廣州周大福金融中心施工過程中壓縮變形數(shù)據(jù)分析與研究
鄒 俊1，孫 暉2，李 杰2，謝國松3
（1．中國建筑股份有限公司，北京 100037；2．中國建筑第四工程局有限公司，廣東廣州 510000；3．中建三局第一建設工程有限責任公司，湖北武漢430000）
[摘要]主體結構壓縮是超高層施工過程中需要重點監(jiān)測及控制的關鍵要素之一。為實時了解主體結構在不同施工階段的壓縮量，并探索出一種切實可行的超高層壓縮變形測量與控制方法，廣州周大福金融中心項目部對主塔樓施工全過程進行系統(tǒng)的壓縮變形監(jiān)測，深入摸索壓縮變形產(chǎn)生的原因、影響因素、變形速率以及在大樓建設過程中采用的預加壓縮值方法。
[關鍵詞]高層建筑；壓縮變形；均勻補償；數(shù)據(jù)分析
[中圖分類號]TU974 [文章編號]1002-8498(2016)12-0034-04
0 引言
由于超高層建筑高度遠超過普通的高層建筑，質(zhì)量也是普通高層的數(shù)倍，在質(zhì)量和塔樓高度翻倍的情況下，施工過程中原本可以忽略的柱子軸向壓縮和內(nèi)外筒的壓縮差異增大到不可忽略的尺度，故需要進行進一步的分析和計算。
超高層建筑每層豎向構件的受力情況、截面、材料都不盡相同，甚至差異較大，因此會造成核心筒與外框柱軸向壓縮變形具有較大差異。如果在設計和施工階段不考慮這些豎向變形的影響，在建筑建成后，將產(chǎn)生諸多問題，例如：樓板不平、結構的伸臂桁架、平面梁以及一些腰桁架、斜撐產(chǎn)生較大的變形次應力，從而導致整體結構的安全性、穩(wěn)定性下降，影響建筑物的使用功能。較大的豎向變形也會對建筑幕墻、機電管道的定位產(chǎn)生影響、甚至影響電梯等設備的正常使用。而且隨著建筑建成后交付使用的時間變長，由于混凝土收縮、徐變引起的豎向變形還會進一步加劇。
因此，對施工中的超高層建筑進行豎向壓縮變形監(jiān)測與調(diào)控具有重大意義，本文以廣州周大福金融中心（簡稱廣州東塔）為依托，深入研究施工過程中塔樓壓縮變形監(jiān)測及調(diào)控方法。
廣州東塔位于廣州天河區(qū)珠江新城CBD中心地段，結構體量龐大，建筑超高。塔樓總高度530m；地下5層，地上111層；總建筑面積50. 77萬m2。主體結構為由核心筒加外框8根巨柱及6道伸臂桁架層組成的巨型框架一簡體結構。整棟大樓主要使用功能包括商場、寫字樓、公寓式住宅、五星級酒店和餐廳等。
1產(chǎn)生壓縮變形的要因分析
根據(jù)對結構的分析，總結引起壓縮變形的因素主要如下。
1)豎向結構構件的彈性變形 主要為由建筑物自重及其他荷載對豎向構件產(chǎn)生的彈性壓縮變形。無論采用何種結構形式，該類變形都會發(fā)生，且發(fā)生是即時的，相對于其他類型的變形，彈性變形更易量化，相對估算也較為準確。
2)組合結構豎向構件的徐變和收縮變形 徐變變形與建筑物自重及其他荷載以及加載時間有關，收縮變形主要與構件的成型日期相關。此2種變形會隨時間不停變化，結構形成初期變形較大，后期減緩。在估算中，此2種變形不易量化也較難估算的特別準確。
3)溫度引起的熱脹冷縮 該類變形最為復雜，由于溫升溫降的變化，所處時間、空間的不同，都將帶來復雜多變的影響，因而想要量化估算非常困難，需要大量的試驗和經(jīng)驗積累，但考慮到建筑物的熱脹系數(shù)較小，故在本次分析中不做過多考慮。
2壓縮變形補償?shù)乃悸芳胺椒ū冗x
由于超高層建筑豎向構件有較大的軸向壓縮量且豎向構件之間可能存在不可忽視的軸向壓縮差異，如廣州東塔設計單位提供的核心筒壓縮預設值為162mm，外框巨柱預設壓縮值為132mm，兩者之間存在30mm差距，需要在施工過程中，采取“主動補償”的方法，對結構標高進行“抬高”。
2.1 壓縮變形補償依據(jù)
壓縮變形補償量主要為結構設計單位提供的預設壓縮值。根據(jù)本工程結構總說明圖紙和設計單位提供的預設壓縮值，經(jīng)項目測量工程師分析研究，制定壓縮監(jiān)測具體實施方法。廣州東塔設計單位提供的預設壓縮值如表1所示。
2.2壓縮變形補償方法對比
超高層建筑豎向構件軸向壓縮變形的補償方法大致可分為兩種：分段補償和逐層補償。
1)分段補償即把塔樓豎向分為若干段，例如按桁架層或設備層分段，在施工標準層時，對壓縮變形不做補償，而在各分段的桁架層或設備層集中補償各分段中每層所累積的壓縮變形。該方法優(yōu)點是補償次數(shù)少，便于操作，并減少人為錯誤的機會，但主要存在兩個缺點：①每個樓層實際標高與設計標高存在較大差距，導致部分樓層凈高不足，影響樓層使用功能；②出現(xiàn)內(nèi)外筒軸向壓縮變形差較大，導致不能及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整補償。
2)逐層補償 可細分為非均勻補償和均勻補償。由于建筑物從下往上，豎向構件的形狀、材料、剛度和受力情況都不盡相同，因而軸向壓縮變形并不均勻。在廣州東塔項目中，如采用不均勻補償法，按照結構設計單位提供的預設壓縮值，在施工過程中進行標高預抬高，則根據(jù)樓層標高計算出每段樓層在施工過程中每米預加值，在引測標高時預抬高絕對標高，每段樓層每米預加值如表2所示。
通過計算發(fā)現(xiàn)，核心筒和巨柱除L1~L22和L39~L55這兩個樓層段壓縮預加值出現(xiàn)差異，其他區(qū)段壓縮預加值相同。且核心筒壓縮預加值大于外框巨柱，差值最大在L22以下這一段，核心筒與巨柱每米高差為0. 21mm，按標準層4.5m層高計算(4.5 x0.21<1)，差值不到1mm，這樣小的差異不影響結構受力和工程質(zhì)量，故在本工程的施工中以核心筒標高為基準向外框巨柱引測，外框巨柱通過連接焊縫主動抬高，達到內(nèi)外筒標高一致。設計完預加值后通過實際測量檢驗預加值和實際壓縮量之間的關系，按照實際測量數(shù)據(jù)及時調(diào)整預加值。
由于每段樓層每米預加數(shù)值不同，在實際施工中不便于操作，且容易出現(xiàn)錯誤。因此，本工程采用均勻補償法，對豎向構件的標高“逐米預加”。在不考慮沉降的條件下，為使最終結構標高與設計標高一致，采用總預設值162mm計算。而每米預加值為162/518=0.31mm≈0.3mm。
3 施工過程壓縮變形的監(jiān)測
由于理論計算的宏觀性和指導性，常造成理論計算數(shù)值與結構實際變形之間存在誤差，還會因為計算過程中考慮的因素不夠全面導致結果存在漏洞或者錯誤，因此，僅僅依據(jù)理論值直接指導現(xiàn)場結構安裝預調(diào)，其結果不夠可靠，誤差較大。因此需要在施工過程中對已建結構進行實時豎向變形監(jiān)控，監(jiān)測實際變形與理論值之間的偏差，監(jiān)測實際與計算之間的偏差，及時評估壓縮補償措施是否達到預計效果，并根據(jù)測量結果矯正理論計算結果得到更高樓層的預調(diào)值。
3.1 監(jiān)控點布置
根據(jù)圖紙設計要求和樓體結構組成形式，考慮監(jiān)測點的位置能夠真實反映變形量，在本工程中共布設12個監(jiān)測點，分別位于核心筒四個外角和外框8根巨柱上，采用高程標注的方法，在核心筒和巨型鋼混柱澆筑完后；每10層布置1次監(jiān)測點，用墨線標識；初次標示保證12個監(jiān)測點在同一標高。這樣做的好處是：在同一樓層12個監(jiān)測點之間發(fā)生變形差后能快速直觀地反映出來。監(jiān)測點布置示意如圖1所示。由于豎向變形的測量時間久，次數(shù)多，測量點布置完成后應及時測量并記錄原始數(shù)值，對測量點進行標示注明測量用點，并在施工過程中督促施工人員進行保護。
3.2監(jiān)控過程
1)在核心筒首層結構施工完后，通過精密水準儀把標高引至核心筒4個外角；選擇合適的位置，確保在整個工程施工過程中不被破壞，做好標示并加以保護。
2)主體結構每向上施工10層布置1次監(jiān)測點，監(jiān)測點布置好后通過預留的測量放線洞，使用全站儀把標高引測至監(jiān)測點所在樓層，每次標高傳遞都選擇2個或2個以上不同點位進行傳遞，通過校核無誤后再使用水準儀測量出12個監(jiān)測點的高程。
3)以后每加高10層，用同樣方法從首層開始向上引測，每次測量都要把經(jīng)過樓層的12個監(jiān)測點全部測1遍。例如，施工到20層時就要測量10，20層，以此類推直至結構封頂。這樣的測量數(shù)據(jù)相對全面，可以反映每段樓體之間在不同荷載情況下的變形量。
4)用全站儀向上測量高程時，在儀器極限測距范圍內(nèi)（根據(jù)儀器性能，數(shù)百米至1km），應盡量減少轉站，以減少轉站導致的累計誤差。
4監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
為檢驗基于豎向壓縮理論求取的壓縮量的準確性，在工程施工中共進行了11次監(jiān)測。監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)外筒12個監(jiān)測點的平均數(shù)值差異較小，在取值時選擇12個監(jiān)測點的平均數(shù)值。全部監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3（90層以上未預加每米0. 3mm）所示。
表3中數(shù)值為“+”表示高于設計標高，“一”表示低于設計標高。各分段壓縮量=各分段最終與設計標高的差值+各分段壓縮量，以L20~L30分段為例，該分段壓縮量=( 20 - 13)+15.63=22. 63 mm。總壓縮量等于各分段壓縮量之和。對表
3中進行數(shù)據(jù)分析可以得出以下結論。
1)通過11次監(jiān)測，得出壓縮量逐漸增大，而最終的總壓縮量為各分段最終壓縮量之和，即148mm，比設計單位提供的預設壓縮值162mm稍小。
2)數(shù)據(jù)顯示，樓層最大壓縮量出現(xiàn)在L20~L30分段，累計壓縮23. 5mm，設計預加壓縮值為13.5 mm。
3)通過表3中的數(shù)據(jù)計算出每段樓層在整個施工過程中的壓縮量如圖2所示。
施工過程中實測壓縮值與設計壓縮值的對比如表4所示。
由表4可知，廣州東塔設計壓縮值與實測壓縮值較為接近。
4)因為整個監(jiān)測過程時間跨度較長，隨著樓層的不斷升高、荷載加大，建筑豎向結構使用的混凝土、鋼筋等材料會發(fā)生徐變和收縮變形，并隨著時間的推移不斷變化；這時受建筑物自重及其他荷載以及加載時間等多重因素影響，壓縮變形存在于整個施工過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論值一致。經(jīng)過壓縮補償后，最后的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預加值出現(xiàn)少許差異，其最大差值為11mm，出現(xiàn)在70~80層，平均到每層即為1. 1mm的相對誤差，小于規(guī)范對于現(xiàn)澆混凝土結構層高±10mm的要求，不影響整個工程的質(zhì)量和使用功能。此外，經(jīng)補償后的110層標高僅比設計標高低23mm，亦滿足《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2015中，全高允許偏差±30mm的要求。
5結語
本工程的監(jiān)測結果顯示：整個樓體結構壓縮數(shù)值穩(wěn)定，頂層最后的絕對標高與設計標高相比僅有23mm的差值，通過在屋面施工過程中一次補償消除，保證了塔樓標高與設計標高一致，且符合各項建筑工程驗收規(guī)范。所用的“主動補償、逐米預加”的方法很好地解決了530m超高建筑超大體量、巨大荷載所帶來的壓縮變形問題。
此外，在廣州東塔項目中，由于核心筒與外框巨柱的壓縮預設值差異較少，而采用了同樣的補償量，實際上，在其他超高層建筑項目中，若經(jīng)分析計算，顯示豎向構件軸向壓縮變形差異較大．則需根據(jù)各構件的壓縮預設值，分別設定補償值，以避免出現(xiàn)樓板不平等問題。
下一篇:返回列表
