高層建筑物變形監測技術與數據分析

張勇

摘 要：近年來我國現代化進程不斷加快，建筑事業飛速發展。高層建筑物越來越多的出現在城市中。為了保證建筑物的正常運行和使用，避免因建筑物損傷造成經濟損失以及人員傷亡，需要通過對建筑物進行變形監測而獲得變形數據，對數據進行分析從而判斷建筑物的安全性。

關鍵詞：高層建筑物；變形觀測；水準測量

中圖分類號：TU196+1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0159-02

Abstract： In recent years， the process of modernization in China has been accelerating， and the construction industry has been developing rapidly. More and more high-rise buildings have appeared in cities. In order to ensure the normal operation and use of buildings and avoid economic losses and casualties caused by building damage， it is necessary to obtain deformation data through deformation monitoring of buildings. The data are analyzed to determine the safety of the building.

Keywords： high-rise buildings； deformation observation； level measure

1 高層建筑物變形監測的意義

隨著我國經濟的飛速發展，土地成為稀缺資源，土地價格迅速上漲，“地王”不斷出現。為提高土地利用率，建筑物的高度逐漸上升，地標性高層建筑物如雨后春筍般地出現在我們的視野里。高層建筑物因荷載較大，高度較高，更容易受到外部因素影響，建筑物產生不均勻的沉降的可能性加大。如果建筑物的不均勻沉降超過允許值，就會影響建筑物的使用，是指引發災害，導致建筑物報廢，造成生命安全和財產損失。為了監測建筑物的安全性能，必須對高層建筑進行變形監測，以便及時掌握高層建筑物的形態變化，這對建筑物的安全監控具有重要意義。

2 高層建筑物變形監測發展趨勢

由于監測的特殊性，每次建筑物的變形監測過程中不允許中斷，監測儀器要求也越來越高，而且各項監測數據要及時可靠又能實時采集，傳統的測量方法、測量設備和數據分析方法已經無法滿足當前的建筑物監測需求。監測技術由傳統的點、線監測模式逐步向點、線、面結合的空間立體監測模式轉變，由人工跟蹤監測向全自動監測轉變。在數據分析方面，各種模型的引入，彌補了傳統的數據分析模型，使建筑物各個應力變化鮮明的表現出來。

隨著對建筑物安全性要求的提高，業主方對變形監測的精度要求也在不斷提高，推動著變形監測技術也在不斷向前發展。1990年代以前，變形監測以采用常規地面測量方法為主，以傾斜測量、準直測量和應變測量等方法為輔。這些監測方法測量過程簡單、能夠實現自動化測量，但是無法反映出建筑物整體的變形信息。2000年以來，近景攝影測量，尤其是數字攝影測量技術在變形監測中開始應用，其監測精度可達到mm級，在高層建筑物及滑坡等變形監測中都有成功范例。GPS在山體滑坡、水庫大壩、采礦區地面塌陷和地殼形變等的監測上，也得到廣泛應用。同時，3S技術的相互集成融合逐步成熟，從技術上為研究和分析形變信息之間的相互作用提供了支撐。因此，基于3S融合的變形監測系統，是變形監測技術的一個重要研究方向。另外，測量機器人正成為高層建筑物自動化變形監測的首選設備。

3 變形監測數據分析

變形觀測的最終目的是對可靠詳盡的變形數據進行分析，判斷建筑物的安全性。因此，對于大量的零亂的原始觀測數據，必須先進行數據處理。通過平差處理，進一步削除偶然誤差，剔除系統誤差。對處理后的數據進行分析，判斷建筑物是否發生變形，建立起變形與時間、質量、風速、日照等因素之間的關系，以采取適當的措施控制建筑物的變形發展。

3.1 觀測數據處理

每次觀測結束后，依據測量誤差理論和統計檢驗理論對預處理后的原始數據利用電腦Excel表格計算處理，計算監測點的沉降量累積和高程計算。各監測點與本點首次觀測時的沉降量Δh之間的關系式為：Δh=H1-Hi。

式中：H1表示監測點首次觀測高程；Hi表示該監測點本次（i次）觀測高程。

監測點的變動分析是基于以穩定的基準點作為起始點而進行的計算。分析處理后可以比較出監測點的沉降趨勢，當有監測點變形量出現異常變化時，既要分析觀測本身是否錯誤，也要及時對基準點的穩定性進行監測分析，結合現場巡視，全面的總結沉降原因，確定是否真實變形。必要時根據格拉布斯數值表舍棄一些誤差較大的觀測值。

3.2 監測點的沉降量

根據沉降觀測規范，某點的下沉速度可按下式計算：

V=（Hi-Hi-1）/ΔD

式中：Hi、Hi-1分別表示i次和i-1次觀測e點的下沉值；ΔD 表示兩次觀測的間隔天數。

當最后100天，沉降速率V<0.01～0.04mm/d時，根據《建筑變形測量規范》規定，可以認為該建筑物的沉降進入了穩定階段。

3.3 沉降監測表以及沉降量時間折線圖

以監測時間段為x軸，以沉降變化量為y軸建立直角坐標系，繪制監測點沉降量與時間關系變化曲線圖并計算監測點最后100d的沉降速率，判定監測點是否達到穩定狀態（如表1，表2，圖1）。

8號樓12層，高度35.2米，鋼筋混凝土筏板基礎；8號樓共布置了4個沉降觀測點，1#～4#。

8號樓在2013.12.24最后觀測時，有效觀測點4個，最大下沉-6.2mm（1#點），最小下沉-0.4mm（3#點），4個點的平均值為S3平均=-3.55mm；最大下沉量和平均下沉量均小于變形觀測的預警值（100mm）。

2013.9.8～2013.12.24 最后兩期期觀測時，平均下沉速度為：0.0018mm/d；最后兩期時間間隔為107天，根據《建筑變形測量規程》第5.5.5條規定，當最后100天，沉降速率V<0.01～0.04mm/d時，可以認為已進入穩定階段。

8號樓南側平均下沉為：S3南平均=-2.71mm；北側平均下沉為：S3北平均=-1.96mm。南北下沉較差：0.75mm。基礎在南北方向平均傾斜0.75mm/13.5m=0.0006，小于《建筑地基基礎設計規程》GB50007-2002，第5.3.4建筑物地基變形允許值0.002的要求。

8號樓的下沉表現為：總體下沉合理，南北方向傾斜為：0.0006，傾斜值遠較小規范要求。最后二期觀測的下沉速度都小于0.01mm/d。根據《建筑變形測量規程》第5.5.5條規定，可以認為已進入穩定階段。根據下沉量、下沉速度與傾斜度觀測結果和下沉曲線綜合分析認為：樓體平穩，建設合理，進入穩定期。

4 結束語

本文以數學方法與工程實例相結合的方式，介紹了變形監測技術的發展趨勢，通過對8號樓進行了12次、長達287天的沉降觀測，獲得了該建筑物的沉降數據，對數據進行平差處理后進行了數據分析，繪制沉降曲線，總結建筑物的沉降規律。

參考文獻：

[1]侯建國，王騰軍.變形監測理論與應用[M].北京：測繪出版社，2008.

[2]黃聲享，尹暉，蔣征.變形監測數據處理[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[3]黃振杰.高層建筑物沉降監測點的布設[J].測繪通報，2000（2）：25-27.

[4]張前勇，楊光培.高層建筑物變形監測與預測[J].湖北民族學院學報（自然科學版），2006，24（4）：400-403.

[5]花向紅，鄒進貴.高層建筑沉降監測技術及應用研究[J].礦山測量，2002（1）：16-18.