白云机场钢结构监测任务书.docx

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白云机场钢结构监测任务书

广州白云机场二号航站楼钢结构健康监测任务书

1.工程概况及健康监测必要性

1.1工程概况

本工程位于广东省广州市花都区，钢结构工程主要分为主楼、指廊、登机桥三大部分，其中钢结构屋面（主楼+指廊）平面投影面积245301.21㎡，登机桥平面投影面积46567.50㎡。

主楼按变形缝分为6个单元，最大单元尺寸为B区尺寸216m×108m，指廊按变形缝分为21个单元，最大单元尺寸为西连接指廊C区尺寸79m×144m，登机桥共59条。

建筑物安全等级为一级，重要性系数γO=1.1

结构设计基准期为50年。

使用年限在承载力及正常使用情况下为50年；耐久性下重要构件为100年（登机桥为50年），次要构件为50年。

建筑抗震设防类别为乙类，建筑耐火等级为一级。

本工程抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，特征周期0.35s。

整体模型阻尼比0.035，纯钢结构模型阻尼比0.02。

1）主楼地上3层，（局部5层），建筑物总高度为44米，主楼框架柱为混凝土柱和钢管混凝土柱，混凝土楼面柱距为18X18米，主楼三层以上钢管混凝土柱支撑屋面网架钢结构，钢管混凝土柱距为36X54米。

2）指廊地上3层（局部4层），建筑物总高度为30米。

指廊框架柱均为混凝土柱，指廊三层以上混凝土柱支撑屋面网架钢结构，标准柱距为18X36米。

3）登机桥为59个单体钢结构、二层或三层的钢桥结构。

平面图

4）主楼屋盖为自由曲面形状，结构采用正放四角锥网架结构，屋面采用檩条支承的铝镁锰金属屋面系统。

网架平面网格尺寸为3X3m，网架高度为2.5m，在南北向柱位设置两层加强网架，高度为3.5m，柱位网架总高度6m，网架节点采用热压成型焊接空心球。

网架支承于下部钢管混凝土结构柱及Y字钢柱上，柱网尺寸54X36m，网架支座采用抗震球形钢支座。

屋盖南向悬挑21m。

每个分区单元东西向悬挑18m。

主楼屋面轴测图

主楼纵剖面图

主楼横剖面图

5）指廊钢结构屋盖采用单层正放四角锥网架钢结构，网架高度为2.6米，网格投影为3X3米正方形网格，整个网架呈拱形。

网架上层由双层压型钢板、双层保温棉及单层铝镁锰屋面板覆盖，下层吊顶。

网架支承于下部混凝土结构柱上。

与混凝土连接采用抗震球形支座及大抗拔力球铰钢支座。

西指廊屋面轴测图

西五连廊C区屋盖图

东五指廊C区屋盖图

6）登机桥钢结构均采用钢桁架结构（部分登机桥混合悬索结构），登机桥跨度方向采用矩型桁架钢结构，垂直跨度方向采用钢梁连接，形成钢框架结构，上、下两面也采用桁架体系，登机桥跨度为18-24米。

登机桥钢柱支承于下部混凝土基础上，与混凝土承台采用刚接柱脚连接。

登机桥轴测示意图

1.2健康监测必要性

本项目体型庞大，安全等级为一级，钢屋面分区尺寸大，最大尺寸216m×108m，温度作用明显；屋面跨度54m，结构挠度大；屋面造型复杂，风荷载作用复杂；屋面外挑21m，风致响应明显。

支撑屋面网架钢管混凝土柱或混凝土柱均为悬臂柱，最大悬臂高度25m，风和温度作用效应明显。

屋面受风荷载影响很大，每年会遭遇多个台风侵袭，钢结构阻尼小，结构振动周期比较短，风荷载作用下风致振动明显，目前风工程理论能够给出小尺度、简单体型的结构上风压力分布，但对大尺度或体型复杂的结构不能从理论上提供风压力分布和风振系数。

目前解决途径为采用风洞试验，为设计提供风压力分布和风振系数，即提供设计风荷载，但由于风洞工作段的空间限制及风洞试验模型与原模型结构缩尺比例太大，风洞试验结果与真实结构风压力分布存在较大差别，成为结构设计荷载的依据不足的重要原因。

按《建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范》（JGJ/T302-2013）3.1.2条，“针对下列建筑结构，宜进行施工过程结构监测：

1竖向结构构件压缩变形或差异压缩变形较为显著的、建筑高度300m及以上的超高层建筑。

2单跨跨度不小于60m、且未采用满堂脚手支承及整体均匀卸载施工方法的大跨结构。

3悬臂及向外倾斜悬伸跨度不小于20m、或结构向外倾斜角度不小于15o、或空中连体结构跨度不小于30m、或上托楼层数量不少于2层且转换结构跨度大于30m等特殊建筑体型的建筑。

4施工过程中结构整体或局部受力复杂，施工过程中需准确了解主体或局部结构，或大型临时支撑结构的受力及变形状态的建筑，1）施工过程增设大型临时支撑且主体结构成型后需拆除时；2）跨度不小于20m的结构整体提升；3）悬臂及向外倾斜悬伸跨度不小于15m，采用悬臂阶梯延伸施工方法时；4）跨度超过90m的大跨结构，且采用整体卸载方案时；5）两个或多个单体结构分别施工，后期空中合龙时；6）其他采用特殊施工工艺且施工过程中存在一定风险的建筑；”。

监测内容按3.1.3条执行：

鉴于规范要求和本项目的重要性及风荷载、温度场的不确定性，应进行施工过程中结构重点部位应力、变形、温度、风压、风速、加速度和频率及工程竣工使用后的健康监测。

2.结构施工与运营健康监测的基本要求

2.1施工与运营健康监测的内容

本项目健康监测的对象为白云机场二号航站楼钢屋盖，包括施工阶段监测和运营阶段监测两部分，主要监测内容如下：

施工阶段：

钢结构合拢以及卸载过程中的应力、变形、稳定。

运营阶段：

空间网架钢结构关键构件应力、温度、钢结构重要区域风压分布、风环境特性以及结构整体动力特性等。

2.2施工与运营健康监测系统的功能和目标

（1）给出空间网架钢结构施工（运营）过程中关键杆件应力、关键节点的变形以及结构温度场。

（2）提供空间网架钢结构重要区域实际风压分布、风速等信息。

（3）有效监测空间网架钢结构运营使用阶段关键构件的受力和安全状态，实现对重要构件应力超限的多次警报。

（4）及时发现结构响应的异常，结构损伤或退化，确保结构运营安全。

（5）可以向有关专家提供监测数据，供业主在台风、地震以及其它灾难性事件后，及时提供实时信息，以实现全面有效的安全评估。

（6）为研究大跨空间结构的环境作用、受力状态等提供直接的现场试验模型、试验系统和试验数据。

（7）验证计算假定和参数，为同类结构设计提供有效参考，为规范规程的修订提供有效资料。

2.3结构健康监测的基本要求

（1）监测系统应具有“可视化”的人机交互界面，其面向对象主要为系统管理维护人员。

中心数据库须具备完善的数据管理功能（如存储、打印、显示等）。

（2）进行实时监控，实现结构响应状况连续稳定的监测。

（3）针对关键构件的应力应变采用统一的采集系统，各种不同类型的数据实时同步采集；同步采集难度较大时，在不降低健康监测有效性的前提下，可采用准同步采集。

（4）对于应力应变监测，应从卸载开始前一状态进行监测，以取得系统性的结果：

运营阶段监测系统应与施工阶段监测系统无缝连接。

2.4监测执行的主要技术标准

2.4.1主要技术标准

（1）《建筑变形测量规范》JCJ8-2007

（2）《工程测量规范》GB50026-2007

（3）《钢结构施工规范》GB50755-2012

（4）《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004

（5）《钢结构现场检测技术标准》GB/T50621-2010

（6）《建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范》JGJ/T302-2013

（7）《结构建康监测系统设计标准》CECS333∶2012

2.4.2测量级别

（1）本技术要求中，个别专项指标高于上述标准者，应按专项指标要求执行；

（2）基于本项目结构形式的特殊性，监测单位须根据本项目的实际情况和特点，在上述国家标准的基础上，制订更为严格可靠、妥善可行的方案

3.监测详细技术要求

3.1风速监测技术要求

作为参照，需要同步监测白云国际机场环境参考风速

3.1.1测点要求

风速仪测点要求场地开阔，周围干扰小，且能作为白云国际机场的风环境参考。

需要同时安装8个三维超声风速仪和1个两维机械螺旋桨式风速仪。

测点位置见布置图。

3.1.2风速监测技术指标要求

螺旋桨风速仪测量风速范围0~60m/s，精度0.5m/s；风向范围0~360o，精度0.5o。

超声风速仪测量风速范围0~60m/s，精度0.01m/s；风向范围0~360o，精度0.1o；风攻角（仰角）范围+60o，精度0.1o。

3.1.3监测频率要求

参与风速监测在结构使用过程中实施。

在结构运营使用过程中，在每次大风过程中（8级风或以上），监测所择观测点的频率和加速度变化情况，提交监测报告，竣工后观测不少于3年。

3.2风压监测技术要求

3.2.1测点要求

参考风洞试验的风压分布结果，选择两个区域，主楼区域布置34个风压传感器，指廊及登机桥布置56个风压传感器，共90个测点。

测点位置见布置图。

3.2.2风压监测技术指标要求

选择差压传感器，工作温度-10oC~70oC，测量范围+2500Pa，具备防水性能。

3.2.3监测频率

结构风压监测在结构运营过程中实施。

在结构运营使用过程中，在每次大风过程中（8级或以上），监测所选择观测点的风压变化情况，提交监测报告，竣工后观测不少于3年。

3.3结构关键部位应变监测技术要求

3.3.1测点要求

主楼屋盖下弦及腹杆布置75个传感器，主楼钢管柱及Y字柱布置140个传感器，指廊及登机桥屋盖下弦及腹杆布置33传感器，共布置测点248个。

位置见布置图。

3.3.2应变监测技术指标要求

应变监测采用振弦式传感器，该传感器具有稳定、长期及采样频率较低的特点。

所选择的应变传感器的测量精度、量程应满足本项目构件应力应变幅度的实际要求，且测量精度不低于1

、量程不少于3000

。

要求传感性及其监测系统稳定性好、搞干扰强、耐久性好。

3.3.3监测频率要求

结构施工及运营过程中，应连续监测。

在以下各时期监测所选择构件的应变变化情况，提交监测报告；

1）结构施工过程中，需要监测“卸载”过程中所选择构件的应变变化情况，及时提交监测报告；

2）结构运营使用过程中，在以下各时期监测所选择构件的应变变化情况，提交监测报告；

一每次大风过程中（8级风或以上）；

一本地烈度4度及以上地震；

一任何异常情况

3）竣工验收后免费观测不少于3年，免费检测期间，所有传感器等监测设备因非人为损坏而导致监测工作失效，检测单位须在48小时内给予免费更换。

3.4结构施工过程关键节点变形监测技术要求

3.4.1测点要求

选择主航站楼屋盖、指廊屋盖、登机桥关键节点进行施工过程变形监测，主航站楼监测点共计70个，指廊及登机桥监测点共计19个。

共布置测点89个。

测点位置见布置图。

3.4.2变形监测技术指标要求

结构施工过程选定测点的变形观测需要得到选定点三个方向的位移数据，进行静态定期监测，可采用全站仪观测，所选用全站仪测角精度需要在1秒以上，测距精度须在1mm+2ppm以上。

伸缩缝的相对变形监测可采用485数字式位移计，该传感器具有稳定、长期及采样频率较低的特点。

3.4.3监测频率要求

结构施工工程中，应采集稳定的初始值，合龙及卸载阶段应跟踪进行监测，监测关键步骤节点的变形情况：

1）结构施工过程中，需要监测“合龙”过程中所监测节点变形变化情况，及时提交监测报告；

2）结构施工过程中，需要监测“卸载”过程中所监测节点的变形变化情况，及时提交监测报告；

3）结构施工过程中，屋面、墙面、檩条等外荷载施加后，监测结构关键节点的变形变化情况，及时提交监测报告。

3.5温度监测技术要求

3.5.1测点要求

温度监测测点布置与应力测点布置位置相同，监测点能提供钢结构合龙时的温度场分布。

主楼布置温度监测点26个。

测点位置见布置图。

3.5.2温度监测技术指标要求

选择半导体热敏电阻或铂电阻，测量范围-20oC~100oC，线性度1（%F.S.），精度1oC，具备防水性能。

3.5.3监测频率

结构合龙阶段提供钢结构的温度场，其余监测频率与应力监测一致。

3.6结构动力特性监测技术要求

3.6.1测点要求

结合结构力学性能、风洞试验的风压分布结果及风振特性，主楼布置27个监测点，指廊及登机桥布置24个监测点，共布置51个结构动力特性监测点，其中4个监测点同时作为结构动态位移监测点。

3.6.2动力特性监测技术指标要求

选择加速度（或速度、位移）传感器，传感器要求低频性能好，频响范围优于0.3Hz~120Hz，最小分辨率优于10-5g，横向

5%，动态范围优于100dB，具有稳定、长期和采样频率高的特点。

3.6.3监测频率

结构动力特性监测在结构运营过程中实施。

在结构运营使用阶段，在每次大风过程中（8级或以上）及APM运行过程中每年4次监测所选择观测点的动力里程情况，分析结构的动力特性，提交监测报告，竣工后观测不少于3年。

4.成果提交、设备保护及其它

4.1制定监测方案

1）监测单位应根据本技术任务书、本项目的特性，以及相关标准在签订监测合同后15天内制订监测方案，经招标人审批通过后方可实施。

2）监测单位应根据本工程实际情况及监测项目要求，对本任务书拟定的测点布置、测点数量可作适当调整和优化，并复核设备选用的可行性；所有调整和优化应经批准后方可实施。

3）监测单位应在接到招标人通知后，即安排人员、设备进场实施安装。

4.2设备的监测、保护

1）所有监测项目所选用的监测设备及监测措施均应符合国家及地方相关规范或标准的要求；所有设备具有出厂检验单和合格证后方可使用，国外原装进口产品尚需出具报关单。

2）所有设备（包括导线、光纤等）安装后应做妥善可靠保护，避免其受自然（含鼠患等）或人为损坏，并定期进行检查，必要时应进行替换。

4.3成果整理、质量检查及成果提交

1）在结构施工及运营阶段的相关时期，提交结构监测的分析结果报告，验证网架结构、钢结构施工及使用阶段的安全性。

其内容包括但不限于：

一关键构件的应力、位移等响应的监测报告。

比较关键构件及节点的应力、位移与计算分析的一致性程度，是否满足设计要求；给出关键构件的预警信息；科学地指导使用和维护，实施有效的保养、维修工作；

一结构动力特性监测报告。

分析结构振动结果，验证结构振动是否满足设计要求，并给出结构振动的预警信息；

一风荷载的计算，交其与结构设计风荷载进行对比，为大型空间结构的风荷计算提供依据；

一在突发性事件（如强烈地震、强台风或其它严重事故等）之后对结构进行评估，并提出建议。

2）成果整理、质量检查及成果提交应不低于《建筑变形测量规范》JGJ8-2007第9章要求。

3）成果提交应包括重要的原始数据、图形等资料。

4）成果提交每次一式6份（包括文本文件、与文本文件全部内容相同的电子文件）。