高层建筑物变形监测方案设计.doc

高层建筑物变形监测方案设计 目 录 - XXXIX - 摘 要 高层建筑物从基础施工到竣工验收及其运营使用过程中，由于建筑物的工程地质、水位地质、土壤的物理性质、大气温度以及建筑物本身的荷重、结构等因素的变化影响，往往产生不同形式的变形。因此，建筑物的稳定性和可靠性已经成为人们关注的焦点，只有定期对高层建筑进行变形观测，掌握其变形规律，才能合理预测未来的变形大小，及时采取预防和善后措施，确保建筑物的安全使用。高层建筑物的变形包括建筑物沉降变形、建筑物倾斜变形、建筑物产生裂缝和发生相对位移等变形。所以对于这些变形我们采取了沉降观测，水平位移观测，倾斜观测，裂缝观测等方法，以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，提高高层施工中的沉降观测质量。在这些变形观测的工作实践中，应根据实际情况选用最适当、最有效的的观测方法，并科学分析、处理变形观测结果，对变形观测中常见的一些问题提出合理的解决方法，准确掌握建筑物的沉降变化规律，为建筑物设计和防灾减灾提供科学的依据。 关键词：高层建筑物 变形观测 精度分析 第1章 绪论 1.1 建筑物变形观测的概述 建筑物在施工过程中，随着建筑物的基础和地基所承受的荷载不断增加，引起基础及四周地层的变形，而建筑物本身在自重和各种外力的共同作用下，也要发生变形，这种变形在建筑物建成后的一段时间内继续存在着。如果变形在一定范围内，可视为正常现象，但如果超过某一限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。为了建筑物的的安全使用，在建筑物施工和运行管理期间需要进行变形观测。通过对建筑物变形观测所取得的数，用来分析和监视建筑物变形情况，若发现有变形异常情况时，可以及时分析原因，采取必要的措施，确保工程质量和安全生产，同时也为今后建筑物结构和地基基础合理的设计积累资料。 随着经济的快速发展，科技水平的不断提高，土建工程的建设也驶上了快车道。在各类工程层出不穷、高层建筑鳞次栉比、建筑结构起义日益复杂、工程规模愈来愈大的当今时代，对建筑物进行变形观测有着更现实的意义。同时，人类在认识、控制变形和预防灾害方面，有其成功的经验，也不乏有惨痛的教训，因此，工程建筑物的变形观测应受到各界的高度重视。 工程建筑物变形观测主要包括：沉降观测，水平位移观测，倾斜观测，裂缝观测等。 工程建筑物的变形观测与其他测量工作相比较其主要特点是：测量精度要求高，观测方法设计精密、严谨，数据处理严密。 1.1.1 变形产生的原因和类型 一般来说，建筑物变形的原因较多，但主要的原因有三点：其主要原因如下： （1） 变形产生的原因 ①自然条件及其变化 建筑物地基的工程地质条件、水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等因素引起建筑物变形。 例如，由于地基下的地质条件不同会引起建筑物的不均匀沉降，使其产生倾斜或裂缝；由于温度和地下水位的季节性和周期性的变化，而引起建筑物的规律性变形；新建的想邻大型建筑物改变原有建筑物周边的土壤平衡，使地面产生不均匀沉降甚至出现地面裂缝，从而给原有建筑物造成危害等。 ②与建筑物本身相联系的原因 如建筑物本身的荷载大小、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。 此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。 例如在高大建筑物周围进行深基坑开挖，就会对其原有建筑物产生一个额外的变形。当然这些引起变形的因素是相互联系、相互作用的，对建筑物往往是共同作用的，只是不同时间段，不同因素的作用强弱不同而已。这些变形的原因，是相互联系的。随着工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，对于建筑物的地基施加了一定的外力，这就必然引起地基及其周围地层的变形。而建筑物本身及基础，由于地基的变形及其外部荷载与内部应力的作用而产生变形。 通常，这些大型建 （构）筑物变形的原因都是互相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运营管理阶段。 （2） 变形的类型 ① 按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形 ② 按变形状态则可分为静态变形和动态变形 静态变形通常是指变形观测的结果仅表示某一期间内的变形值，也就是说，它是时间的函数； 动态变形是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。 1.1.2 变形观测的主要任务 变形观测的任务是周期性的对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期的变化量，而为了求得瞬时变化，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。 建筑物在施工和营运过程中，由于地质条件和土壤性质的不同，地下水位和大气温度的变化，建筑物荷载和外力作用等影响，导致建筑物随时间发生的垂直升降、水平位移、挠曲、倾斜、裂缝等，统称变形。用测量仪器定期测定建筑物的变形及其发展情况，称为变形观测。 各种工程建筑物在其施工和使用过程中，都会产生一定的变形，当这种变形在一定限度内时可认为属正常现象，但超过了一定的范围就会影响其正常使用并危及建筑物自身及人身的安全，因此需要对施工中的重要建筑物和已发现变形的建筑物进行变形观测，掌握其变化量、变形发展趋势和规律，以便一旦发现不利的变形可以及时采取措施，以确保施工安全和建筑物的安全，同时也为今后更合理的设计提供资料。 由于建筑物破坏性变形危害巨大，变形观测的作用逐步为人们了解和重视，因此在建筑立法方面也赋予其一定的地位，建筑部已制定颁布了中华人民共和同行业标准《建筑变形测量规范》（JDJ/T8-97），并自1988年6月1日起施行。目前国内许多大中城市已经提出要求和做出决定：新建的高层、超高层，重要的建筑物必须进行变形观测，否则不予验收。同时要求，把变形观测资料作为工程验收依据和技术档案之一，呈报和归档。 通过变形观测，取得第一手的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，应及时分析原因，采取措施，防止事故的发生，改善运营方式，以保证安全。其次，通过在施工和运营期间对工程建筑物原体进行观测，分析研究，可以验证地基与基础的计算方法、工程结构的设计方法，对不同的地基与工程结构规定合理的允许沉陷与变形的数值，为工程建筑的设计施工、管理和科学研究工作提供资料。 变形观测的主要任务是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测 周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。 变形观测的具体方法，则要根据建（构）筑物的性质、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来拟定。 1.1.3 变形观测的目的和意义 （1） 变形观测的意义 根据前面的分析可知，建（构）筑物产生变形的因素是多方面的，而且多数变形由客观自然条件及其变化所造成，因此建（构）筑物产生变形是不可避免的。 当建筑物在施工和运营理过程中，产生不利于建筑物稳定的变化因素时，变形就必然要发生。 当变形值超过允许的限值，建筑物就可能出现危险甚至破坏，给人民的生命财产造成极大的损失。 例如：我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水破坝失事，造成灾害。 在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因其旁边（仅相隔1m多）新建高层建筑物的影响，造成地面开裂，该6层住宅楼发生严重倾斜，其顶部靠向新建高层建筑成为危房而拆除。 由于地下水位的严重下降，某大城市建于上世纪初的一栋大型建筑，原来的一楼下沉为地下室。 （2） 变形观测的目的，变形观测的目的有两个： ①监测------以保证建（构）筑物的安全为目的 通过变形观测取得的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况；在发生不正常现象时，可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保证建（构）筑物的安全。 ②科研-------以积累资料、优化设计为目的 通过施工和运营期间对建筑物的观测，分析研究其资料，可以验证设计理论，所采用的各项参数与施工措施是否合理，为以后改进设计与施工方法提供依据。 由此可见，通过变形观测，可以检查各种工程建筑物及其地质构造的稳定性，及时发现问题，确保工程质量和使用安全； 更好的了解建（构）筑物变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的变形预报理论和方法； 以及对某种工程的新结构、新材料和新工艺的性能作出科学的客观评价。 为了达到此目的，应在工程建筑物设计阶段，在调查建筑物地基承载性能、研究自然因素对建筑变形影响的同时，就着手拟定变形观测的设计方案，并将其作为工程建筑物的一项设计内容，以便在施工时，就将观测标志和设备埋置在设计位置上，从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止为止。 1.2 建筑物变形观测的概况 随着我国经济建设的蓬勃发展，带动了许多关系到国计民生的大型基础设施的建设。 例如：(1)兴建了众所周知的葛洲坝和长江三峡大坝等许多大型水电枢纽工程； (2)已建成或在建设中的数十座长江大桥和跨海大桥； (3)许多大型工业厂房分布祖国各地，高层民用建筑和超高层建筑已如雨后春笋般地耸立在大江南北、各大城市。 上述大型基础设施的建设，不仅推动了我国经济建设和现代化建设的进一步发展，使农村脱贫致富、工业逐步强大、城市更加繁荣，也促进了我国在土木、水利、交通设计和建筑新材料方面的研究、施工技术和工艺方面的创新等等。同时，因建（构）筑物越来越高、规模越来越大，为保证这些建（构）筑物的安全使用以及设备正常运转，对变形监测工作也就提出了更高的要求。 1.2.1 我国的变形监测工作发展过程 （1） 利用常规的水准仪、经纬仪等测量仪器进行的传统变形观测方法； （2) 激光准直； （3) 近景摄影测量； （4) 各类位移传感器； （5) 数字水准仪； （6) 全自动电子全站仪（测量机器人）； （7) 三维立体激光扫描仪； （8) 全球卫星导航定位系统（GNSS） 利用上述测量新技术,可进行全天候自动变形监测，测量仪器和测量手段的不断更新，新技术和相关学科的不断融合，使得人们对变形观测和变形分析的研究也越来越深入。 在我国最早系统地开展变形监测工作的应是位于东北地区的丰满水电大坝，在分析变形数据的基础上，确定加固方案，延长了大坝的使用寿命。 位于我国南北交通命脉上的武汉长江大桥、南京长江大桥等其它特大型桥梁的变形监测，在建设之初就引起了国家主管部门的高度重视，建立了比较完善的变形监测系统。 在我国变形监测领域，最受人们关注的是葛洲坝和三峡水利枢纽工程，由于大坝的性质和可能造成的危害程度决定了变形监测工作在这样一个举世瞩目的特大工程中的地位。 在葛洲坝和三峡大坝建设和运营管理过程中，庞大完善的变形监测系统（包括：各种测量仪器设备、测量标志点位以及雄厚的测量科研技术力量等）几乎涵盖了当今国内外各种变形监测的手段和方法，提供了大量丰富可靠的变形监测数据，为确保大坝的安全建设和运营起到了极其重要的作用。 随着近年来大型工业厂房建筑和城市高层、超高层民用建（构）筑物的日益增多，这些位于人口密集、城市中心地带的巨型建筑物，其可能存在的安全隐患，越来越受到各个国家有关部门的高度重视 我国为保证这些高层建筑物的安全施工和使用，制定了相应的法律和法规，确保变形监测工作纳入有序轨道，并贯穿于高层、超高层等大型建（构）筑物的勘测、设计、施工和运营管理的各个阶段。 国家建设部于1998年颁布实施了《建筑变形测量规程》（中华人民共和国行业标准JGJ／T 8－97），进一步规范了变形观测工作，使大型建（构）筑物的变形监测工作有了技术保障。 表 1.1 世界十大高层建筑物 序号 建筑名称 建筑地址 建成年代 高度(m) 层数 结构 1 台北101大厦 中国台北 2005 508 101 S+C 2 佩特纳斯大厦 吉隆坡 1998 452 95 S+C 3 西尔斯大厦 芝加哥 19