超高层建筑沉降观测的技术研究文档格式.docx

1、4 超高层建筑沉降观测的技术研究 114.1 超高层建筑沉降观测的研究目的 114.2 超高层建筑沉降观测的研究 114.2.1 超高层建筑的定义 114.2.2 工程概况 124.2.3 沉降观测的基本要求 124.2.4 沉降观测施测 154.2.5 结果处理与分析 184.2.6 超高层建筑沉降观测应注意的事项 224.3 结论与体会 234.4 资料整理与提交 235 展望 24致 谢 26参考文献.28摘 要 随着我国经济的发展，社会的进步，土地资源变得越来越重要。因此在有限的土地上生活也就显得越来越重要，因而各种高层及超高层建筑拔地而起，已成为一个城市乃至一个国家的的象征。近年来正

2、因为高层及超高层建筑的快速发展，出现了很多“楼歪歪”、“楼倒倒”的高层建筑，使人们认识到对其变形监测的重要性，尤其是对超高层建筑的沉降观测。本文以对某超高层建筑大厦的沉降观测技术研究为例，用精密水准测量方法对超高层建筑沉降观测的技术要点进行探讨，并对产生沉降的各种原因做出分析，并展望了超高层建筑沉降观测在未来的发展方向。希望为以后更多超高层建筑的沉降观测的技术研究提供参考，同时研究超高层建筑沉降的原理。让人们了解和认识超高层建筑的沉降观测，能为以后的超高层建筑的沉降观测做出贡献。关键词 超高层建筑/沉降观测/技术研究/展望TECHNOLOGY RESEARCH ON SUBSIDENCE OB

3、SERVATION OF THE SUPER-TALL BUILDINGSABSTRACT With the development of economy, the progress of the society, land resources become more and more important. So our life on limited land also becomes more and more important, and all kinds of tall and super-tall buildings rise from the ground, it has bec

4、ome a symbol of a city or even a countrys. In recent years because of the rapid development of tall and super-tall building, there are many “floor dropping” , “building fell down” of the super-tall building, make people realize the importance of the deformation monitoring, especially to subsidence o

5、bservation of the super-tall buildings. I research the technology on structure of settlement observation of super-tall building use a example in this article. And discussed using precise leveling method for the main technical points of the tall building subsidence observation, and make analysis on a

6、ll kinds of reasons for settlement, and prospects development direction for subsidence observation of the tall building in the future. Hope to provide the reference for more super-tall building settlement observation technology research, and research the principle of the tall building subsidence at

7、the same time. Let people understand and know settlement observation of super-tall building, can contribute to settlement observation of super-tall building in the future.KEY WORD the super-tall building, settlement observation, technology research, prospects 前 言随着城市建设的快速发展，土地资源将越来越宝贵，那么高层及超高层建筑的建设将

8、会是城市发展的必然趋势。近些年来，人们也越来越重视高层及超高层的安全性，这样的建筑因受各种因素会有不同程度的沉降，一旦超过了规定的沉降范围就会出现较大事故。因为这样的建筑一旦出现事故，不仅浪费了大量的资金与材料，而且对人们的生命财产构成巨大的威胁。为了保证建筑物的安全建设以及正常使用，就必须对高层及超高层建筑进行变形监测，其中一项重要工作就是对建筑物进行沉降观测。虽然在设计和施工中都会对建筑物的沉降作出估计，然而建筑物在建设过程中有各种复杂的因素，因此在建设及使用过程中都要进行沉降观测，为建筑物的下一步工作提供技术依据同时也为建筑物的安全性提供预测预报。更重要的是让建设者对建筑物能有第一手资料

9、，同时为该地区的其它建筑的沉降观测提供参考，能让人们更好的改进沉降观测的技术及方法。并能及时发现建筑物沉降的原因，处理和改善建筑物出现的问题，防止建筑事故的发生。所以建筑物的沉降观测是至关重要的，它是保证建筑物安全与合格的试金石。1 国内外超高层建筑的发展自从1894年曼哈顿人寿保险大厦在美国纽约的落成就标志着世界建筑的发展进入超高层建筑发展阶段。因此超高层建筑的建筑高度不断被人们刷新，从1909年以213m的高度的大都会人寿保险大厦把超高层建筑的高度提高到了200m，到1931年381m高度的帝国大厦的建成,直到高达828米的当时“世界第一高楼”的哈利法塔在2010年的建成，在世界建筑的建设

10、中超高层建筑的发展从未停止过。 然而在我国高层及超高层建筑的建设虽然起步较晚, 但是发展迅速。例如1934年，在当时有亚洲第一高楼的上海国际饭店（24层，82.5m）的落成，是我国高层及超高层建筑发展的开始。在20 世纪50年代我国开始发展建造高层及超高层建筑。1976年，广州自云宾馆以115m的高度标志着我国建筑的发展进入超高层建筑阶段。20纪80年代我国超高层建筑进入兴盛时期。在1985年深圳国际贸易中心的建成成为是20纪80年代中国最高的超高层建筑。1990年北京京广中心（57层、208m）的建成标志着我国大陆建造出的超高层建筑首次突破200m的高度。直到1996年，广州中天广场（现中信

11、广场，80层、322m）和深圳地王大厦（81 层，325m）的建成，标志着我国超高层建筑发展进入飞跃时期。特别是在1998年上海金茂大厦（88层，420.5.m）的建成标志着我国超高层建筑的发展以及技术进入世界先进水平行列。然而超高层建筑在我国港澳台地区也有很多。例如1973年的香港康乐中心（52 层、179m），1980年的香港合和中心大厦（65层、216m）以及1989年的香港中国银行大厦（72 层、369m） 在当时都是超高层建筑的最好发展的体现。直到2004年在当时有着世界第一高楼之称的508m高的台北101 大厦的建成，超高层建筑的发展一直在快速的发展着。21世纪，特别是近几年，超高

12、层建筑发展的势头变得更加快速以及迅猛。2008年8月高度达到492m的上海环球金融中心完工，成为了在当时中国大陆的第一高楼，2009年广州塔的建成，全部的总高度达到了600m高一举成为我国第一高塔。目前正在设计并施工的高达632m的上海中心大厦的建设正在紧张的进行中。预计将在2014年竣工并交付使用，届时它将占据中国的第一高楼的宝座。由于在中国快速城镇化的这种背景下各大城市都在建设超高层建筑，甚至在一些土地资源不紧张的二线城市也都在积极的筹备建设超高层建筑。12 本论文研究的目的及工作本文先介绍超高层建筑的发展情况，浅谈了超高层沉降的原因以及超高层建筑沉降观测的方法及沉降的原因。并谈了超高层建

13、筑沉降观测的特点，用一个超高层沉降观测的实例来说明超高层建筑沉监测的方案及技术应用，以及观测中应注意的事项，沉降观测的数据处理及结果分析。用一个实例来让人们了解和认识超高层建筑的沉降观测，以此来类推其它超高层建筑沉降观测的技术研究。同时也能为以后的超高层建筑的沉降观测提供参考。而且也能更好地研究超高层建筑沉降的原理。3 超高层建筑沉降监测知识的介绍3.1 超高层建筑沉降的原因超高层建筑沉降的因素很多，不仅建筑物的土质状况以及结构设计，自身的荷载，地基结构影响超高层建筑物沉降，而且各种外部的因素也会影响超高层建筑物的沉降。总的来说可以分为以下几类。3.1.1 外部因素由于超高层建设场地的在不同的

14、地方土质不同，加上自身庞大的重量，使土地地基土壤被压缩而引起相应的沉降变形。再加上随着大自然条件的变化，以及受风雨，受到温度以及风力，受到地下水位等的影响使超高层建筑会有不同程度的沉降变化信息。3.1.2 内部因素超高层建筑沉降最大因素就是由于自身的荷载重量较大，不同的地方使地基受力不均匀产生的沉降变化，但往往这种变形只要不超过规定的限差是被允许的，不会对超高层建筑造成较大的危害。还有超高层建筑物设计时的不合理设计以及施工过程中出现的问题都将对建筑物产生沉降影响。2这就需要从新对超高层建筑物的设计，施工进行重新规划并审查，否者就会出现较大沉降量，会引起超高层建筑事故的发生。3.2 超高层建筑沉

15、降监测的目的及意义超高层建筑沉降监测的目的及意义有两方面的用处，在实用上超高层建筑的沉降观测有利于我们随时掌握超高层建筑物的有关沉降方面的信息，控制超高层建筑物的相应变形，来保证超高层建筑物的运营以及安全使用，同时还能更好的来根据超高层建筑物的沉降信息来采取下一步的施工工作，来保障超高层建筑物的合理施工，更能为本地区的其它超高层建筑的沉降监测提供参考意义。3超高层建筑的沉降观测在科学上也用着重大的意义，它能让我们了解超高层建筑物的地基土质的变化情况以及超高层建筑在本地区沉降变形的原理，验证一些关于控制沉降观测相关技术的可行性的研究情况。更能让我们对于超高层建筑建立沉降的相关预测预报的机制以及警

16、示，在理论上和科学上为超高层建筑的沉降来探讨可行性的方法及意见，同时也能帮助我们研究出更多更好的超高层建筑沉降观测的技术方法。3.3 超高层建筑沉降观测的常用方法3.3.1 常规几何水准测量方法常规测量方法就是说几何水准测量的方法，它是利用水准仪和水准尺把两点之间的高差测定出来以后，再将水准仪架设在两点的中间，在水准尺上读取相应的读数，以此来算出两点间的高差，再根据相应点的相关的高程信息算出未知点的高程值。然而水准测量可以沿着不同的路线进行测量，而不同路线选取的水准面又不是在一个平行面上，因而沿着不同路线测量得到的相应点的高程就不太的一样。所以我们在最后整理测量成果时，应在统一的平行水准面中进

17、行，即加入相应的正常高系统改正去来求得相应点正确的高程。这也是超高层建筑沉降观测很值得注意的地方。所以在以后的水准测量结果出来以后要对结果进行相应的改正以满足所需要的要求，同时在改正时应按照统一的格式进行，确保改正后的数据正确。3.3.2 GPS测量方法随着超高层建筑的快速发展，对其的变形监测也日益严格，有时会要求对超高层建筑实施动态监测，这时就要求用GPS动态测量的方法对超高层建筑实施监测。随着美国对GPS政策的开放，GPS的定位精度尤其是高程测量的精度也有了很大的提高，这也就为超高层建筑的变形监测提供了可能。GPS测量技术就是以卫星为一定的参考点采用空间测距交会的原理进行定位来测出物体的相

18、应位置，通常用载波相位法、伪距法和射电干涉测量法进行测量。GPS测量有着其它测量方法没有的优点，例如测站之间不需通视，能够长久动态进行测量，变形监测的全部自动化程度较高，能够减少或消除系统误差的影响，可全天候进行外业作业等等。然而在超高层建筑沉降测量中存在一定得高程异常，因为我们平常所说的高程系统是以相对大地水准面的正常高或正高为参考而说的，而GPS采用的高程系统是相对于WGS-84参考椭球面的大地高来说的。因此GPS测量就需要结合普通水准高程测量的方法对GPS测量出来的成果进行GPS的高程拟合去处理。也就是说以水准高程为基本的基准，用数学曲面模型去处理并研究它，以求解出准确的正常高H，和高程

19、的异常值。正高与大地高的相应关系 （3-1）Hg参考椭球面与似大地水准面之间的相应距离，被称之为大地水准差距。Hg参考椭球面与大地水准面间的相应距离正常高与大地高之间相应的关系为 （3-2）Hr地球表面与似大地水准面之间的相应距离为参考椭球面与大地水准面之间的相应距离被称为高程异常值。4因为沉降观测点与工作的基点离的距离不是很大，高程异常对沉降观测的精度影响不大。因此在进行超高层建筑的沉降观测时也可以不用考虑高层异常对于精度的影响。3.3.3 三角高程测量方法三角高程测量就是利用了全站仪的光电测距仪、电子经纬仪以及测量时数据记录于一体的特性的优势，用全站仪进行测量距离和测量角度，再根据测量点位

20、置之间相应的几何关系，来求得待测点的高程或者两者之间的高程差的方法。采用的三角高程测量如果再结合水准测量任意置站的这一特例，这样就能很大程度上减少了我们外业测量时把棱镜高、仪器高引进所带来的一系列的误差来源，将进一步提高三角高程测量的相应精度，同时简化了外业测量的过程，提高了我们的工作效率。为以后的超高层建筑沉降观测的方法以及新技术的研究与探讨提供了参考意义。三角高程的测量原理5如下：如图3-1所示，设M点为已知高程点，N点为待测高程点，P点为与M点与N点之间能够通视的任意一点。HM、HN、HP分别代表M点、N点、P点的高程；S1、S2分别代表P点到M点的倾斜距离和P点到N点的倾斜距离；、分别

21、：V代表着棱镜的相关高度；D代表仪器的相关高度。新的想法是将仪器放在待测点与相应已知高程点之间能够通视的任意一点中间之上，把仪器照准相应的已知高程点之后，测出相应的垂直角和倾斜距离S1，则有Sin （3-3）在不用改变仪器相关高度的前提下，而且必须要保证相应待测点N上的棱镜的高度与M点上棱镜的高度保持一致，然后用水准仪对待测点的方向进行照准并精确测出其垂直角度和倾斜距离S2，则有： （3-4）最后，由式3-3和3-4，整理得， - S1sin （3-5）=S2一S1 （3-6）图3-1而我们在实际的测量工作中，可以相应的改变棱镜的相关高度V，记下相对于初值变化的数值并每次记录测量时的数值，并应

22、用相关的几何关系去求出待测点的真实高程。3.3.4 液体静力水准测量方法液体静力水准测量方法是刚刚发展起来的一门测量新技术，已在很多精密工程测量中进行了很多应用，例如在三门峡大坝的建设和监测中，在大亚湾核电站的建设中，在上海光源的沉降监测中等等，都有着达到了很好的监测效果。而对于复杂以及有特殊监测要求的超高层建筑来说，液体静力水准测量也能为建筑物的沉降观测发挥一定的作用。液体静力水准测量的原理就是连通器的原理，它是当沉降监测点相对于基准点有微小的位置变化时两个桶内的水位会发生一定得变化。6我们根据两个桶内水位的变化可以测量并算出超高层建筑物变化的沉降量。如图3-2，此时为初始状态，H0、h0分

23、别表示在初始状态下两桶内的相应水位情况；如图3-3，此时是测量点发生竖向位移，H1、h1分别表示测量点相对于基准点上升或下降时桶内的水位情况。设图3-2和图3-3中左侧的点为基本的基准点，另一侧为相关的测量点。设在初始状态下基准点的高程为m测量点的高程为n，根据连通器的原理可得：=（H1一H0）一（h1一h0） （3-7） n= m + （3-8）结果表明当h0时表明监测点有着升高现象（而在此过程中，假设基本基准点的高程不发生变化）。正由于这样的情况，这种方法在CCTV新台址主楼基础的沉降的动态监测中应用了此方法，达到了很好的效果。因此在以后更多的精密工程测量以及超高层建筑沉降观测方面都有着巨

24、大的应用前景，而且对于以后的超高层建筑沉降观测技术研究也有着参考价值。同时为该测量技术在以后的其它方面应用以及技术创新也起到了很好的参考意义。图3-2 初始状态示意图图3-3 测量点发生变化后的示意图3.3.5 测微水准的方法有时在同一水平面内分布极近的点间的垂直位移无法用普通的水准仪测定哦，或测定后精度达不到相关的要求，这时就可以使用一种基距为1.5m，测量误差在0.01mm-0.02mm的不同结构的测微水准仪去测量。7这种水准仪的优点在于在距离很近的同一水平面内点间的垂直位移能很容易的测量出来，而且精度很高。缺点在于，如果两点间的距离较远时用这种仪器不能满足要求。所以在超高层建筑的沉降观测

25、中很少用到这种方法，只有在特别的情况才能用到这种方法。只有在科研或测定相邻水准点的垂直位移的变化时用的较多。所以不管采用以上那种测量方法对超高层建筑进行监测，主要的目的就是能把沉降的信息更好的显示出来，而且这种方法有很高的可行性，便于操作，能适合该建筑物的环境条件。有时在一个复杂的环境下，用一种方法不能达到预想的结果，需要两种或两种以上的方法进行共同监测。这就需要我们在实际工作中灵活应用，所以不管采用哪种方法，只要目的能够达到，能够满足我们的需要，那么这种方法在这项工程中就是好方法。在两种或两种以上的方法中都能满足该工程的监测要求是，我们应该选取一个数据处理简单，花费较少的，稳定性较高的方法。

26、因为任何的方法都不可能是全面的，都不可能没有一点的瑕疵，所以选取什么方法得看我们想要什么样的结果，更偏重哪一方面的结果。3.4 超高层建筑沉降的特点3.4.1 精度要求高超高层建筑的沉降测量的精度要求很高，一般要求精度是1mm或更高。因为如此高的建筑物，小小的沉降量就有可能对建筑物的安全构成威胁。一般的测量精度不能满足超高层建筑的沉降监测的要求。在超高层的沉降监测中，一般采用国家一等或二等水准测量的标准。同时轴线的竖向投测误差要求精度很高，例如当120 m H150 m时, 允许偏差不大于25 mm，当 H 大于150 m,允许偏差不大于30 mm8。所以在超高层建筑的沉降监测中，精度是基础，

27、是保证监测结果的正确和合格的前提。3.4.2 重复观测次数多对超高层建筑来说，为了保证精度和避免偶然误差就必须进行多次观测。多次观测可能是在同一观测点的重复观测，也可能在不同时间的重复观测。足够的沉降观测有利于建筑物的安全，有利于我们更好地对建筑物的信息做到心中有数。建筑物的变形的精度要求，变形量的大小，监测的目的以及变形速度，建筑物的特征等，都是影响重复观测次数的因素。而且随着建筑物的增高，每次都要进行重复观测，在建筑物竣工后也要按设计的时间进行重复观测。3.4.3 测量方法及步骤的选取严格超高层建筑的测量方法及步骤的选取是根据建筑物的特征，建筑物的周围环境以及沉降监测的目的等。选取一种或几

28、种适合建筑物的测量方法及步骤是至关重要的，好的测量方法及步骤有利于我们更好的去了解建筑物的沉降情况，测量方法是我们监测和控制超高层建筑物沉降的重要手段。所以测量方法及步骤的选取很严格，它是为建筑物量身定做的。3.4.4 测量数据的处理严密由于监测点很多，而且又有很多次的重复观测，就会出现很多的观测数据，这样对数据的严密处理就会让我们更好地了解超高层建筑沉降的情况。更有利于我们实时掌握沉降信息。同时我们根据数据结果可以分析出沉降的原因，为下一步工作做好准备。3.4.5 沉降结果分析重要对于超高层建筑沉降结果的分析是至关重要的，一方面这个结果使我们了解建筑物的沉降情况，保证建筑物的安全。另一方面，

29、也能够让我们了解在本地区的超高层建筑的沉降特性，为我们沉降观测的结果分析积累经验。所以我们监测的沉降结果是下降还是回升，都要找出变化的原因，让我们对建筑物沉降变化做的心中有数。4 超高层建筑沉降观测的技术研究4.1 超高层建筑沉降观测的研究目的在本章节中，将用一个超高层建筑的沉降观测的实例来探讨在其技术上应注意的相应问题。同时让我们认识和了解在超高层建筑的沉降观测中的施测方法和技术要求，以及沉降变化的结果分析。以本个超高层建筑的沉降观测为代表来探讨其它超高层建筑沉降观测的技术研究，能够为其它超高层建筑的沉降观测提供参考，更好的为超高层建筑的沉降观测服务。4.2 超高层建筑沉降观测的研究4.2.

30、1 超高层建筑的定义在1972年8月国际高层建筑会议上规定，楼高层数超过40层或楼高度达到100米以上为超高层建筑。4.2.2 工程概况某个超高层建筑大厦坐落在某市的高新开发区内，周围环境复杂。大厦建筑高度105m,地下一层，地上32层，建筑总面积503800平方米。该建筑西邻融薪路，东临太白路，北临科技路，属于高档的商务及住宅大厦。该工程的地基土质为黄土亚状黏土，地基基础采用混凝土桩基处理，桩深36m。9由于该建筑的高度较高，属于超高层的建筑，同时该建筑的周围大多为城市道路，对于该建筑的沉降观测增添了很多困难。4.2.3 沉降观测的基本要求4.2.3.1 人员及仪器的要求对于超高层建筑沉降观测的人员以及素质要求较高，观测者必须在沉降观测方面有一定的技能培训同时还要有测量的专业化知识，对于该超高层建筑以及它的周围环境要有一定的了解。而且在外业测量中能够快速、准确、及时的完成相应的任务，同时