重庆来福士广场水晶连廊高空整体提升施工安全自动化监测研究

李改，彭博，周应权

（1重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆400016；2重庆市江南新城开发建设（集团）有限公司 ，重庆401336）

1 工程概况

重庆来福士广场位于两江汇流处的朝天门广场，该项目由8座超高塔楼+商业裙楼+空中水晶连廊组成，是一个集住宅、办公楼、商场、服务公寓、酒店、餐饮会所于一体的超大城市综合体[1]，也是重庆新的地标性建筑之一。

水晶连廊跨越并支撑于 T2、T3S、T4S、T5塔楼的屋面，长300m，宽30m，总面积约为9000m2，钢构件尺寸大，数目繁多，钢结构总吨位属于超大体量[2]。整个水晶连廊共有3个提升段需采用 “液压同步提升技术” 进行整体提升施工[3-4]。其中，整体提升的最大分段重量达1000t，提升高度约为190m。

虽然利用先进的计算软件可对结构进行详尽的计算分析，但由于在钢结构制作、安装阶段受定位偏差累积、焊接残余应力等诸多不确定因素影响，依靠传统的施工质量控制和检测手段难以保障工程质量和结构安全。因此，结构在关键施工（例如整体提升）过程中仍需对结构变形和应力状态进行实时监测，从而掌握建筑在施工和使用过程中实际受力状态和原设计的符合情况，提供结构状态的实时信息，指导后续施工，并对结构的安全性进行实时评估[5]。

2 自动化监测采集系统及组成元件

为了保证项目在施工特别是整体提升期间及时有效地获取监测数据，针对该项目专门准备了一套完整的自动化无线采集系统。该系统分为传感器部分和数据自动化采集部分两大块。

传感器部分主要包括智能弦式应变计和机电百分表，分别用来监测钢结构应力应变和隔震支座转角位移。

智能弦式应变计结构轻巧，具有高敏感特性，其灵敏度达到1με，量程为±2500με，能够很好地反应出钢结构内部应力变化。通过焊接将应变计固定到钢结构桁架杆件的表面，从而获取测点位置处的应力应变量。在测得测点的应变量时，根据胡克定律求出应力值（公式：σ＝Eε）。

机电百分表是在常用的机械百分表中内置一套电测元件，能够将机械位移转换成电量输出，为多点位移测量的数据自动采集提供了条件。在测点支座处外边缘选取3点，并用机电百分表获取竖向位移，通过3点竖向位移的变化量并结合转角公式获取该测点的支座转角位移。机电百分表测量精度为0.01mm，量程为30mm，根据转角位移计算测量原理，支座转动角度的精度可达10-4rad，满足监测技术要求。

数据自动化采集部分包括综合采集模块、无线收发模块和DSC测试系统软件。综合采集模块和无线收发模块内置于集成机箱中，监测数据（应力应变量和支座转角位移）实时汇总至综合采集模块，再通过无线收发模块远程传输到DSC测试系统软件，由软件直接获取当前状态下的监测数据，从而保证了监测数据的时效性。

整个自动化监测系统流程图如图1所示。

3 监测内容和预警值

图1 自动化监测系统流程图

水晶连廊整体提升期间的监测内容主要包括两个部分：连廊主体钢结构应力应变监测、塔楼隔震支座转角监测。连廊主体钢结构应力应变监测数据反映出在提升阶段提升段主体的受力状态，塔楼隔震支座转角数据则反映了提升阶段对支座变形的影响程度。二者相互补充和印证，保证整个提升阶段能够安全有效地进行。

水晶连廊钢桁架监测点主体钢材为Q390GJ和Q345B两种类型，板厚≥40mm，根据水晶连廊结构计算模型，结合相应规范要求，将设计强度的70%设置为应力应变增量监测预警值。水晶连廊支座属于特型支座，支座厂家要求支座设计允许最大转角为±0.01rad，因此将±0.01rad作为支座转角位移预警值。

当实时监测数据超过预警值时，应加密观测或者连续监测2～3d，并暂停整体提升施工，会同施工单位和设计单位查明原因，提出解决方案。

4 测点布置

4.1 应力应变测点布置

水晶连廊主体结构由连接其下各塔楼的三榀主桁架、与主桁架垂直的次桁架、平面内钢支撑及组合型钢混凝土楼板系统组成。根据结构的受力特点和建模计算分析，选取特征点进行监测。

以T2-T3S提升段整体提升施工为例，T2-T3S提升段选取02主桁架跨中上弦杆、直腹杆及下弦杆对应部位各布设一个应力应变监测点，同时在主桁架上部一榀典型围护结构圆管桁架两侧和中间分别布设一个应力应变监测点。相应两侧塔楼选取提升器所在位置的临时胎架和斜拉杆对应位置分别布设一个应力应变监测点。

4.2 支座转角位移测点布置

同样，根据隔震支座的受力情况，对T2塔楼T2-03支座和T2-04支座分别布设支座转角测点，T3S塔楼T3-03支座和T3-04支座分别布设支座转角测点。测点平面布置图如图2所示。

图2 测点平面布置示意图

5 监测数据分析

整个水晶连廊共有3个提升段，并在3个不同时间段内完成提升。整体提升作业采用 “液压同步提升技术” 进行施工，整个过程对相应应力应变测点和支座转角位移测点进行实时监测。下面对T2-T3S提升段整体提升施工过程中的监测数据进行分析。

提升初始阶段进行分级加载（约6到8级），在确保没有任何异常情况下加载至提升段，与拼装胎架脱离。在确保胎架达到一定高度后（一般为0.5m），悬空静止24h并做整体检查，再次确保没有任何异常情况后便可以正常实施提升，直至合拢。图3为主桁架杆件实际提升过程中的应变曲线。

图3 主桁架杆件应变变化示意图

从图3可以看出：02主桁架上弦杆应力增量前期处于增大趋势，在提升合拢后迅速回归至初值状态；斜腹杆应力增量变化不大，提升至合拢后反而有小幅上升；下弦杆与上弦杆变化刚好相反，前期处于减小趋势，合拢后逐步恢复至初值水平，整体变化幅度较上弦杆小。以上3个测点基本反映了在整体提升过程中提升段的应力变化，杆件在允许受力范围以内，没有造成弯扭等不良现象。

从支座转角位移监测数据来看，支座转角几乎维持初值不变。这从侧面反映了整个提升过程中，提升器荷载有效传给了临时胎架和斜拉杆，保证了支座的安全。

6 结论

通过以上分析可得出以下结论：

（1）从监测结果来看，该项目自动化监测系统实用性高，实时性好，能够有效满足大型钢结构整体提升施工期间安全监测的需要，可为工程动态施工保驾护航；

（2）监测数据作为该项目的重要成果，可为后期使用期间结构的安全性评价提供重要依据。