摘要：目前国内外在超高层结构健康监测领域的研究主要集中在传感器系统布置优化、监测结果分析和安全评估方法上，而对健康监测现场实施过程中存在的不规范、效率低、有效性差等问题研究较少，本文以在建的某超高层为例(WHGC)，指出其施工期监测的重点内容，并就相关监测内容给出现场实施方法，以期为超高层建筑结构施工监测现场实施提供参考。
关键词：超高层建筑；结构施工监测；实施方法
1引言
超高层结构具有规模大、体型复杂、施工周期长的特点，如何保证这类结构在施工过程中受力均匀、应力和变形都控制在弹性范围内、施工结束后实现设计位形以及竣工后工程的安全运行，越来越受到设计和施工人员的重视。在此工程背景下，结构健康监测技术应运而生，并成为土木工程学科发展的一个重要领域。
2超高层建筑结构分析
2.1常见的超高层建筑主体结构工程
2.1.1现浇剪力墙结构。现浇，就是“现”场“浇”筑。凡是在现场绑扎钢筋，浇灌混凝土的结构部件就叫做“现浇”结构。剪力墙是建筑物的重要施工环节，对整个建筑质量有着至关重要的作用影响。通常情况下，现浇剪力墙结构的主体结构是由混凝土建筑结构构成的，搭建剪力墙是在超高层建筑施工作业里极为重要的一项施工作业，要综合考虑剪力墙结构在搭建过程中要实际施工作业情况，尤其是在混凝土浇筑过程中，现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，要保持整体性好。
2.1.2筒体结构。简体结构在某种意义上来讲是依照结构排列的方式而进行的混凝土建筑施工作业。针对超高层建筑结构施工作业，简体结构主要包含两个部分，其一是内部简体，另一种则是外部简体。其中，施工作业人员为了将其影响控制在最低限度里，通常跨度控制在10米内，因为内外部简体结构作业影响着楼板质量。
2.1.3现浇框架结构。现浇框架结构的设计是超高层建筑主体结构设计过程中必不可少的环节，所以在进行现浇框架设计过程时，一定要充分考虑到现实的施工作业的标准，确保现浇框架结构达到施工作业标准时才能开展混凝土模板施工作业。
2.2超高层建筑的结构特性
超高层建筑的建筑体积非常大，同时建筑高度较高，在地基的选择上要着重考量地基的承载力，保证地基能够承受建筑顶部结构的载荷，高层建筑的基础结构以深基础为主。建筑的持力层需要嵌入微风化岩层。超高层建筑在设计的过程中，不仅要满足人们的居住功需求，同时在停车位等辅助性建筑功能的设计方面也有着非常高的要求。从具体的施工工作来看，施工人员在超高层建筑的施工工作中要重点考量建筑的结构抗浮问题，利用深基坑的方式来建造多层的地下室，而在深基坑的施工工作中又会涉及基坑防护和防水等问题，对施工人员的技术性有着较高的要求。此外，超高层建筑的建筑性能相对较为负载，建筑内部的子系统数量较多，在建造过程中需要始终秉承精细化施工的理念，积极应用新型施工技术和施工材料，进而保证施工管理和施工技术的协调性。
3WHGC健康监测现场实施难点
对于结构健康监测的目的在于确保建筑的安全性。既有建筑结构是现代经济社会活动中最集中、最活跃的核心地带，是现代社会人们生活和生产的主要场所，具有空间、人口密度、经济等多重集中的特点，其安全运维事故可能造成严重的人员伤亡和财产损失。随着时间推移，既有建筑结构的损伤累积和抗力衰减带来了诸多安全隐患。其中，无论是结构材料的几何性能退化，还是结构构件的疲劳锈蚀，均不可避免地对结构造成损伤，随着损伤的逐渐累积，必定影响到结构的安全使用。WHGC主塔楼结构健康监测现场实施具有实施难度大、实施周期长、维护工作量大的特点。（1）实施难度大。WHGC实施难度大主要表现在：1）施工现场环境复杂，各专业交叉施工，可供监测单位实施的空间较小；2）监测项目众多，所需要的智能传感器数量大，且传感器在结构平立面较为分散，采集线路跨度大;3）监测项目所采用的智能传感器种类多，相应的采集设备种类也较多，如何将这些不同的采集设备接入到监测系统也是一个大问题。（2）实施周期长。WHGC主塔楼施工周期为8年-9年，而监测项目是随结构施工进度同步进行的。另外WHGC主塔楼结构监测不仅需要监测结构施工期间的状态，对于交付后的使用状态更为重视，因此，WHGC结构监测项目实施周期较长。（3）维护工作量大。WHGC维护工作量主要表现在：1）智能传感器分散布置，采集线路跨度较大，施工期间容易遭到现场施工破坏；2）监测时间长，智能传感器使用过程中质量不达标，需要被替换。
4施工监测现场实施方法
WHGC总建筑面积约7.1万m2，地下5层，地上120层，建筑高度超过600m，为“钢骨巨型柱框架+型钢混凝土核心筒+伸臂桁架”结构体系，该体系由内置异形型钢混凝土巨柱、内置型钢或钢板(钢骨柱)的钢筋混凝土核心筒、连接核心筒与外框的伸臂桁架、约束结构变形的环带桁架以及对应楼层结构钢梁、组合楼板组成，如图1所示。结构施工采用外框架和核心筒同时进行，具体施工工艺流程为：核心筒施工→外框钢结构安装→外框柱混凝土及水平楼板施工→幕墙施工。
4.1应力监测现场实施
1）传感器安装。WHGC振弦传感器安装方式分为表贴式和埋入式，表贴式又分为钢结构表贴式和混凝土表贴式。钢结构表贴式传感器应在结构构件安装焊接稳固后及时安装；混凝土表贴式传感器应在现场拆模清理后及时安装。埋入式传感器应在钢骨架安装焊接稳定后及时安装，以免错过时机无法完成安装。埋入式传感器安装后，后续施工步骤包括绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土，而这些施工工序都易造成传感器损坏，因此在安装后应向现场作业队伍进行监测设备保护意识宣传，另外加大现场巡视频次，确保传感器在混凝土浇筑完成时监测点完好无损。2）数据采集。超高层施工期间现场环境极为复杂，且现场传感器极为分散，要完成自动化采集需要设计大量的连接线路和一定数目的采集系统，这将大大增加监测成本。实际上，WHGC施工速度维持在4d/层-5d/层，且随着施工高度的增加速度会逐渐降低，施工期间荷载随时间变化不大，因此WHGC选择成本较低的人工采集方式。混凝土监测点处采集频率定为4d；钢结构对温度变化较为敏感，因此钢结构监测点采集频率定为4d，采集时选择当天温度较高和较低时分别采集一次。
4.2竖向变形监测现场实施
1）基座安装。监测点使用五角基座，其优点在于:基座与结构外表面平齐，不会影响现场施工。基座是通过在核心筒和外框巨柱混凝土表面钻孔安装。同时为获取好的测量效果，在满足监测目的前提下，基座应安装在可视性较好的位置。（2）数据采集。WHGC竖向变形监测数据通过人工测量方式进行获取。测量应选择光线良好且风速较小的天气进行，另外，测量时应避开现场混凝土浇筑时段，减小施工环境对测量结果的影响。WHGC正常施工速度在4d-5d每层，因此采集频率定为每月一次，如遇到现场开停工或其他突发事件，也应进行采集。整个施工监测过程中，应加强对监测点进行巡视检查，确保监测点处于稳定状态。
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5结束语
结合WHGC主塔楼监测项目，重点介绍了关键构件应力、竖向变形和沉降监测现场实施方法。应力监测现场实施需要把握好传感器安装时间和位置，并通过向现场作业队伍进行监测设备保护意识宣传和现场巡视确保传感器不遭到破坏，另外根据超高层施工进度，建议采数频率为4d。竖向变形监测实施需要将监测点设置在可视性、通透性较好的地方，另外根据超高层施工进度，数据采集频率为1月，采集数据时应避开混凝土浇筑和阴雨天。
参考文献
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[3]王奕首,卿新林.复合材料连接结构健康监测技术研究进展[J].复合材料学报,2016,3301:1-16.
论文作者:卜小钦
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/14
标签：结构论文; 传感器论文; 现场论文; 作业论文; 混凝土论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 《基层建设》2020年第1期论文;