高层建筑物竖向位移监测数据处理与分析*

冯建新（湖南工程职业技术学院，湖南 长沙 410151）

随着中国国民经济的快速发展，高层建筑物如雨后春笋般，越来越多地矗立在城市中。高层建筑结构健康监测成了土木工程防灾减灾的主要研究内容。高层建筑结构预警发生灾害的主要有效手段是实施实时变形监测。目前，高层建筑物的稳定性及安全性已成为人民重点关注的焦点，运用所得到的监测信息可以判别其建筑结构变形的情况，同时也能及时做出是否需要人员疏散的决定，对保障人民的生命财产安全，提高高层建筑工程结构的运行效率具有积极作用。

1 工程概况

选取湖南某小区高层建筑为例，主体结构为框架结构，为住宅楼和地下车库组成，设置2～3层地下室，主要功能为设备用房和地下停车库。地基土的类别为中、低压缩性土，相邻柱基沉降差为0.002L，稳定性标准≤0.02mm/d。场地整平后标高为80.00m，均为高层住宅建筑，地上层数为23～33层，建筑设计使用年限为50年，湖南省该地区地震基本烈度为6度。本次监测对象为57#～64#共8栋房屋。房屋沉降监测点设置64个，监测时间为持续观测约580d。

2 监测方案

2.1 监测目的

开展本次房屋沉降监测的主要目的如下：

（1）以《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）为依据，建筑物沉降观测应及时准确地反映地基、基础、上部结构及周边环境在静荷载或动荷载及其环境等因素影响下的变形程度或变形趋势，从而以确保建筑物施工和使用过程中的安全。

（2）加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降；及时反馈信息为勘察设计施工单位提供详尽的第一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝。

（3）总结工程经验，为完善设计分析提供依据。

（4）为建筑质量的评定提供客观评判依据。

2.2 监测内容

根据本工程设计图纸、《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）、《工程测量规范》（GB50026-2007）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）以及本工程监测方案，本基坑工程监测内容选取为：57#～64#共8栋房屋沉降，共设64个监测点。

2.3 监测实施的频率

按照本工程设计图纸要求，《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）、《工程测量规范》（GB50026-2007）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）以及本工程监测方案，监测频率采取定时与跟踪相结合的方法，观测频率见表1。

表1 房屋沉降监测频次

2.4 房屋沉降监测方法

2.4.1 监测网的布设要求与测量方法

（1）在沉降监测前至少一周埋设不少于3个水准基点，基准点设3倍于基坑深度的影响范围之外，组成水准控制网，定期对水准点进行校核，防止其本身发生变化，以保证沉降监测结果的正确性。监测点尽可能和基准点一起布设成附合或闭合水准路线，以便进行平差处理，提高观测精度。水准点的埋设要求外界影响小、不易扰动或震动影响、通视条件好，以保证监测精度。

（2）根据湖南省某小区建筑物及允许沉降值、等因素综合分析，确定位移变形监测精度，该沉降监测采用日本索佳SDL30精密水准仪进行监测。

2.4.2 沉降计算

在条件许可的情况下，监测点尽可能和基准点一起布设成附合或闭合水准路线，水准线路闭合差应小（n为测站数），然后按照测站进行平差，求得各点高程。

其中，H0-为地表沉降观测点的初始高程；Hn-施工过程中测出的高程；ΔH-为地表沉降值。

2.4.3 数据分析与处理

以监测时间段为X轴，以沉降累计变形量为Y轴建立坐标系，绘制监测点累计变形量与时间关系变化曲线图，根据沉降规律判断其稳定状态和施工措施的有效性。当累计变形量与时间关系变化曲线趋于平缓时，可选取合适的函数进行回归分析，预测最大沉降量。

3 监测成果分析

本工程监测从进场开始至沉降速率稳定观测结束，持续观测约620d。以监测时间段为X轴，以沉降累计变形量为Y轴建立坐标系，绘制监测点累计变形量与时间关系变化曲线图，本案例的具体观测成果及房屋8个沉降监测点累计变化量时态曲线图见图1～图8。

图1 57#竖向位移累计变化量时态曲线图

图3 59#竖向位移累计变化量时态曲线图

图4 60#竖向位移累计变化量时态曲线图

图8 64#竖向位移累计变化量时态曲线图

图5 61#沉竖向位移累计变化量时态曲线图

图6 62#竖向位移累计变化量时态曲线图

图7 63#竖向位移累计变化量时态曲线图

在整个监测期内，由图1～图8中对应的累计变形量时态曲线可以看出，8个房屋沉降监测点沉降随时间变化趋势来看，建筑物在整个监测期内变形量均较小。不同的监测点房屋累计沉降量不同，但每栋主楼从施工开始都出现了下沉现象，下沉速度都很缓慢，大概是每栋主楼在第5层（60d）至20层（180d）这个阶段下沉速度偏大，下沉现象比较明显，主要原因是这个期间由于回填影响观测以及施工的影响。在400d以后各观测点下沉速度较小，下沉幅度也较小，房屋沉降趋于平稳，各栋楼的各项测点的累计变化量及变化速率均比较稳定。累计变化量最大是63#点号为D63-3在465d时，累计变化量为-3.76mm。房屋沉降竖向位移累计变化量及速率均在设计及规范允许值范围内，变形量时态曲线呈水平发展趋势，说明各监测点沉降变形量基本完成。可以判断房屋沉降在整个监测期内是安全稳定的。在房屋沉降监测周期内，未出现预警情况，综合现场巡视记录表明，房屋施工过程符合建筑施工各项技术要求，监测对象处于安全可控状态。

4 结语

房屋变形监测对于建筑物的安全是必不可少的关键步骤，也是工程质量和施工安全的数字化变形方式，监测数据对验证施工参数和指导安全施工具有重要的指导意义。本文对湖南省某小区8栋建筑物从施工到竣工结束后一段时间中进行房屋竖向位移监测，通过对监测数据处理及分析可知位移监测点的变形量均小于报警值，建筑物沉降监测累计变形量最大值在D63-3处，得出该监测对象处于安全可控状态。