簡(jiǎn)述超高層建筑豎向壓縮變形分析和監(jiān)測(cè)
[關(guān)鍵詞]超高層建筑；自重壓縮變形；徐變；收縮；監(jiān)測(cè)
[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(duì)較長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生不可忽略的軸向變形；對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)中的柱構(gòu)件，會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形，而對(duì)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(duì)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(cè)進(jìn)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(yuǎn)超過(guò)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(guò)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(jìn)行進(jìn)一步的分析和計(jì)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(jì)和施工階段如果不考慮這些豎向變形的影響，會(huì)使得結(jié)構(gòu)在建成之后，產(chǎn)生諸多問(wèn)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(huì)影響建筑物的使用功能；較大的豎向變形也會(huì)對(duì)建筑的幕墻、機(jī)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(shí)間越長(zhǎng)，由于混凝土收縮、徐變的原因，這種豎向變形還會(huì)進(jìn)一步加劇。
由此可以看出，建筑物豎向變形在施工過(guò)程中是不容忽視的，國(guó)內(nèi)外的一些知名設(shè)計(jì)院，也對(duì)此越發(fā)重視，并在施工過(guò)程中要達(dá)到比較高的監(jiān)測(cè)和控制要求。
1.2超高層建筑豎向變形的類(lèi)型及成因
超高層建筑豎向變形主要有以下幾個(gè)方面：
a)基礎(chǔ)沉降，由于建筑物自重及其他荷載對(duì)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(gè)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(guò)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(duì)豎向構(gòu)件產(chǎn)生的彈性壓縮變形。無(wú)論采用何種結(jié)構(gòu)形式，該類(lèi)變形都會(huì)發(fā)生，且發(fā)生是即時(shí)的，相對(duì)于其他類(lèi)型的變形，彈性變形更易量化，相對(duì)估算也會(huì)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(shí)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(huì)隨著時(shí)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(lèi)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(shí)，從時(shí)間、空間的不同，所帶來(lái)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(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)積累，考慮建筑物的熱膨脹系數(shù)較小，此類(lèi)變形與上述變形比較可忽略，故在分析中不作過(guò)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(diǎn)，對(duì)其主要變形著手，在施工過(guò)程中進(jìn)行研究，采取措施減小、補(bǔ)償豎向變形對(duì)整體建筑的影響。豎向變形所帶來(lái)的危害主要有2方面：豎向變形帶來(lái)的高程影響、建筑物外形尺寸的影響；豎向變形差帶來(lái)的結(jié)構(gòu)自變形所帶來(lái)的內(nèi)應(yīng)力影響。
在施工前，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算分析，對(duì)可能發(fā)生較大變形值、變形差值的部位進(jìn)行模擬施工計(jì)算，計(jì)算可借鑒相關(guān)計(jì)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(jìn)行手算估算，采用兩者計(jì)算互相比較分析。
通過(guò)計(jì)算分析，可根據(jù)不同的變形類(lèi)型采取措施，對(duì)于豎向變形影響建筑高程，在施工過(guò)程中采取豎向構(gòu)件補(bǔ)償，對(duì)于豎向變形差所帶來(lái)的影響，在補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)還要對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)聯(lián)系構(gòu)件的鎖定時(shí)間進(jìn)行評(píng)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(guò)程中，還應(yīng)制定較為有效的監(jiān)控措施，及時(shí)準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場(chǎng)情況，為后續(xù)的補(bǔ)償措施提供依據(jù)，同時(shí)也是檢驗(yàn)初步估算準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)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(cè)
由于理論計(jì)算與實(shí)際結(jié)構(gòu)的變形肯定會(huì)存在誤差，還會(huì)因?yàn)橛?jì)算過(guò)程中考慮的因素不夠全面導(dǎo)致結(jié)果存在漏洞或者錯(cuò)誤，因此，僅憑理論計(jì)算的結(jié)果直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)行預(yù)調(diào)指導(dǎo)是不夠可靠的。因此需要在施工的過(guò)程中應(yīng)對(duì)已經(jīng)建設(shè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向變形測(cè)量。并根據(jù)測(cè)量結(jié)果矯正理論計(jì)算結(jié)果得到更高樓層的預(yù)調(diào)值。
由于豎向變形的測(cè)量值相對(duì)于建筑物沉降測(cè)量、以及其他定位測(cè)量較小，因此精度要求較高，為保證測(cè)量結(jié)果更加真實(shí)的反應(yīng)建筑物實(shí)際變形值，在測(cè)量方案的確定環(huán)節(jié)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
2.1優(yōu)化布點(diǎn)形式：
在變形較大的底層結(jié)構(gòu)中布置較多的觀測(cè)點(diǎn)，從而得到更詳細(xì)準(zhǔn)確的測(cè)量值；在建筑平面中均勻布置測(cè)量點(diǎn)，利用多個(gè)同一平面內(nèi)的點(diǎn)互相校核，剔出誤差較大的測(cè)量結(jié)果，減小施工過(guò)程中對(duì)測(cè)量點(diǎn)干擾、破壞的影響。
2.2測(cè)量定位點(diǎn)選擇：
對(duì)于鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)柱，測(cè)量點(diǎn)可以采用高層監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)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(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：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(cè)量方案要求選擇埋件。預(yù)埋件的保護(hù)，由于豎向變形的測(cè)量是長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行第一次測(cè)量得到初始值，而且在以后的混凝土施工完成時(shí)還要進(jìn)行測(cè)量比較，因此預(yù)埋件焊接完成后應(yīng)注意對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，防止在接下來(lái)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(diǎn)位置進(jìn)行標(biāo)實(shí)，注明測(cè)量用埋點(diǎn)讓工作人員注意，并派專(zhuān)人負(fù)責(zé)在焊接過(guò)程中，以及混凝土模板合模前進(jìn)行檢查，并在施工過(guò)程中督促工人對(duì)埋點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。
