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1、鋼結構建筑物變形監測方案設計鋼結構建筑物變形監測方案設計摘要：介紹了變形監測對物體的安全維護與運作的重要作用，闡述了目的、意義及基礎理論等，重點對鋼結構建筑物變形監測方案設計思路、數據處理、觀測周期的確定方法及變形監測網點的布設等進行論述。關鍵詞：鋼結構；建筑物；變形監測0 前言變形檢測是為了得到物體的空間位置和時間之間的關系，從而對物體或者被監視對象進行測量。在變形分析中，可以把變形的物理解釋和幾何分析結合起來綜合分析預報。一方面，幾何分析可以分析物體形態的變化，包括大小、方向等變化；另一方面，物理解釋可以用來分析變形的原因。另外，在變形檢測中會運用到很多學科的知識，包括測繪、應用數學、水文2、工程和控制論等。從工程的安全方面考慮，檢測是工程的基礎，分析是手段，預報則是目的。1 目的及意義對建筑物的施工建設和運營管理階段進行安全監控、評價和預報，以便保證工程的安全，通過監測和工程有關的設備及地質構造的結構情況，及時發現問題，并對準確做出推斷，采取相應措施來保證工程的安全性和穩定性。2 關于鋼結構建筑物的監測方案2.1 內容概述1監測內容包括：確定測量方法、控制網布設、數據處理的監督、確定運行周期和測量精度指標。執行規范有：GB 50026-2007工程測量規范(以下簡稱規范)、JGJ 8-2021建筑變形測量規程(以下簡稱規程)、GB/T 12897-2006國家一、二等水準測量規3、范。2.2 變形監測精度標準為了達到變形監測的目的，在結合工程的實際情況，變形監測精度應符合規范的要求。變形測量的等級劃分和要求如表1所示。2.3 觀測周期和觀測時間的確定為了確保工程建筑的順利進行，在工程建筑的不同時期，監測的周期也應該有所變化。在初期，由于變形的可能性較大，因此，觀測的周期時間應該縮短；隨著建筑物的逐漸穩定，可以適當減少監測的次數；確定一個周期內的觀測時間，意味著需要在規定的時間內完成一個周期的所有測量工作，以免觀測周期內的變形被歪曲。在施工期間，建筑物的觀測需要結合進度及時調整。一般建筑和大型建筑要區別對待，前者一般需要在基礎階段完成后開始監測，后者需要在基礎墊層或者基礎4、底部完成后開始監測。監測的次數和時間間隔應根據實際情況而定。如果建筑物荷載增加均勻，在增加荷載的25%、50%、75%和100%時應至少各測一次，如基坑回填、柱子安裝和屋架、墻體砌筑、安裝設備等這些不同的施工階段，可以按照上述階段分別進行觀測。在民用高層建筑中，可以每加高13層監測一次。如果出現暫時停工現象，應該在停工時和重新開工前各監測一次，在停工期間也應每隔12月監測一次。23 在建筑物的使用階段，監測次數應該由其沉降速度和地基土的類型來決定。除特殊情況，一般第1年觀測34次，第2年觀測23次，第3年后每年1次，直至數據穩定。在監測過程中，如果遇到長時間降雨或者地面荷載有較大變化，均需要增5、加觀測次數。一旦建筑物出現大的裂縫或者沉降不均勻時，有必要13 d 進行一次連續觀測。表1 變形測量等級劃分 mm 變形測量等級垂直位移測量水平位移測量變形點的高程中誤差相臨變形點高差中誤差變形點的點位中誤差 使用范圍一等030115變形特別敏感的高層建筑、工業建筑、高聳構筑物、重要古建筑精密工程設施等二等050330變形比較敏感的高層建筑、高聳構筑物、古建筑重要工程設施和重要建筑場地的滑坡監測等三等100560一般性的高層建筑、工業建筑、高聳構筑物滑坡監測等四等2010120觀測精度要求較低的建筑物、構筑物和滑坡監測等2.4 監測網布設1)布網和變形是緊密聯系在一起的。比如在布設網點時，應該6、選擇干擾小、地質條件好的地方布點，或者結合變形點的位置來確定網點的位置，網點是觀測點的工作基點，一般布設穩定點要花費較大的一筆費用。2)變形網多余觀測條件并且復雜。工程控制網以構成簡單的三角形、網邊形或中點多變形為最好，不去追求圖形如何構成，并以多余觀測越多越好。變形網一般采用間接平差進行平差。3)變形精度高為網邊短，采用的普遍做法是強制歸心。變形測量網的邊長最多不超過1 km，變形監測網用于專有地震監測的，邊長也多在1 km左右，通常觀測要求是按照國家一、二等精度的要求進行的，或者采用最先進的儀器來測量，而高精度儀器主要集中在地震部門和水電部門，目前這些先進的儀器也主要用于變形監測。4)在工7、程控制網中變形網可以沒有已知數據，控制網必須具有一個已知的坐標、方向、一條邊長，但是變形網是相對網，其可以按照自由網平差，不需要這些測量數據。雖然在工程控制網中可以假定已知點和方向，但是已知邊是一定不能缺少的。42.5 沉降點的布設1)水準基點的布設。水準基點作為垂直位移觀測的基準，其應該設在施工影響范圍之外，另外，還要保證沒有建筑物變形，距變形觀測點20100 m之間，保證牢固不變，并保存永久，地點安全且不受施工影響。可設在穩固的建筑物或基巖上，也可按一、二等水準點標規格埋設標石，一般不少于3個是為了對水準基點校核。2)布設沉降監測點。布設在變形體上，并有代表性的、能正確反映其變形的特征點。8、在確定監測點的數量和位置時，應該結合地質結構、支護結構形式、基坑周邊環境和建(構)筑物荷載等情況。在高層建筑物中，應該沿其周圍每隔1020 m設置一點。觀測點應埋設穩固、不受破壞且能長期保存。點的高度和朝向要便于垂直立尺觀測。觀測點的埋設形式應根據建(構)筑物結構、形式而設置，一般有以下幾種形式，角鋼埋設觀測點，設備基礎觀測點，永久性觀測點。除了沉降觀測點數量、位置、形式的確定外，其標志選用也是一個重要內容，觀測點的標志可以采用有色金屬，一般用角鋼L305，圓鋼2025 mm制成，不僅可以起到裝飾建筑物的作用，而且不會影響建筑物外表的美觀。另外，為了方便以后測量，觀測標志應該在建筑物施工的同時9、安裝在建筑物基礎，一般選擇在墻上或者地下室等適當的位置，并且需要與墻面和地面保持適當的距離，標志埋入墻內的尺寸應大于外露部分的3倍。3)觀測方法。布點監測分為水準基點、工作基點和沉降觀測點，在監測中需要采用“分級觀測”的方式，從水準基點到工作基點，再到沉5降觀測點。對于施工場地不大的建筑物，則可以不分級測量，但需要設置3個水準點，并選擇水準基點時要其中最穩定的一個點。要求為：(1)在作業中應該遵循以下原則：在外業觀測時，要前后視距相等，在成像清晰時再進行；前后觀測時，應該使用同一把水準尺；為了避免出現異常情況，應該經常對水準儀器及標尺進行定期檢查，及時檢驗校正。(2)觀測中應該做到水準點固定、10、水準路線一樣、觀測方法要相同、觀測的儀器也要一致、觀測的人員也要一樣。(3)在首次觀測時，要認真測量并仔細記下測量值，這是計算沉降的初始值，還要連續測量兩次，并最終取平均值，以便確保觀測結果的可靠性和正確性。(4)每測段中往測和返測的測站數均應為偶數，否則就應及時改正。如果從往測轉向返測，則標尺也需要互換位置，并應重新設置儀器。在同一測站觀測時，不得兩次調焦，轉動儀器的傾斜螺旋和測微鼓時，其最終旋轉方向是旋進。(5)每次觀測都需要采用往返閉合法或環形閉合法，并在現場進行檢查，并且閉合差也應該符合誤差要求，不得超出規定的范圍。(6)觀測的結果在誤差范圍內，閉合差便可以按測站數進行分配，計算高程。11、3 觀測結果與結果判定6沉降觀測應繪制下列圖表：沉降觀測成果表；沉降觀測點為分布圖；工程平面圖及基準點分布圖；建筑物沉降曲線分析圖；沉降數據分析報告。在判定沉降是否進入穩定階段時，需要根據時間也沉降量的關系來確定。如果為重點觀測和科研觀測工程，若在最后三個周期中觀測到的每周期沉降量不超過2倍測量中的誤差，則可以認為已經進入了穩定階段。在一般觀測工程，若最后100 d的沉降速率小于0.010.04 mm/d，可認為已進入穩定階段，具體取值應根據各地區的實際情況決定。4 水平位移變形監測1)精度技術指標。是監測控制基準網和工作基點的主演工具，在規范中，基準網應該符合二等的技術要求，工作基點應符合三12、等的技術要求，其精度應符合表2的規定。變形觀測點參照國家四等平面控制測量要求觀測。表2 監測網的技術指標7等級相鄰點間點位中誤差/mm平均邊長/mm測角中誤差/()最弱邊相對中誤差作業要求一等1512)變形監測平面控制網布設。變形檢測平面控制網應該為獨立控制網，在測量控制網的分級布網和逐級控制中，等級高的控制點是次級控制網的起始數據，而高級網的測量誤差則形成次級網的起始數據誤差。水平位移監測網的精度應能滿足變形點觀測精度的要求。由于監測的目的和監測體的形狀的不同，使變形監測網可布設成多樣的形狀，另外，和環境條件和地形條件也有關系。采用地面測量技術布設由三角形構成的邊角網或三邊網、導線或導線網。13、用空間測量技術建立GPS監測網以及GPS網與地面測量網構成混合網日益廣泛應用。83)水平位移監測常用方法有：大地測量法、基準線法、GPS測量法、測角交會法等，本文主要介紹全站儀空間交會法。原理是：將全站儀架設在已知點上，輸入擺站點坐標和后視點坐標，照準后視點定向，儀器自動將測站與后視的方位角設置在該方向上，讓后瞄準待測目標，全站儀會很快測量出水平角、垂直角、距離，并利用這些數據計算出待測點的三維坐標。4)儀器的選擇。所用測量儀器為：精密水準儀加測微器與銦瓦鋼尺配合組成精密水準儀，即DSZ2精密+FS1平板測微器+銦瓦水準尺+TC2003全站儀。5 變形定性分析1)在對沉降觀測法監測高層建筑物變14、形進行分析之前，要對建筑物變形產生的原因進行探究，只有這樣，才能根據原因采取監測的措施。高層建筑物發生變形的原因主要有兩方面，一方面是外界條件及自然變化的原因，比如地基的地下地質、水文和土壤的物理性質等；另一方面是由于建筑物本身結構造成的。另外，可能由于管理運營方面做得不合理而引起建筑物的變形。針對以上各種變形產生的原因，沉降觀測法可以根據變形產生的原因而做出正確、有效的監測。高層建筑沉降觀測是根據水準基點定期測出變形體上沉降監測點的高程變化值。建筑物的沉降觀測可以采用液體靜力水準和幾何水準測量方法。對于單個構件，可采用機械傾斜儀器或測微水準儀等測量。2)根據建筑物實際情況，依照規范和規程，和15、高層建筑物出現不均勻沉降等情況引發的裂隙、傾斜等編寫觀測方案。由建筑物沉9降和裂縫等特征可見，根據建筑物實地情況布設水準基點，再給建筑物四周布設具有沉降代表意義的觀測點，把變形沉降觀測網與水準基點連成閉合水準路線網。采用精密幾何水準測量觀測變形點的高程，視水準基點為不沉降、不動點，計算觀測點的高程，每一次觀測的高程與上一次觀測的高程之差為本次沉降量，第一次觀測的高程與此次觀測的高程，為同一點該時段的高差累積沉降量。3)用沉降量和累計沉降量與觀測時間的關系繪圖表示，依據沉降關系計算出：沉降速度、傾斜度、建筑物不均勻情況帶來的安全系數和沉降曲線公式等。6 結束語主要介紹了建筑物變形監測方案設計，它是變形監測中非常重要的一項工作，影響到觀測的成本、成果的精度和可靠性。監測方案隨變形體而異，不可能有統一的模式，在方案制定時，要對變形體作詳細調查和了解，根據形變類型、目的、要求以及測區條件進行監測方案設計。本文重點介紹了建筑物沉降觀測和水平位移觀測的理論和方法，包括變形監測精度分析、變形監測網的布設、觀測周期和觀測時間的確定以及測量方法的選擇等。參考文獻：1 黃聲享，尹暉.變形監測數據處理M.武漢:武漢大學出版社，2003.2 高淑照.灰色系統理論及在混凝土橋梁施工撓度變形監測中的應用D.成都：西南交通大學，2002.10