高层建筑物变形监测的初探

郭琳燕

摘要：随着高层建筑物的不断兴建，高层建筑物在其建造和运营管理阶段的安全问题越来越被人们所关注。建筑物变形观测为解决其安全问题提供了非常有价值的变形数据信息，同时也为建筑物设计检验及正常维护提供了依据。因此，高层建筑物变形观测内容、方法、变形分析及变形预测的研究就显得非常必要。具体内容包括：建筑物产生变形的原因、特点、监测的周期及布置、变形监测的技术方法。

关键词：高层建筑物；变形观测；监测技术；技术方法

中图分类号：TU97 文献标识码：A

引言

随着各种大型建筑的大量涌现以及滑坡等地质灾害的频繁发生，变形监测研究的重要性尤为突出。在工程建筑的施工和管理阶段，都要对其进行变形观测。通过观测所取得的数据，采用一定的变形监测数据处理方法，分析工程建筑变形情况，掌握其变形规律，在此基础上，为后续施工和安全防护措施做好准备。随着计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅速发展，促进了变形监测技术手段的更新换代，现代变形监测技术的应用将更加广泛。

1 建筑沉降原因

建筑沉降是指地基变形使得建筑离开初始位置时沿重力方向移动的现象。引起建筑沉降的因素很多，有自然因素也有建筑开发建设过程中出现的各种人为因素。综合而言，建筑沉降主要原因有[1]：

(1)自然条件及变化。

(2)建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及外部动荷载影响。

(3)建筑物施工或使用期间一些不合理工作，或由于周围环境影响。

2建筑物监测的特点

高层建筑物变形监测，就是利用测量仪器及其它专用仪器和方法对变形体的变形现象

进行监视、观测的工作。为了能及时监测高层建筑物的变形状况，必须对建筑物进行实时监测。建筑物前期施工现场堆放物较多, 施工现场凌乱, 基础辨析观测点容易被压盖或碰撞。现场施工人员庞杂, 各工序人员不同, 交接协调工作如不及时, 观测点就有被人为覆盖或损毁的可能。如不及时进行观测, 就会失去某一时段的观测数据, 且无法恢复或重测。每次观测完毕, 应及时处理数据, 以便及时发现问题解决问题。因此, 简而言之，高层建筑变形观测自身具有以下特点：

(1) 监测环境复杂性, 障碍物多, 通视条件差；

(2) 观测点点位易受破坏, 影响沉降观测的连续性；

(3) 监测工期较长, 人力物力消耗大；

(4) 原始数据量大, 数据处理繁琐；

(5) 监测的实时性和不可逆性。

3 沉降观测点的布置

对深基坑的支护结构,其变形监测点应埋设在支护结构的锁口梁上,一般间距10~15 m埋设一点,在结构的阳角处和施工现场周边的已有建筑物离基坑很近的地方应加密设置监测点。为了能够反映出建(构)筑物的准确沉降情况,其主体结构的沉降监测点应埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。

一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵、横向要对称,且相邻点之间间距以15~30 m为宜,均匀地分布在建筑物的四周且应埋设在基础底板上。通常情况下,应在建筑物设计图纸上标注出专门的沉降观测点的位置,并绘制出变形监测点位布置图。另外,埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求,特别是当要在墙、柱饰面上埋设观测点时,应考虑到在进行墙、柱饰面的装修装饰施工阶段,可能会破坏或掩盖住观测点,而导至不能对这些点进行连续观测的情况,而进行更为合理的埋设。

4 变形监测观测周期的确定

建(构)筑物的沉降监测工作对观测时间有严格的限制条件,特别是监测工作的首次观测必须按规定时间进行,否则沉降监测便得不到合理的原始数据,因而使整个监测程序得不到完

整的观测数据资料。其他各阶段的复测,根据工程进展情况必须定时进行,不得漏测或补测。只有这样,才能得到准确的沉降情况或规律。一般深基坑的支护结构每隔1~2 d观测1次,在浇筑地下室底板后,可每隔3~4 d观测1次,直至支护结构变形稳定为止;而对高层建筑的主体结构,在施工期间,建筑结构每增加1~2层应观测1次;竣工后的观测周期,可根据建筑物的稳定情况确定。

5. 工程建筑变形监测技术

5.1 变形监测传统方法

1 特殊变形测量技术。包括应变、准直和倾斜测量。特殊变形测量技术具有测量过程简单、容易自动化、监测内部变形等优点。

2 常规大地测量技术[2]。该方法采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等等常规测量仪器测定点的变形值。

3.2 变形监测的现代技术

①摄影测量法：

包括地面单张相片摄影测量、地面立体摄影测量、航空摄影测量等。单相片摄影测量只能测定平行于摄影机承片框平面上的变形。地面立体摄影测量则可测定物体空间位置的移动和变形，这两种方法最适于近距离单体建筑物的变形测量。由于计算机的广泛应用，促使非地形解析摄影测量方法有了很大发展，因此在近景摄影变形测量中不但可用带有框标语定向设备的测量摄影机，而且可广泛使用非量测用普通摄影机，这就为摄影测量方法在变形测量中的应用开辟了更广阔的前景，如数字化摄影测量和实时摄影测量系统的应用。航空摄影测量一般只适用于大面积的地表变形测量。

②测量机器人系统[3 4]：

它是集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、自动记录于一体，局部无人值守，全天候、全方位的测量系统。实际工程试验表明，测量机器人监测精度可达亚mm级，在 1s 内即可完成一目标点的观测，一个周期的测量只需10min左右的时间。

③GPS技术：

GPS[5]具有定位速度快、实时、高精度、全天候、自动化、测站间无需通视、三维信息、测量范围大等特点，已成为现代测量的主要技术手段。在变形监测方面，GPS可以提供点位基于全球坐标系统的变化，不受局部变形影响，可监测全球或区域范围内的地球板块运动，为地震监测提供必要数据。

GPS技术的不足之处有：由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响，其监测精度和可靠性不高或无法进行监测。用于动态变形监测时精度只能达到厘米级。对微量形变，GPS测量误差成为强噪声，需从受强噪声干扰的观测数据中提取微弱的变形信息。设备成本较高。

建筑物变形监测的具体实施方法应根据工程建筑的特点、用途、情况、目的、要求、环境以及所拥有的仪器设备条件等因素来综合考虑选定合适的监测方法。

4. 结论

高层建筑物的沉降监测在我国还是一门年轻的学科,近几年来得到了越来越多的重视,2008版《建筑变形测量规范》规定在高层建筑物中必须进行沉降监测,及时将沉降信息反馈给施工和管理部门,避免因不均匀沉降造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝而造成巨大的经济损失。

目前，变形监测向多门学科交叉联合的边缘学科方向发展[6]，成为各学科的研究人员合作研究的领域。利用多学科、多方法的有机结合，进行综合的分析和预测，是今后解决复杂的变形监测预报问题的研究方向。

参考文献：

[1] 樊日广.建筑物变形观测的过程控制与安全措施[J].科技情报开发与经济，2005，15(6)：286-287.

[2] 陈正阳,曹传芬,郑军.工程建筑物变形观测精度和观测方法 [J] .中外建筑,2003 （6）：93~96.

[3] 吕忠刚.建筑物沉降变形测量的研究[J].长春工程学院学报, 2004, (1): 12-14.

[4] 申俊红,郭晓辉.高层建筑物沉降变形监测实践[ J].中州大学学报, 2006, 23(3): 116-117.

[5] 张金辉.建筑物的垂直变形监测[J].山西建筑, 2004,30(3): 125-126.

[6] 王晓华,胡友健,柏柳.变形监测研究现状综述 [J] .测绘科学, 2006， 31 （2）：130~132.