学习单元二　高层建筑施工变形观测

知识目标

1.了解变形产生的原因以及进行变形观测的目的。

2.熟悉高层建筑施工的过程并进行沉降、位移、倾斜等的变形观测。

3.掌握变形规定的限度能够确保高层建筑施工的工程质量。

技能目标

1.能够掌握变形观测的基本内容与方法。

2.可以熟练的进行沉降、位移、倾斜、裂缝等的变形观测。

基础知识

一、变形观测概述

高层建筑施工从施工准备到竣工后的一段时间，应进行沉降、位移和倾斜等变形观测，包括两部分：①高层建筑施工对邻近建筑物和护坡桩的影响、日照对在建建筑物的影响；②在建建筑物各部位的变形。前一部分观测由施工单位担任，后一部分观测一般多由勘测专业部门担任。

变形观测主要包括沉降观测、位移观测、倾斜观测等。

二、建筑物位移观测和竖向倾斜观测

1.建筑物位移观测

当建筑物在平面位置上发生位移时，应根据位移的可能情况，在其纵向和横向上分别设置观测点和控制线，用经纬仪视准线法或小角度法进行观测。和沉降观测一样，水平位移观测也分为四个等级。各等级的变形点的点位中误差分别为：一等为±1.5mm；二等为±3.0mm；三等为±6.0mm；四等为±12.0mm。

2.建（构）筑物竖向倾斜观测

竖向倾斜观测一般要在进行倾斜观测的建（构）筑物上设置上、下两点或上、中、下多点观测标志，各标志应在同一竖直面内。用经纬仪正倒镜法，由上向下投测各观测点的位置，然后根据高差计算倾斜量；或以某一固定方向为后视，用测回法观测各点的水平角及高差，再进行倾斜量计算。

三、沉降观测

1.施工塔吊基座的沉降观测

高层建筑施工使用的塔吊基座随着施工的进展，塔身逐步增高，尤其在雨季时，可能会因塔基下沉、倾斜而发生事故。因此，要根据情况及时对塔基四角进行沉降观测，检查塔基下沉和倾斜状况，以确保塔吊运转安全、工作正常。

2.施工对邻近建（构）筑物影响的观测

施工对邻近建（构）筑物影响的观测包含裂缝和位移等变形观测。为此，在打桩前，除在打桩、井点降水影响范围以外设基准点，施工方还要根据设计要求，对距基坑一定范围的建（构）筑物上设置沉降观测点，并精确地测出其原始标高。以后根据施工进展，及时进行复测，以便针对变形情况，采取安全防护措施。

3.地基回弹观测

一般基坑越深，挖土后基坑底面的原土向上回弹量越大，建筑物施工后其下沉也越大。为了测定地基的回弹值，基坑开挖前，施工方需要在拟建高层建筑的纵、横主轴线上，用钻机打直径100mm的钻孔至基础底面以下300~500mm处，在钻孔套管内压设特制的测量标志，并用特制的吊杆或吊锤等测定标志顶面的原始标高。当套管提出后，测量标志即留在原处在套管提出后所形成的钻孔内装满熟石灰粉，以表示点位。待基坑挖至底面时，按石灰粉的位置轻轻找出测量标志，测出其标高，然后在浇筑混凝土基础前再测一次标高，从而得到各点的地基回弹值。地基回弹值是研究地基土体结构和高层建筑物地基下沉的重要资料。

小提示

变形观测的特点

①精度要求高。为了能准确地反映出建（构）物的变形情况，一般规定测量的误差应小于变形量的1/20。为此，变形观测中应使用精密测量仪器和精密的测量方法。

②观测时间性强。各项变形观测的首期观测时间必须按要求进行，否则得不到初始数据，从而使整个观测失去意义，其他各阶段的复测，也必须根据工程进展定时进行，不得漏测，这样才能得到准确的变形量及变化情况。

③提交观测成果要及时。对于施工期间的变形观测，一定要及时提交观测成果，以便进行信息化施工。另外，观测成果要可靠、资料要完整，这是进行变形分析的需要，否则得不到符合实际的结果。

4.建筑物竣工前的沉降观测

建筑物竣工前的沉降观测是高层建筑沉降观测的主要内容。当浇筑基础底板时，按设计指定的位置埋设好临时观测点。一般筏形基础或箱形基础的高层建筑，应沿纵、横轴线和基础周边设置观测点，观测的次数与时间应按设计要求确定。一般第一次观测应在观测点安设稳固后及时进行。以后结构每升高一层，将临时观测点移上一层并进行观测，直到±0.000时，再按规定埋设永久性观测点。然后每施工一层，复测一次，直至竣工。

沉降观测的等级、精度要求、适用范围及观测方法，应根据工程需要，符合表1-1所示相应等级的规定。

表1-1　沉降观测的等级划分及精度要求和观测方法

注：n为测站数。

5.建筑物全部竣工后的沉降观测

在高层建筑的施工过程中，由于速度较快，土层不可能立即承受到全部的荷载，随着时间的进展，沉降量也随之增加。因此，高层建筑竣工后亦需进行变形观测。

从以往积累的资料来分析，竣工后第一年应每月观测一次，第二年每两个月一次，第三年每半年一次，第四年开始每年观测一次，直至稳定为止。在软土层地基建造高层，虽采取了打桩、深基础等措施，沉降仍是不可避免的。为此，可以进行长期观测，以确保建筑物的安全。如有不均匀沉降，应及时采取措施。

高层建筑中的沉降观测以二等水准精度要求。位移观测准确至毫米，读数至0.5mm。用角度观测时必须用2″级以上精度的经纬仪进行观测，以能算至0.5mm为宜。

小技巧

沉降观测的观测方法

要保证沉降观测的精度，在实际观测中除应满足国家相关测量规范的要求外还应做到：

①沉降观测应根据工程性质、载荷增加大小，地质情况而定，一般在埋设的观测点坚固后就进行第一次观测。

②观测前要对水准仪及水准尺进行检验，应满足精度要求才进行观测。

③沉降观测的水准路线（从一个水准基点到另一个水准基点）应为闭合水准路线。

学习案例

某工程主体为一栋公寓楼。主楼高103.4m左右，地下一层，地上30层。采用桩基础，框架结构。本工程主要监测任务是监测建筑物在施工期间及使用初期的基础沉降变化情况，给甲方、监理、设计及施工单位及时提供准确可靠的测量数据，确保施工顺利进行。监测操作依据国家有关标准和该工程所在地相关依据和标准。

想一想：

1.请回答在进行该工程检测操作时，高层监测网、工作基点、沉降观测点应该如何布设与施测？

2.简述观测方案。

案例分析：

1.本案例包含下列三部分

（1）高程监测网的布设与施测。高程监测网按二级变形测量精度布设，基准点布设4个，组成一闭合路线。基准点布设在变形区域外坚实稳固的地方，使用钢桩标志，采用深埋方法。监测网使用日本产at-g2测微器自动安平水准仪，配一把水准尺观测。水准仪性能指标为：望远镜放大倍数的32倍；自动安平精度为±0.3；估读值为0.01mm。每公里往返测高差中，误差≤+0.4mm，观测前应对测量仪器进行全面检验，均符合相应规范技术要求。高程监测网首期观测两次，按二级变形观测量精度限差要求观测，在计算机上进行评差计算，取各基准点的平均值作为沉降观测的起算高程，环线闭合差及往返较差需满足：Δh＜1.0mm。在以后的沉降过程中定期对基准点进行检测，以验证各基准点的稳定性，监测已测高差之差≤1.5mm。

（2）工作基点的布设与施测。工作基点布设1个，在建筑场地附近即便于工作又不易破坏的位置，使用钢桩标志，采用深埋方法。观测方法和技术要求与基准点相同，应定期与基准点联测，进行检查。检测已测高差之差≤±1.5mm。

（3）沉降监测点的布设与施测。根据《规范》要求，沉降监测点应布设在建筑物的拐角处、沉降缝两侧及重要的承重部位，沉降监测点由乙方根据甲方提供的由建筑设计院布设的点位在现场布设。点位高度应在室外坪以上0.25m处，点位正上方2.5m范围内不应有突出物，以便于立尺观测。标点在墙上打孔，并将标志连接在建筑物的主体上，观测时采用旋进旋出式外部顶端为球面的钢棒膨胀标志，不用时用丝堵住保护，确保沉降观测精度。首次观测方法及技术要求与基准点相同，首次观测2次，取各点平均值作为沉降观测点首期观测成果。

2.观测方案

该工程采用任意高程基准，根据有关的沉降观测说明，甲方要求随着建筑工程的进展，公寓楼每增高2层观测1次。公寓在主体封顶后第1年每季度观测1次，共计4次，直至下降稳定为止，共计19次。

知识拓展

高层建筑的结构类型与结构体系

1.高层建筑的结构类型

（1）钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富，并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，在高层建筑中得到广泛应用。当前，我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位。

（2）钢结构。钢结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点；钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。近年来，随着高层建筑建造高度的增加，以及我国钢产量的大幅度增加，采用钢结构的高层建筑也不断增多。

（3）钢—钢筋混凝土组合结构。钢—钢筋混凝土组合结构是钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优良的效果。

2.高层建筑的结构体系

高层建筑所采用的结构材料、结构类型和施工方法与多层建筑有很多共同之处，但高层建筑不仅要承受较大的垂直荷载，还要承受较大的水平荷载，而且高度越高相应的荷载越大，因此高层建筑所采用的结构材料、结构类型和施工方法又有一些特别之处。

（1）框架结构。如图1-17（a）所示，框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，是我国采用较早的一种梁、板、柱结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的空间，有利于布置餐厅、会议厅、休息厅等，因此在公共建筑中的应用较多。其建筑高度一般不宜超过60m。框架结构由于侧向刚度差，在高烈度地震区不宜采用。

（2）剪力墙结构。剪力墙结构是利用建筑物的内外墙作为承重骨架的结构体系，如图1-17（b）所示。与一般房屋的墙体受力不同，这类墙体除了承受竖向压力外，还要承受由水平荷载所引起的弯矩。由于其承受水平荷载的能力较框架结构强、刚度大、水平位移小，现已成为高层住宅建筑的主体，建筑高度可达150m。但由于承重墙过多，限制了建筑平面的灵活布置。

（3）框架—剪力墙结构。在框架结构平面中的适当部位设置钢筋混凝土剪力墙，也可以利用楼梯间、电梯间墙体作为剪力墙，使其形成框架-剪力墙结构，如图1-17（c）所示。框架—剪力墙结构既有框架平面布置灵活的优点，又能较好地承受水平荷载，并且抗震性能良好，是目前高层建筑中经常采用的一种结构体系，适用于15~20层的高层建筑，一般不超过120m。

（4）筒体结构。筒体结构由框架和剪力墙结构发展而成，是由若干片纵横交错的框架或剪力墙与楼板连接围成的空间体系。筒体体系在抵抗水平力方面具有良好的刚度，且建筑平面布置灵活，能满足建筑上需要较大的开间和空间的要求。根据筒体平面布置、组成数量的不同，又可分为框架—筒体、筒中筒和组合筒三种体系，分别如图1-17（d）、（e）、（f）所示。

图1-17　高层建筑结构体系

知识链接

其他竖向结构

1.悬挂结构

悬挂结构是由一个或几个筒体，在其顶部（或顶部及中部）设置桁架，并由从桁架上引出的若干吊杆与下面各层的楼面结构相连而成。悬挂结构也可由一个巨大的刚架或拱的顶部悬挂吊杆与下面各层的楼面相连而成。

2.巨型结构

巨型结构是由若干个筒体或巨柱、巨梁组成巨型框架，承受建筑物的垂直荷载和水平荷载。在每道巨梁之间再设置多个楼层，每道巨梁一般占一个楼层并支承巨梁间的各楼层荷载。

3.蒙皮结构

蒙皮结构是将航空和造船工业的技术引入建筑领域，以外框架的柱、梁作为纵、横肋，蒙上一层薄金属板，形成共同工作体系。

此外，由于建筑功能和建筑艺术的需要，出现了一些大门洞、大跨度的特殊建筑。