單向收進超高層結構施工期水平變形實測研究*

王華平，林忠和，馬 俊

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

0 引言

超高層結構在施工過程中的水平變形會嚴重影響施工質量，甚至會影響結構在正常使用狀態下的受力特性，進而影響結構安全。因此，針對超高層結構在施工階段的水平變形開展研究，有利于提升超高層結構施工質量、設計和施工水平，確保結構在施工和使用階段的安全性，具有顯著的經濟和社會效益[1]。

國內外學者基于數值分析，在超高層結構施工階段的豎向變形研究方面已經取得了大量研究成果[2-7]。華建民等[8]采用埋入式振弦式應變計監測了某幢209m超高層結構型鋼柱和剪力墻在施工期的豎向變形，結果表明，14d齡期后結構豎向變形接近線性。梁富華等[9]采用水準儀對南海榮耀國際金融中心進行了結構施工期間豎向變形監測，結果表明，對于超高層框架-核心筒結構，考慮了混凝土徐變和收縮的實測變形差比彈性計算變形差小約70%。羅文[10]對天津周大福進行了豎向變形監測，結果表明，考慮基礎沉降后，上部樓層豎向變形并不大，但下部樓層豎向變形明顯增大。蔣方云[11]采用表面應變計對某超高層建筑進行了豎向變形監測，結果表明，核心筒超前施工層數越多，徐變收縮發展越充分，墻體豎向位移越大，但這一因素對框架柱的影響恰好相反。

目前，針對超高層結構水平變形的研究還較少，超高層結構水平變形實測研究還比較匱乏。但對于核心筒單向收進的超高層結構，由于其特殊的體形，呈現核心筒收進方向受力較大、相反方向受力較小的特點。該類結構在施工期間，隨著結構的增高，在不均勻豎向荷載作用下，塔樓中部會產生明顯的水平變形。因此，為了提高施工質量，確保結構安全，需對單向收進超高層結構開展施工階段水平變形實測，得到單向收進超高層結構施工階段的水平變形規律。

1 工程概況

某單向收進超高層建筑占地面積7 030m2，總建筑面積278 000m2，其中地上247 000m2，地下31 000m2。 塔樓部分為90層，結構高度為428m，連屋頂幕墻構架高度達445m。塔樓核心筒豎向分3次向北收進，收筒樓層分別為49，72層。核心筒在49層以下為9宮格，49層南側內收4 050mm變為6宮格，56～61層核心筒南側為斜墻，內收3 000mm，72層核心筒進一步內收變為3宮格。整體效果如圖1所示，部分樓層平面如圖2所示。

圖1 某寫字樓效果

圖2 核心筒部分樓層平面

數值模擬結果表明：在49層施工前，塔樓水平變形不明顯；從49層開始向上施工時，在不均勻豎向受力的作用下，塔樓中高部樓層發生較明顯的水平變形。在結構49層以下施工時，由于核心筒并未收進，豎向荷載較均勻，引起的水平變形較小；當施工至49 層以上時，特別是施工至74 層以上時，由于核心筒向北收進明顯，在不均勻受力作用下，結構水平變形急劇增加。因此，根據施工模擬結果制定了相應的實測方案，得到結構在不同施工時期的水平變形及其規律。

2 實測方案

2.1 測點布置

結合塔樓整體測量需求和特點，水平變形監測點布置于結構第19M，31M，44，58，63，66，68，71M，74，75，84，85層，共132個水平變形監測點。以第19M，74層為例，監測點布置平面分別如圖3，4所示。

圖3 第19M層監測點布置

圖4 第74層監測點布置

2.2 實測方法及內容

水平變形實測采用全站儀三維變形監測系統，對未遮擋的外框鋼柱和核心筒監測點進行水平位移監測。

1)通過2個控制點分別對西、南側的監測點進行監測；東北角及東南角4個控制點分別對東、北、南側監測點進行監測；西北角及西南角2個控制點分別對西、北、南側監測點進行監測。

2)當結構施工至一定部位時，部分樓層外框鋼柱和核心筒會受遮擋，此時監測點采用內控法，使用外框樓板4個角點控制點，如圖 5所示。然后再分別對1～6 號點進行監測。每次使用內控法對外框鋼柱和核心筒遮擋部分進行監測時，內控制點均進行一級導線閉合，以減小誤差。水平位移是該監測點后期監測的坐標與初始坐標值之差。

圖5 第19M層樓板內控網控制點布置

3 實測結果

3.1 水平位移沿高度方向的變化

至2020 年1 月12 日，共監測了30期。第30期的核心筒角點(以角點1為例)在不同樓層處的水平位移沿樓層高度的變化情況如圖6所示，東西向水平位移向東為正、向西為負，南北向向北為正、向南為負，下同。由圖6可知，結構主要方向(南北向)水平位移大約在第58層以上突然增大，在第68層處達到最大值，并在第71M層發生方向突變，樓頂部的南北向水平位移約為68.75mm(向北)。結構東西向水平位移在第44，63，68層位置發生方向突變，樓頂部東西向水平位移約為62.95mm(向西)。

圖6 核心筒角點1在不同樓層處的水平位移變化

3.2 收進位置樓層平均水平位移隨時間的變化

收進位置第71M層處的核心筒和外框柱在各監測時段的平均水平位移如圖7所示(圖中虛線數據為監測期數，下同)。由圖7可知，核心筒從第12期開始有水平位移，方向與結構收進方向一致；在第27期，東西向水平位移達到最大值，約為72.18mm(向東)，此時南北向水平位移約為28.61mm(向南)；在第23期南北向達到最大值，約為66.36 mm(向北)，此時東西向水平位移約為5.91mm(向東)。

圖7 第71M樓層核心筒、外框柱在各監測時段的平均水平位移變化

外框柱從第21期開始有水平位移，方向與結構收進方向相反；在第30期向東和向南的水平位移同時達到最大值，分別約為76.81，69.22mm。向北的水平位移最大值發生在第26期，約為19.96mm。

3.3 收進位置樓層各測點水平位多隨時間的變化

收進位置第71M層處各水平位移測點編號如圖8所示。至2020 年1 月12 日，各測點位移時程曲線如圖9所示。

圖8 第71M樓層水平位移測點編號

圖9 第71M 層各監測點水平位移時程曲線

1)核心筒1號測點整體運動趨勢為向東北方向運動，向東最大水平位移為94.37mm，向北最大位移為82.19mm。

2)核心筒3號測點整體趨勢為從西北向東南運動，向西和向北方向水平位移同時達到最大值，約為37mm，向東和向南方向水平位移也同時達到最大值，約為44mm。

3)核心筒6號測點整體趨勢為從東北向東南方向運動，向東最大水平位移為98.36mm，向北最大水平位移為64.94mm，向南最大水平位移為52.69mm。

4)外框柱7號測點整體趨勢為向東北運動，向北最大水平側位為19.05mm，向東最大水平位移為83.43mm。

5)外框柱9號測點整體趨勢為向東南運動，向東最大水平位移約為75.05mm，向南最大水平位移約為67.89mm。

6)外框柱12號測點整體趨勢也為向東南運動，向東最大水平位移約為78.87 mm，向南最大水平位移約為77.89mm。

7)外框柱14號測點整體趨勢為向東北運動，向東最大水平位移約為51.47mm，向北最大水平位移約為58.75mm。

4 結語

1)結構南北向水平變形大約在第58層以上突然增大，在第68層處達到最大值，并在第71M層發生方向突變，樓頂南北向最大水平位移約為68.75mm(向北)；結構東西向水平位移在第44，63，68層位置發生了方向突變，樓頂東西向最大水平位移約為62.95mm(向西)。

2)根據71M層平均水平位移，核心筒水平位移方向與結構收進方向一致，核心筒水平位移最大值約為72.18mm(向東)和66.36 mm(向北)；外框柱水平位移方向與結構收進方向相反，水平位移最大值約為76.81mm(向東)和69.22mm(向南)。

3)單向收進超高層結構在施工階段的水平變形方向與核心筒收進方向一致。