高层建筑物沉降观测技术与应用.docx
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高层建筑物沉降观测技术与应用
2012届本科毕业论文（设计）
高层建筑沉降观测技术与应用
姓名：
张贺涛
系别：
环境与规划学院
专业：
测绘工程
学号：
081412001
指导教师：
许颖
2011年4月27日
目录
摘要Ⅱ
AbstractⅢ
引言1
1高层建筑物沉降观测简述1
1.1建筑物变形原因1
1.2变形种类1
1.3变形方法1
1.4观测精度要求1
1.5数据分析2
2沉降观测的实施2
2.1观测要严格按照规范规定的程序和步骤2
3沉降观测的重要性决定了实施的条件和要求2
3.1测量仪器设备的要求2
3.2测量人员的要求3
3.3观测时间的要求3
3.4沉降观测点的要求3
3.5沉降观测的精度要求3
4施工的几点注意事项3
5观测实例4
5.11维单点灵敏度分析4
5.12维单点灵敏度分析4
5.2.1第三期观测数据分析5
5.2.2第四期观测数据分析5
6结语6
参考文献7
致谢8
高层建筑沉降观测技术与应用
摘要
本文介绍了工程建筑物变形观测在国民经济中发挥的作用，分析高层建筑物变形的原因与种类，给出了高层建筑物变形观测方法、观测精度要求。
观测数据分析以及对今后高层建筑物变形观测预测发展方向。
关键词
工程；建筑物；变形；观测与分析
ObservationTechnologyAndApplicationofTheSubsidenceofTallBuilding
Abstract
Thispaperintroducesthebuildingdeformationobservationplayaroleinthenationaleconomy,theanalysisofthereasonandtypesofthehigh-risebuildingdeformation,givesahigh-levelbuildingdeformationobservation,observationprecisionmethod.Theanalysisofobservationdataforhigh-risebuildingdeformationobservationandpredictionofdevelopmenttrend.
Keywords
Engineering;Bulidings;Deformation;ObservationandAnalysis
高层建筑物沉降观测技术与应用
引言
工程建筑物变形观测，在我国是一门比较年轻的学科，它是随我国建设事业发展而兴起的。
改革开放以来，我国兴建了大量超高大建筑物，如摩天大楼，地下修建快速通道地铁，建造大型立交桥、大型水坝。
由于各种因素影响，特别是地下水过量开采，使建筑物在运营过程中产生变形。
这种变形在一定范围之内，应认为是正常现象，但如果超过了规定限度，就会影响建筑物正常使用，严重时会危及建筑物安全。
因此在工程建筑运营期间，必须对它们进行监视观测，即变形观测。
1高层建筑物沉降观测简述
1.1建筑物变形原因
在变形观测过程中，了解其产生原因是非常重要的。
一般讲，建筑物变形主要由两方面原因引起，一是自然条件及其变化，即建筑物地基工程地质、水文地质、土壤的物理性、大气温度等，如某市南二环长安路立交桥由于地下断裂带作用，桥身出现轻微裂缝。
另一种是与建筑物本身相联系的原因，即建筑物荷重、建筑物结构、型式及动荷载作用，如西安市长乐路沪河桥老桥桥身裂缝。
1.2变形种类
高层建筑物的变形按其类型来区分，可分为静态变形和动态变形。
静态变形通常中指变形观测结果只表示在某一期间内变形值，也就是说，它只是时间函数；动态变形是指在外力影响下产生变形，故它是外力为函数表示动态系统对于时间变化，某观测结果是表示建筑物在某个时刻瞬时变形。
这两种变形是相互关联的。
如南二环长安路高架立交桥主要是地裂缝造成变形，它是随着时间变化沉降量越来越大。
另外由于超重型汽车荷载外力影响，而对桥体产生瞬时变形。
动态变形观测往往被忽视，但是产生的后果是致命的。
变形观测任务是周期性对观测点进行重观测，求得同一观测周期内观测量变化；而瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时变化量。
1..3观测方法
观测方法应根据建筑物性质、使用情况、观测精度、周围环境以及对观测要求来选定。
如对垂直位移多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量的方法进行观测。
而水平位移观测情况比较复杂，对于直线型建筑物，如南二环高架立交桥，观测点布设于桥面梁上，采用基准线观测；对曲线建筑物，可以采用导线测量方法；对于裂缝观测则使用测缝计。
对建筑物变形观测也可采用摄影测量方法和GPS全球定位系统进行变形观测。
这里所介绍的变形观测只是外部观测。
相信随着机械工业、电子工业等科学技术发展，变形观测也在不断地改进，最好用变形建筑物内部物理数据反映变形成度，或者数据更科学。
而我们目前采用变形观测方法比较直观，比较单一。
1.4观测精度要求
变形观测的精度要求过高，一般很难达到；要求过低，很难得到正确结论，一般取决于该工程建筑物预测允许变形值的大小和进行观测目的，一般应小于允许变形值1／10~1／20。
1.5数据分析
这一阶段是分析归纳建筑物的变形过程、变形规律、变形幅度。
这一阶段工作可以分为三段：
（1）成因分析。
成因分析是对结构本身与作用在结构物上荷载以及观测本身加以分析、考虑，确定变形值变化的原因和规律性。
2）统计分析。
根据成因分析，对实测数据进行统计分析，从中找出规律，并导出变形值与引起有关因素之间函数关系，如采用一元线性回归分析或多元线性回归分析。
3）变形预报和安全判断。
在成果分析和统计分析基础上，可根据求得变形值与引起变形因素之间函数关系，预报未来变形值的范围和判断建筑物安全程度。
2沉降观测的实施
2．1观测要严格按照规范规定的程序和步骤
（1）布设水准控制网
合理制订监测的测量方案，布设水准控制网。
一般要求高层建筑物周围要布置三个以上水准点，水准点的间距不大100m：
在场区内任何地方架设仪器至少能后视到二个水准点，并且场区内各水准点应构成闭合图形，以便检校水准点要设在建筑物开挖地面沉降和震动区之外，水准点埋深要符合二等水准测量要求。
（2）建立固定的观测路线
测点的位置。
在控制点和沉降观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站与转点处作好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。
（3）沉降观测实施
首次观测应自基础开始，在基础的纵横轴线上（基础局边）按设计好的位置埋设临时的沉降观测点。
首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，测量时一般用N2或N3级精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定。
随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测直N+o．00再按规定埋设永久观测点（为便于观测可将永久观测点设
于+500mm），然后每施工一层就复测一，直至竣工。
（4）数据分析统计
记录各次观测，整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。
首先根据各观测周期平差计算的沉降量列出统计表，进行汇总：
绘制各测点的时间、沉降量关系曲线图：
然后根据沉降量统计表和沉降曲线图，预测建筑物的沉降趋势，并将建筑物的沉降情况及时反馈到有关部门。
3沉障观测的重要性决定了实施的条件和要求
31测量仪器设备的要求
根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作用下的沉降情况，～般规定测量的误差应小于变形值的1／10~1／20，为此要沉降观测应使用精密水准仪（sl或S05级），水准尺也应使用受环境及温度变化影响小的高精度铟合金水准尺。
在首次观测前要对所用的仪器的各项指标进行检测校正，必要时应经计量单位鉴定。
连续使用3～6个月后应重新对使用仪器、设备进行检校。
3．2测量人员的要求
检测人员必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程，熟悉测量理论，能针对不同工程的特点，采用不同的观测方法及观测程序。
3.3观测时间的要求
建筑物的沉降观测时间有严格的要求，特别是首次观测，否则沉降观测因得不到准确数据而使整个观测无效。
其他各阶段的复测也必须根据工程进展情况定时进行，这样，才能得到准确的沉降情况或规律。
。
相邻的两次观测时间间隔称为一个观测周期，一般高层建筑物的沉降观测按一定的时问段为～观
测周期（如次／30天）或按建筑物的加荷情况每升高一层（或数层）为一观测周期，无论采取何种方式都必须按测量方案中规定的观测周期准时进行。
3．4沉降观测点的要求
沉降观测点是固定在拟观测建、构筑物上的测量标志，为了能够反映出该建、构筑物的准确、沉降情况，沉降观测点要牢固地埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。
一般要求建、构筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称。
且相邻点之间问距15～3Om为宜，均匀地分布在建、构筑物的周围。
观测点的数量和位置，应能全面反映建筑物的沉降情况。
3.5沉降观测精度要求
根据工程需要，沉降观测精度共分为四个等级。
一等适用于变形特别敏感的高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑、精密工程设施：
二等适用于变形比较敏感的高层建筑物、高耸构筑物、古建筑、重要工程设旖：
三等适用于一般性高层建筑、工业建筑、高耸构筑物、滑坡监测：
四等适用于观测精度要求不高的建筑物、滑坡监测。
4施工的几点注意事项
第一，在施工期间沉降观测次数安排不合理，会导致观测成果不能准确反应沉降曲线的细部变化，因此，施工期间较大荷重增加前后，如基础浇筑、回填土、安装柱子、结构每完成一层、设备安装、设备运转、工业炉砌筑期间、烟囱每增加15m左右等，均应进行观测：
当基础附近地面荷重突然增加，周围大量积水及暴雨后，周围大量挖土方等，均应进行观测。
第二，由于现行规范对施工单位施工过程的沉降观测要求不明朗，这对施工单位在建筑物沉降观测精度选择随意性较大，但是精度的高低直接关系到沉降观测成败。
对沉降观测精度选择要以既能适合工程特性的需要，又不造成无谓的浪费为原则。
本人认为一般高层及重要的建（构）筑物在首次观测过程中，适用精密仪器的设备（高级水准仪、铟金尺等），在-4-0．00以上部分按二等以上水准测量方法，采用放大率倍数较大的s2或s3水准仪进行观测也可以测出较理想的结果。
第三，在沉降观测过程中，当沉降量与时间关系曲线不是单边下行光滑曲线，而是起伏状现象时，这就要分析原因，进行修正。
如果第二次观测出现回升，而以后各次观测又逐渐下降，可能是首次观测精度过低，若回升超过5mm时，第一次观测作废，若回升在5mm内，应将第二次与第一次的标高调整一致：
如果曲线在某点突然回升，可能是观测点被碰动所致，因此，取相邻另一观测点的相同期间沉降量作为被碰观测点之沉降量：
如果曲线自某点起渐渐回升，一般是基点下沉所致，因此必须通过与高级水准点符合测量，确定基点的下沉量。
5观测实例
下面例举某建筑物沉降观测时1维、2维监测网的单点位移模型，分析观测元素灵敏度对建筑形变的影响。
5．11维单点灵敏度分析
如图5-1所示，从A点到F点为一水准闭合环，其中A为已知点，研究C，D，E，F点变动情况。
在监测中，我们选定点的高程为未知数，高差为观测值，以上图形系数矩阵有4个，若C点发生变动时：
A=（0，0，···，一1，1，···，0）T
（1）
变形模型系数矩阵：
MT=（0，0，···，1，···，0）
（2）
监测方向g=（1，1，···，1）Tlgl=1，可以得到与c点相连的水准边高差观测值的敏感元素Z=AMg=1
而与C点不相连的水准边高差观测值的敏感元素:
Z=AMg=0（11）
图5-1一维水准监测网
从
（1），
（2）式可知，水准网的敏感元素0≤Z≤1，说明与变形点相连的水准边高差观测值的敏感元素最高，对监测变形贡献最大，与变形点不相连的水准边高差观测值敏感元素最低，对监测变形贡献最小。
5.22维单点灵敏度分析
如图5-2所示，是我们在某大桥建立的平面监测控制网，其中A，B两点为不动点，C，D，E，F为要进行监测的移动点，设计网形可知总体灵敏度
，式中ao为在给定概率下所能发现的变形参数向量C在g方向上的最小长度，
为在g方向上所能发现的变形参数的下界值，
从诺模图可查到，我们进行了四期观测，由于篇幅有限，这里列举分析图中第三期相对于B与各个动点的延长线测边网观测元素、以及第四期与延长线垂直方向上测角网观测元素的灵敏度。
图5-22维监测平面控制网
5.2.1第三期观测数据分析
如图5-3所示，各个动点移动后的位置如下：
这期观测后各个观测值精度都满足规范要求，对于测边网观测后各元素灵敏度Z=AMg=cosβ，各个边长对动点敏感系数见表1:
边长
F点敏感系数
E点敏感系数
D点敏感系数
C点敏感系数
AF
0.5
0
0
0
AE
0
0.5
0
0
AB
0
0
0
0
BF
1
0
0
0
BE
0
1
0
0
BD
0
0
1
0
BC
0
0
0
1
CE
0
0.5
0
0.5
CD
0
0
0.5
0
DE
0
0
0.5
0
EF
0.5
0
0
0
从表1分析可知，对于F点BF这个观测边长对灵敏度设计要求影响最大，BF就为最佳观测值即灵敏度敏感元素。
同理E，D，c都是与曰点相连的这条边灵敏度最大，即为灵敏度敏感元素。
对于三期观测测角网、边角网原理同测角网相同，这里不再分析。
5.2.2第四期观测数据分析
如图5-4所示，各个动点移动后位置如下：
图5-4与B点延长线垂直方向动点网
这期观测后各个观测值精度都满足规范要求，对于测角网观测后各元素灵敏度系数见表2。
从测角网分析可知，对于点敏感系数影响最大的是AF方向；点敏感系数影响最大的是BE方向；对D点敏感系数影响最大的是CD方向；对C点敏感系数影响最大的是BC方向。
AF，BE，CD，BC方向为灵敏度最佳观测值元素。
表2测角网各动点灵敏度系数
方向观测号
F点敏感系数
E点敏感系数
D点敏感系数
C点敏感系数
AF
55.69
0
0
0
AE
0
23.773
0
0
AB
0
0
0
0
BA
0
0
0
0
BF
53.149
0
0
0
BE
0
106.058
0
0
BD
0
0
51.729
0
BC
0
0
0
106.347
CB
0
0
0
0
CE
0
29.404
0
0
CD
0
0
70.57
0
DC
0
0
0
0.011
DB
0
0
0
0
DE
0
0.3
0
0
ED
0
0
35.8
0
EC
0
0
0
26.036
EB
0
0
0
0
EA
0
0
0
0
EF
50.688
0
0
0
FE
0
0.3
0
0
FB
0
0
0
0
FA
0
0
0
0
从以上分析可知，监测网对于监测大型构造物变形观测方法非常重要，精度指标和可靠性指标不能具体分析变形体在某一特定方向上的变形能力，而灵敏度分析很好地解决了这一问题。
在以后工作当中，如果在监测某一方向变形能力时，对于测边网来说变形方向与监测观测方向一致时，监测变形最敏感，而变形方向与观测方向垂直时，监测变形最不敏感。
而对于测角网来说，监测某一方向的变形能力时，观测方向与变形方向一致，则监测变形最不敏感。
而观测方向与变形方向有一定夹角时，监测变形较敏感，随着夹角的增大，监测变形越来越敏感。
6结语
建筑物的沉降观测是一项技术要求高，耗时长且易受外界条件影响的工作，因此应严格按照测量规范的要求作业，尽量减小人为和其他外界因素的影响，通过合理地布设基准点和沉降点，采用恰当的观测方法和数据处理方法，在监测网灵敏度合格的情况下，得
到可靠的观测数据，最终就能够合理、科学、准确地反映、分析、预测出建筑物的整体沉降状况，对高层建筑物的形变进行监控，从而保证人民的人身、财产的安全。
参考文献
[1]毛应生，王德信，等.西安市地裂对市政构筑物的破坏机理与对策的研究[J],西安市政.2002,1
[2]张正禄，工程测量[M].武汉大学出版社.2005.10
[3]武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础.2005.3
[4]钟孝顺.公路勘测设计[M].北京，人民交通出版社，2007
致谢
感谢许颖导师在论文写作过程中给予我无私的帮助，导师渊博的知识，谨慎的治学态度、积极的科研创新精神，使我受到了深刻的教益和启迪，让我终生受益！
在论文撰写过程中，从论文的选题、开题报告、初稿完成直至最后定稿都凝结了老师们大量的心血。
值此论文完成之际，谨向许老师致以最崇高的敬意和最诚挚的谢意！
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