心大跨度全钢结构主楼施工监测分析[J].建筑施工,2012，34(3):214-217.

[2] 刘学武,郭彦林,张庆林,等.CCTV新台址主楼施工过程结构内力和变形分析[J].工业建筑，2007，37(9):22-29.

[3] 张慎伟,张其林,罗晓群,等.高层钢结构施工过程时变模型与跟踪监测[J].同济大学学报(自然科学版)，2009，37(11):1434-1439.

[4] 曹志远.土木工程分析的施工力学与时变力学基础[J].土木工程学报，2001，34(3):41-46.

[5] 胡长明,曾凡奎,李永辉,等.法门寺合十舍利塔施工过程模拟与实测分析[J].工程力学,2009，26(S1):153-157.

[6] 郭彦林,刘学武.大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法[J].工业建筑,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

孙献伦(1989- )，男，在读硕士; 彭金标(1986- )，男，助理工程师

TU196

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