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建筑物变形监测工程实例及数据分析

建筑物变形监测工程实例及数据分析

  式中:H1 表示监测点首次观测高程;Hi 表示该监测点本次(i 次)观测高程。

  当最后 100 天,沉降速率 V0.01~0.04mm/d 时,根据《建筑变形测量规范》规定,可以认为该建筑物的沉降进入了稳定阶段。

  由于监测的特殊性,每次建筑物的变形监测过程中不允许中断,监测仪器要求也越来越高,而且各项监测数据要及时可靠又能实时采集,传统的测量方法、测量设备和数据分析方法已经无法满足当前的建筑物监测需求。监测技术由传统的点、线监测模式逐步向点、线、面结合的空间立体监测模式转变,由人工跟踪监测向全自动监测转变。在数据分析方面,各种模型的引入,弥补了传统的数据分析模型,使建筑物各个应力变化鲜明的表现出来。

  GPS在山体滑坡、水库大坝、采矿区地面塌陷和地壳形变等的监测上,也得到广泛应用。同时,3S 技术的相互集成融合逐步成熟,从技术上为研究和分析形变信息之间的相互作用提供了支撑。因此,基于3S融合的变形监测系统,是变形监测技术的一个重要研究方向。另外,测量机器人正成为高层建筑物自动化变形监测的首选设备。

  8号楼在 2013.12.24 最后观测时,有效观测点 4 个,最大下沉-6.2mm(1# 点),最小下沉-0.4mm(3# 点),4 个点的平均值为S3 平均=-3.55mm;最大下沉量和平均下沉量均小于变形观测的预警值(100mm)。

  8号楼的下沉表现为:总体下沉合理,南北方向倾斜为:0.0006,倾斜值远较小规范要求。最后二期观测的下沉速度都小于0.01mm/d。根据《建筑变形测量规程》 第5.5.5 条规定,可以认为已进入稳定阶段。根据下沉量、下沉速度与倾斜度观测结果和下沉曲线综合分析认为:楼体平稳,建设合理,进入稳定期。

  以监测时间段为 x 轴,以沉降变化量为 y 轴建立直角坐标系,绘制监测点沉降量与时间关系变化曲线d 的沉降速率,判定监测点是否达到稳定状态(如表 1,表 2,图 1)。

  8号楼南侧平均下沉为:S3 南平均=-2.71mm;北侧平均下沉为:S3 北平均=-1.96mm。南北下沉较差:0.75mm。基础在南北方向平均倾斜 0.75mm/ 13.5m=0.0006,小于《建筑地基基 础设计规程》GB50007 -2002,第5.3.4建筑物地基变形允许值0.002 的要求。

  式中:Hi、Hi-1 分别表示 i 次和 i-1 次观测 e 点的下沉值;ΔD 表示两次观测的间隔天数。

  每次观测结束后,依据测量误差理论和统计检验理论对预处理后的原始数据利用电脑 Excel 表格计算处理,计算监测点的沉降量累积和高程计算。各监测点与本点首次观测时的沉降量Δh 之间的关系式为:Δh=H1-Hi。

  变形观测的最终目的是对可靠详尽的变形数据进行分析,判断建筑物的安全性。因此,对于大量的零乱的原始观测数据,必须先进行数据处理。通过平差处理,进一步削除偶然误差,剔除系统误差。对处理后的数据进行分析,判断建筑物是否发生变形,建立起变形与时间、质量、风速、日照等因素之间的关系,以采取适当的措施控制建筑物的变形发展。

  2013.9.8 ~2013.12.24最后两期期观测时,平均下沉速度为:0.0018mm/d;最后两期时间间隔为 107 天,根据《建筑变形测量规程》第 5.5.5 条规定,当最后 100 天,沉降速率 V 0.01~0.04mm/d 时,可以认为已进入稳定阶段。

  本文以数学方法与工程实例相结合的方式,介绍了变形监测技术的发展趋势,通过对 8 号楼进行了 12 次、长达287 天的沉降观测,获得了该建筑物的沉降数据,对数据进行平差处理后进行了数据分析,绘制沉降曲线,总结建筑物的沉降规律。

  8号楼 12 层,高度 35.2 米,钢筋混凝土筏板基础;8号楼共布置了 4 个沉降观测点,1#~4#。

  随着我国经济的飞速发展,土地成为稀缺资源,土地价格迅速上涨,“地王”不断出现。为提高土地利用率,建筑物的高度逐渐上升,地标性高层建筑物如雨后春笋般地出现在我们的视野里。高层建筑物因荷载较大,高度较高,更容易受到外部因素影响,建筑物产生不均匀的沉降的可能性加大。如果建筑物的不均匀沉降超过允许值,就会影响建筑物的使用,是指引发灾害,导致建筑物报废,造成生命安全和财产损失。为了监测建筑物的安全性能,必须对高层建筑进行变形监测,以便及时掌握高层建筑物的形态变化,这对建筑物的安全监控具有重要意义。

  近年来我国现代化进程不断加快,建筑事业飞速发展。高层建筑物越来越多的出现在城市中。为了保证建筑物的正常运行和使用,避免因建筑物损伤造成经济损失以及人员伤亡,需要通过对建筑物进行变形监测而获得变形数据,对数据进行分析从而判断建筑物的安全性。

  监测点的变动分析是基于以稳定的基准点作为起始点而进行的计算。分析处理后可以比较出监测点的沉降趋势,当有监测点变形量出现异常变化时,既要分析观测本身是否错误,也要及时对基准点的稳定性进行监测分析,结合现场巡视,全面的总结沉降原因,确定是否真实变形。必要时根据格拉布斯数值表舍弃一些误差较大的观测值。

  随着对建筑物安全性要求的提高,业主方对变形监测的精度要求也在不断提高,推动着变形监测技术也在不断向前发展。1990年代以前,变形监测以采用常规地面测量方法为主,以倾斜测量、准直测量和应变测量等方法为辅。这些监测方法测量过程简单、能够实现自动化测量,但是无法反映出建筑物整体的变形信息。2000年以来,近景摄影测量,尤其是数字摄影测量技术在变形监测中开始应用,其监测精度可达到mm级,在高层建筑物及滑坡等变形监测中都有成功范例。