珠海仁恒滨海中心悬挂结构监测

柯 峰 石开荣 吕俊锋

（1、广东杭萧钢结构有限公司 珠海519055；2、华南理工大学土木与交通学院 广州510641）

1 工程概况

珠海仁恒滨海中心A标段的上部塔楼为地上46层，建筑高度215m，结构体系为带加强层桁架的框架－核心筒结构，核心筒采用混凝土结构，而外框架主体部分采用钢管混凝土柱和混凝土梁。结构自6层起在其东西两侧设有悬挂结构，西侧悬挑长度为6m，东侧悬挂结构自下而上逐层内收，最大悬挑长度达15m，整个悬挂结构通过斜吊柱连接至主体框架，并在结构的 6～7 层、24～26 层和33～35层设置了加强层钢桁架，如图1所示。

图1 悬挂结构剖面图

悬挂结构施工采用顺向施工，即由下向上逐层施工［1］，为保证施工安全，需预先在6～7加强层桁架下部设置临时支撑，在结构安装至35层形成完整受力体系后再进行拆除。同时，考虑到卸载阶段悬挂结构在卸载阶段受力问题而不使楼板开裂，部分楼层混凝土需要提前浇筑，其他楼层混凝土在卸载后浇筑。

2 施工监测布置

本工程东侧悬挂结构的施工事关全局，尤为关键，同时整个结构的受力体系复杂，包括了大悬挑（最大悬挑长度达15m）、吊挂体系、带加强层桁架的框架－核心筒等，使得施工难度大，工序多，工期紧，各部分的施工顺序及相互关系较为复杂，因此，施工过程中对该结构进行监测非常必要，它是保证施工质量和安全的重要手段，同时也可为结构设计提供可靠的验证依据。

图2 临时支撑布置

2.1 应力应变监测

本工程通过对钢结构构件的应变监测得到其应力，采用振弦式应变传感器进行钢结构关键部位的应变监测，此传感器配带温度测量元件，可对应力测试结果进行修正。本工程应力监测的测点布置遵循以下总体原则：①重点监测主要传力构件的重要部位；②有代表性的测点；③便于传感器的安装；④测点布置便于数据采集和传输等。

由此确定了应力应变测点的位置：悬挑桁架的主要弦杆及腹杆及斜吊柱的应力应变测点，每个监测点截面对称布置2个传感器。图3给出了主要桁架层的应力应变测点位置。

图3 加强层桁架应变测点布置图

2.2 竖向变形监测

本工程主要采用全站仪及配套反射片来进行变形监测。本工程变形监测点选取原则为：①受力影响最大部位如本工程的悬挑跨度最大端部；②反映结构整体变形及相对变形；③考察特殊结构层的变形，如本工程的 6～7、24～26及 33～35 加强层桁架；④测点布置便于安装和观测等。

据此确定了变形监测点的位置：悬挑桁架端部竖向变形测点（图4a、c、d）和部分标准层端部竖向变形测点（图4b）。

图4 桁架和框架梁端部竖向变形测点布置图

3 施工监测结果及分析

3.1 施工阶段

根据现场施工进度，进行了分阶段有重点的监测作业，监测工作主要包括以下施工阶段：①塔楼施工至19层；东侧悬挂结构临时支撑支设完毕，6～7层桁架安装完毕，8层吊柱安装完毕；②塔楼施工至21层；东侧悬挂结构安装至9层，10层吊柱安装完毕；③塔楼施工至22层；东侧悬挂结构11层A轴钢梁以及C、D轴之间的钢梁安装完毕；④塔楼施工至25层；东侧悬挂结构19层安装完毕，20层B、C轴之间的钢梁安装完毕；⑤塔楼施工至33层；东侧悬挂结构27层安装完毕，28层吊柱安装完毕；⑥塔楼施工至36层；东侧悬挂结构33～35层桁架安装完毕，其中悬挑部分25层、27～35层混凝土浇筑完毕；⑦临时支撑卸载前，塔楼主体结构施工至41层；⑧临时支撑卸载后；⑨东侧悬挂结构混凝土浇筑完毕；⑩主体结构封顶。

3.2 监测数据分析

⑴ 杆件应力

施工阶段监测数据表明，结构所选应力测点中，最大拉应力为+68.36Nmm2，位于 6～7加强层桁架 C 轴上弦杆，发生在主体结构封顶阶段；最大压应力为－44.89Nmm2，位于6～7层桁架C轴腹杆，同样发生在主体结构封顶阶段。

图5给出了施工阶段部分具有代表性的应力应变测点的监测数据图，其中图5a～c分别对应6～7加强层桁架C轴上弦杆、腹杆及下弦杆应力测点，根据监测数据及图可知：

① 所选应力测点的最大拉压应力都出现在6～7加强层桁架杆件处，而且均发生在主体结构封顶阶段。这是由于6～7加强层桁架位于整个悬挂结构的底部，随着上部结构的不断增加，结构自重及施工荷载等荷载一部分通过与核心筒连接处传给塔楼，另一部分则通过钢结构不断往下传递至6～7层桁架，使得此处构件所受的力会大于其他杆件测点，导致其应力也较大。

图5 施工阶段部分应力测点的监测值

② 图5中的上弦杆受拉，腹杆及下弦杆受压，它们的变化趋势相同：在悬挂结构施工阶段，由于有下部临时支撑作用，其值变化均较为平缓；在临时支撑卸载阶段，由于下部支撑撤去，使原来作用于临时支撑的荷载突然转移到各层钢结构，其中加强层桁架受到的影响更为明显，因此应力值变化在这一阶段较大；而在悬挂结构楼板混凝土浇筑阶段，由于混凝土的自重相比于钢结构安装阶段时的荷载要大得多，因此应力值在这一阶段也相应地有较大的变化。

⑵ 结构竖向变形

施工阶段监测数据表明，结构所选竖向变形测点中，最大累计变形量位于6～7层桁架C轴悬挑端测点处，为39mm，发生在主体结构封顶阶段。

图6给出了施工阶段部分具有代表性的竖向变形测点的监测数据图。图6a、c、d分别对应6～7层、24～26层及33～35加强层桁架端部竖向变形测点，图6b则为14层钢结构框架梁端部竖向变形测点。

图6 施工阶段部分竖向变形测点的监测值

根据监测数据及图可知：

① 所有测点的竖向变形均随施工阶段的进行而逐渐增大，这是由于结构往上施工，荷载累积的结果。

② 与其他测点相比，6～7加强层桁架端部竖向变形测点的值较大，这与应力结果相同，但值得注意的是，每一施工阶段并不一定都是6～7加强层的变化值最大，因为上层测点的变化是在下层测点变化的基础上进行的，即下层测点的变形是在上层测点变形后会有更进一步的变形。

4 结论

4.1 本工程结构受力体系较为新颖，施工顺序多而且复杂，施工难度高，对于此类大型复杂结构，有必要进行施工监测。

4.2 悬挂结构在整个施工过程中，钢结构构件的最大应力比不超过0.4，结构最大竖向变形为39mm，结构在施工过程中安全。

4.3 通过施工过程监测，可有效判断结构的质量与安全，并为以后相关工程设计和施工提供重要参考。

［1］武雷，郭正兴，陶礼芸.悬挂结构变形控制顺向施工新工艺［J］.施工技术，2004（2）

［2］刘坚，陈凡，孙学水，等.珠海仁恒滨海中心超高层悬挂结构施工模拟分析［J］.施工技术，2016（2）

［3］韩杰，黄浩，赵超.某超高层建筑悬挂结构施工模拟分析及现场监测［J］.施工技术，2013（8）

［4］李惠，周峰，朱焰煌，等.国家游泳中心钢结构施工卸载过程及运营期间应变健康监测及计算模拟分析［J］.土木工程学报，2012（3）