簡述超高層建筑豎向壓縮變形分析和監(jiān)測

　　[關(guān)鍵詞]超高層建筑；自重壓縮變形；徐變；收縮；監(jiān)測

　　[正文]

　　在高層、超高層建筑中，由于結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件承載著更多樓層的荷載，而且在豎向尺寸上相對較長，會產(chǎn)生不可忽略的軸向變形；對于鋼結(jié)構(gòu)中的柱構(gòu)件，會產(chǎn)生較大的彈性變形，而對于鋼筋混凝土柱構(gòu)件，其混凝土產(chǎn)生徐變和壓縮的變形量也是不能忽略的。本文主要對超高層建筑物由于自重所引起的豎向壓縮變形分析及監(jiān)測進行概述。

　　1. 豎向壓縮變形分析

　　1.1超高層建筑豎向變形的影響

　　超高層建筑高度遠超過普通的高層建筑，重量也是普通高層的2～3倍，在重量和塔樓高度翻倍的情況下，施工過程中原本可以忽略的柱子軸向壓縮和內(nèi)外筒的差異壓縮增大到不可忽略的尺度，故需要進行進一步的分析和計算。由于高層、超高層建筑每層柱構(gòu)件所承受的荷載均不相同、在不同層上，一些柱構(gòu)件的截面形式也很不相同，因此在設(shè)計和施工階段如果不考慮這些豎向變形的影響，會使得結(jié)構(gòu)在建成之后，產(chǎn)生諸多問題：如樓板不平、結(jié)構(gòu)的伸臂桁架、平面梁以及一些腰桁架、斜撐產(chǎn)生較大的變形次應(yīng)力，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性下降，也會影響建筑物的使用功能；較大的豎向變形也會對建筑的幕墻、機電管道的定位產(chǎn)生影響。而且隨著建筑建成并交付使用的時間越長，由于混凝土收縮、徐變的原因，這種豎向變形還會進一步加劇。

　　由此可以看出，建筑物豎向變形在施工過程中是不容忽視的，國內(nèi)外的一些知名設(shè)計院，也對此越發(fā)重視，并在施工過程中要達到比較高的監(jiān)測和控制要求。

　　1.2超高層建筑豎向變形的類型及成因

　　 超高層建筑豎向變形主要有以下幾個方面：

　　 a)基礎(chǔ)沉降，由于建筑物自重及其他荷載對地基產(chǎn)生的壓縮導(dǎo)致的豎向變形，由于該變形主要作用在整個建筑中，且主要由于建筑物地基的性質(zhì)所決定，在本文中不作過多分析。

　　 b)豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性變形，由建筑物自重及其他荷載對豎向構(gòu)件產(chǎn)生的彈性壓縮變形。無論采用何種結(jié)構(gòu)形式，該類變形都會發(fā)生，且發(fā)生是即時的，相對于其他類型的變形，彈性變形更易量化，相對估算也會較為準(zhǔn)確。

　　 c)組合結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）豎向構(gòu)件的徐變和收縮變形，徐變變形由建筑物自重及其他荷載以及加載時間有關(guān)系，收縮變形主要與構(gòu)件的成型日期相關(guān)。此兩種變形會隨著時間不停的發(fā)生，結(jié)構(gòu)形成初期變形較大，后期減緩。在估算中，此兩種變形不易量化也較難估算的特別準(zhǔn)確。

　　 d)溫度引起的熱脹冷縮，該類變形最為復(fù)雜，由于溫升溫降的原因，可以導(dǎo)致整體建筑多方面的不均勻變形，當(dāng)其作用在豎向變形時，從時間、空間的不同，所帶來的影響更加復(fù)雜多變，想要量化估算非常困難需要大量的實驗和經(jīng)驗積累，考慮建筑物的熱膨脹系數(shù)較小，此類變形與上述變形比較可忽略，故在分析中不作過多考慮。

　　1.3超高層建筑豎向變形的分析

　　在超高層建筑變形分析中，應(yīng)該抓住重點，對其主要變形著手，在施工過程中進行研究，采取措施減小、補償豎向變形對整體建筑的影響。豎向變形所帶來的危害主要有2方面：豎向變形帶來的高程影響、建筑物外形尺寸的影響；豎向變形差帶來的結(jié)構(gòu)自變形所帶來的內(nèi)應(yīng)力影響。

　　 在施工前，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進行評估和計算分析，對可能發(fā)生較大變形值、變形差值的部位進行模擬施工計算，計算可借鑒相關(guān)計算軟件如：SAP2000、Etabs、Analysis等軟件，也可根據(jù)相關(guān)規(guī)范模擬施工步驟進行手算估算，采用兩者計算互相比較分析。

　　通過計算分析，可根據(jù)不同的變形類型采取措施，對于豎向變形影響建筑高程，在施工過程中采取豎向構(gòu)件補償，對于豎向變形差所帶來的影響，在補償?shù)耐瑫r還要對結(jié)構(gòu)的強聯(lián)系構(gòu)件的鎖定時間進行評估，采取等待結(jié)構(gòu)大部分變形完成后再鎖定的措施。

　　 在施工過程中，還應(yīng)制定較為有效的監(jiān)控措施，及時準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場情況，為后續(xù)的補償措施提供依據(jù)，同時也是檢驗初步估算準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)，測量監(jiān)控措施的作用是非常重要的。

　　2.超高層建筑豎向變形的監(jiān)測

　　由于理論計算與實際結(jié)構(gòu)的變形肯定會存在誤差，還會因為計算過程中考慮的因素不夠全面導(dǎo)致結(jié)果存在漏洞或者錯誤，因此，僅憑理論計算的結(jié)果直接對現(xiàn)場所有的結(jié)構(gòu)安裝進行預(yù)調(diào)指導(dǎo)是不夠可靠的。因此需要在施工的過程中應(yīng)對已經(jīng)建設(shè)的結(jié)構(gòu)進行豎向變形測量。并根據(jù)測量結(jié)果矯正理論計算結(jié)果得到更高樓層的預(yù)調(diào)值。

　　由于豎向變形的測量值相對于建筑物沉降測量、以及其他定位測量較小，因此精度要求較高，為保證測量結(jié)果更加真實的反應(yīng)建筑物實際變形值，在測量方案的確定環(huán)節(jié)中應(yīng)注意以下幾個方面：

　　2.1優(yōu)化布點形式：

　　在變形較大的底層結(jié)構(gòu)中布置較多的觀測點，從而得到更詳細(xì)準(zhǔn)確的測量值；在建筑平面中均勻布置測量點，利用多個同一平面內(nèi)的點互相校核，剔出誤差較大的測量結(jié)果，減小施工過程中對測量點干擾、破壞的影響。

　　2.2測量定位點選擇：

　　對于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)柱，測量點可以采用高層監(jiān)控測量點做法，也可以采用預(yù)埋的形式預(yù)先焊接在柱構(gòu)件的鋼骨上，其中應(yīng)當(dāng)注意的問題主要有以下幾點：預(yù)埋件的形式，可以做成外露形式和可周轉(zhuǎn)形式，需根據(jù)混凝土工程模板工程的施工方案和測量方案要求選擇埋件。預(yù)埋件的保護，由于豎向變形的測量是長時間且多次的，在鋼結(jié)構(gòu)施工完成后應(yīng)盡快焊接預(yù)埋件并進行第一次測量得到初始值，而且在以后的混凝土施工完成時還要進行測量比較，因此預(yù)埋件焊接完成后應(yīng)注意對其進行保護，防止在接下來混凝土工程施工中影響埋件的位置，甚至將其破壞。應(yīng)在埋點位置進行標(biāo)實，注明測量用埋點讓工作人員注意，并派專人負(fù)責(zé)在焊接過程中，以及混凝土模板合模前進行檢查，并在施工過程中督促工人對埋點進行保護。