高層建筑物變形監測的初探

郭琳燕

摘要：隨著高層建筑物的不斷興建，高層建筑物在其建造和運營管理階段的安全問題越來越被人們所關注。建筑物變形觀測為解決其安全問題提供了非常有價值的變形數據信息，同時也為建筑物設計檢驗及正常維護提供了依據。因此，高層建筑物變形觀測內容、方法、變形分析及變形預測的研究就顯得非常必要。具體內容包括：建筑物產生變形的原因、特點、監測的周期及布置、變形監測的技術方法。

關鍵詞：高層建筑物；變形觀測；監測技術；技術方法

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

引言

隨著各種大型建筑的大量涌現以及滑坡等地質災害的頻繁發生，變形監測研究的重要性尤為突出。在工程建筑的施工和管理階段，都要對其進行變形觀測。通過觀測所取得的數據，采用一定的變形監測數據處理方法，分析工程建筑變形情況，掌握其變形規律，在此基礎上，為后續施工和安全防護措施做好準備。隨著計算機技術、無線電通訊技術、空間技術及地球科學的迅速發展，促進了變形監測技術手段的更新換代，現代變形監測技術的應用將更加廣泛。

1 建筑沉降原因

建筑沉降是指地基變形使得建筑離開初始位置時沿重力方向移動的現象。引起建筑沉降的因素很多，有自然因素也有建筑開發建設過程中出現的各種人為因素。綜合而言，建筑沉降主要原因有[1]：

(1)自然條件及變化。

(2)建筑物自身的荷載大小、結構類型、高度及外部動荷載影響。

(3)建筑物施工或使用期間一些不合理工作，或由于周圍環境影響。

2建筑物監測的特點

高層建筑物變形監測，就是利用測量儀器及其它專用儀器和方法對變形體的變形現象

進行監視、觀測的工作。為了能及時監測高層建筑物的變形狀況，必須對建筑物進行實時監測。建筑物前期施工現場堆放物較多, 施工現場凌亂, 基礎辨析觀測點容易被壓蓋或碰撞?，F場施工人員龐雜, 各工序人員不同, 交接協調工作如不及時, 觀測點就有被人為覆蓋或損毀的可能。如不及時進行觀測, 就會失去某一時段的觀測數據, 且無法恢復或重測。每次觀測完畢, 應及時處理數據, 以便及時發現問題解決問題。因此, 簡而言之，高層建筑變形觀測自身具有以下特點：

(1) 監測環境復雜性, 障礙物多, 通視條件差；

(2) 觀測點點位易受破壞, 影響沉降觀測的連續性；

(3) 監測工期較長, 人力物力消耗大；

(4) 原始數據量大, 數據處理繁瑣；

(5) 監測的實時性和不可逆性。

3 沉降觀測點的布置

對深基坑的支護結構,其變形監測點應埋設在支護結構的鎖口梁上,一般間距10~15 m埋設一點,在結構的陽角處和施工現場周邊的已有建筑物離基坑很近的地方應加密設置監測點。為了能夠反映出建(構)筑物的準確沉降情況,其主體結構的沉降監測點應埋設在最能反映沉降特征且便于觀測的位置。

一般要求建筑物上設置的沉降觀測點縱、橫向要對稱,且相鄰點之間間距以15~30 m為宜,均勻地分布在建筑物的四周且應埋設在基礎底板上。通常情況下,應在建筑物設計圖紙上標注出專門的沉降觀測點的位置,并繪制出變形監測點位布置圖。另外,埋設的沉降觀測點要符合各施工階段的觀測要求,特別是當要在墻、柱飾面上埋設觀測點時,應考慮到在進行墻、柱飾面的裝修裝飾施工階段,可能會破壞或掩蓋住觀測點,而導至不能對這些點進行連續觀測的情況,而進行更為合理的埋設。

4 變形監測觀測周期的確定

建(構)筑物的沉降監測工作對觀測時間有嚴格的限制條件,特別是監測工作的首次觀測必須按規定時間進行,否則沉降監測便得不到合理的原始數據,因而使整個監測程序得不到完

整的觀測數據資料。其他各階段的復測,根據工程進展情況必須定時進行,不得漏測或補測。只有這樣,才能得到準確的沉降情況或規律。一般深基坑的支護結構每隔1~2 d觀測1次,在澆筑地下室底板后,可每隔3~4 d觀測1次,直至支護結構變形穩定為止;而對高層建筑的主體結構,在施工期間,建筑結構每增加1~2層應觀測1次;竣工后的觀測周期,可根據建筑物的穩定情況確定。

5. 工程建筑變形監測技術

5.1 變形監測傳統方法

1 特殊變形測量技術。包括應變、準直和傾斜測量。特殊變形測量技術具有測量過程簡單、容易自動化、監測內部變形等優點。

2 常規大地測量技術[2]。該方法采用經緯儀、水準儀、測距儀、全站儀等等常規測量儀器測定點的變形值。

3.2 變形監測的現代技術

①攝影測量法：

包括地面單張相片攝影測量、地面立體攝影測量、航空攝影測量等。單相片攝影測量只能測定平行于攝影機承片框平面上的變形。地面立體攝影測量則可測定物體空間位置的移動和變形，這兩種方法最適于近距離單體建筑物的變形測量。由于計算機的廣泛應用，促使非地形解析攝影測量方法有了很大發展，因此在近景攝影變形測量中不但可用帶有框標語定向設備的測量攝影機，而且可廣泛使用非量測用普通攝影機，這就為攝影測量方法在變形測量中的應用開辟了更廣闊的前景，如數字化攝影測量和實時攝影測量系統的應用。航空攝影測量一般只適用于大面積的地表變形測量。

②測量機器人系統[3 4]：

它是集自動目標識別、自動照準、自動測角、自動測距、自動記錄于一體，局部無人值守，全天候、全方位的測量系統。實際工程試驗表明，測量機器人監測精度可達亞mm級，在 1s 內即可完成一目標點的觀測，一個周期的測量只需10min左右的時間。

③GPS技術：

GPS[5]具有定位速度快、實時、高精度、全天候、自動化、測站間無需通視、三維信息、測量范圍大等特點，已成為現代測量的主要技術手段。在變形監測方面，GPS可以提供點位基于全球坐標系統的變化，不受局部變形影響，可監測全球或區域范圍內的地球板塊運動，為地震監測提供必要數據。

GPS技術的不足之處有：由于衛星信號被遮擋及多路徑效應的影響，其監測精度和可靠性不高或無法進行監測。用于動態變形監測時精度只能達到厘米級。對微量形變，GPS測量誤差成為強噪聲，需從受強噪聲干擾的觀測數據中提取微弱的變形信息。設備成本較高。

建筑物變形監測的具體實施方法應根據工程建筑的特點、用途、情況、目的、要求、環境以及所擁有的儀器設備條件等因素來綜合考慮選定合適的監測方法。

4. 結論

高層建筑物的沉降監測在我國還是一門年輕的學科,近幾年來得到了越來越多的重視,2008版《建筑變形測量規范》規定在高層建筑物中必須進行沉降監測,及時將沉降信息反饋給施工和管理部門,避免因不均勻沉降造成建筑物主體結構的破壞或產生影響結構使用功能的裂縫而造成巨大的經濟損失。

目前，變形監測向多門學科交叉聯合的邊緣學科方向發展[6]，成為各學科的研究人員合作研究的領域。利用多學科、多方法的有機結合，進行綜合的分析和預測，是今后解決復雜的變形監測預報問題的研究方向。

參考文獻：

[1] 樊日廣.建筑物變形觀測的過程控制與安全措施[J].科技情報開發與經濟，2005，15(6)：286-287.

[2] 陳正陽,曹傳芬,鄭軍.工程建筑物變形觀測精度和觀測方法 [J] .中外建筑,2003 （6）：93~96.

[3] 呂忠剛.建筑物沉降變形測量的研究[J].長春工程學院學報, 2004, (1): 12-14.

[4] 申俊紅,郭曉輝.高層建筑物沉降變形監測實踐[ J].中州大學學報, 2006, 23(3): 116-117.

[5] 張金輝.建筑物的垂直變形監測[J].山西建筑, 2004,30(3): 125-126.

[6] 王曉華,胡友健,柏柳.變形監測研究現狀綜述 [J] .測繪科學, 2006， 31 （2）：130~132.