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]。
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。
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。
3.1 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。
4.1 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%。
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。
[1] 高 健,伍小平,錢耀輝,等.大型商業(yè)中心大跨度全鋼結(jié)構(gòu)主樓施工監(jiān)測分析[J].建筑施工,2012,34(3):214-217.
[2] 劉學(xué)武,郭彥林,張慶林,等.CCTV新臺址主樓施工過程結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形分析[J].工業(yè)建筑,2007,37(9):22-29.
[3] 張慎偉,張其林,羅曉群,等.高層鋼結(jié)構(gòu)施工過程時(shí)變模型與跟蹤監(jiān)測[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,37(11):1434-1439.
[4] 曹志遠(yuǎn).土木工程分析的施工力學(xué)與時(shí)變力學(xué)基礎(chǔ)[J].土木工程學(xué)報(bào),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(shí)測分析[J].工程力學(xué),2009,26(S1):153-157.
[6] 郭彥林,劉學(xué)武.大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)問題及分析方法[J].工業(yè)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(xiàn)倫(1989- ),男,在讀碩士; 彭金標(biāo)(1986- ),男,助理工程師
TU196
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