高层建筑物沉降观测及其数据分析

【关键词】高层建筑物；沉降观测；数据分析 

　　1 高层建筑沉降观测的基本特点 

　　为了能及时监测高层建筑物的沉降状况, 沉降观测点一般在新建筑物进行基础施工时或已有建筑物需要监测时布设。新建建筑物布设沉降点时, 尚不能顾及沉降点周围可能砌筑隔断墙或铺设管道设备等, 前期施工现场堆放物较多, 施工现场凌乱, 基础沉降点容易被压盖或碰撞。现场施工人员庞杂, 各工序人员不同, 交接协调工作如不及时, 沉降点就有被人为覆盖或损毁的可能。如不及时进行观测, 就会失去某一时段的沉降数据, 且无法恢复或重测。每次观测完毕, 应及时处理数据, 以便及时发现问题解决问题。因此, 高层建筑沉降观测具有以下特点: 

　　1.1 监测环境复杂性, 障碍物多, 通视条件差; 

　　1.2 沉降点点位易受破坏, 影响沉降观测的连续性; 

　　1.3 监测工期较长, 人力物力消耗大; 

　　1.4 原始数据量大, 数据处理繁琐; 

　　1.5 监测的实时性和不可逆性。 

　　2 沉降观测的原则 

　　沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则： 

　　所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。 

　　将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。从而确定出沉降量并统计表汇总。同时要计算出建筑物平均沉降量、平均沉降速率、各沉降点位沉降速率、基础相对倾斜、相对弯曲和沉降点最大差异沉降量等重要数据。绘制沉降曲线图。 

　　另外，利用EXCEL，通过公式定制，只要每次将观测的日期和沉降点高程向相应单元格输入（可设置自动连接或用键盘录入），便可将本次沉降量和累计沉降量计算出来，并在图表区域自动展绘沉降量曲线图。无需手工绘制，准确美观。同时可以求取回归线性方程，根据回归线性方程可以预报出监测点的高程，以达到检测目的。 

　　3 观测点的布设 

　　3.1 确定观测场地 

　　在确定观测场地时, 首先应考虑观测点位的长久性和易于观测两个因素。 如今的高层居民楼大多附带有地下配套设施区域; 商业楼均要求有地下车库, 在这些区域内布点既能完整地提供整个施工过程的沉降数据, 又能达到长期观测的目的, 不但受施工影响小(有时需要施工方的密切配合) , 而且给观测工作提供了一个良好的工作环境。 

　　3.2 沿轴线布点 

　　层面确定以后, 沿建筑物设计的轴线布点, 可隔线布设,也可隔行交叉布设, 有时还需要上下交叉(地上, 地下)布设。将点连成线, 以线构成网, 以网代表面, 才能控制住整幢大楼, 又给绘制各点位沉降曲线图、各轴线的沉降剖面图提供了方便 。 

　　3.3 在受力体上布点 

　　确定点位时, 应在线的主要受力体上布点。目前, 高层建筑物的结构多以框架结构为主, 附带有框剪、框筒等常见的几种结构形式。这几种结构的建筑物, 它们的柱体、剪力墙、筒体均为受力体, 都可选择观测点。 

　　3.4 布设局部特征点 

　　整体网点选定后, 可根据建筑物本身的局部特征及设计方的要求来布设局部特征点, 通常主要注意以下三点。 

　　3.4.1 地质条件改变处 

　　对于两种地质类型的变化处, 应增设特征点, 用于观测区分不同地质类型的沉降差异。 

　　3.4.2 后浇带 

　　后浇带是施工过程中为消除差异沉降引起的基础底板内力的一种方法。对于沉降观测而言, 在后浇带处布设特征点, 可以观测因后浇带的存在两边的自然沉降和差异。 

　　3.4.3 基础形式改变处 

　　不同的基础形式, 存在着不同的沉降结果, 在基础形式改变处加布特征点, 可监测两种基础形式的沉降差异及局部沉降。 

　　3.5 点位在受力体上的方向 

　　点位在图纸上基本确定以后, 应根据建筑物的大小或根据观测点的点数, 将其划分为若干个观测闭合环, 然后按闭合环确定观测点在受力体上的埋设方向, 以利于观测的方便和提高观测速度。 

　　4 数据处理及资料整理 

　　随着计算机技术的广泛应用，原始的沉降观测数据记录及数据处理采用 Microsoft Excel 2003进行整理并生成图表，便于建立建筑沉降观测数据库，做到对建筑物的状态进行及时和科学的管理。 

　　4.1 沉降观测原始记录 

　　鉴于沉降观测记录手簿与常规的水准手簿有所不同，结合工程实际，利用电子表格编制了用于沉降观测水准记录的表格。采用 A4幅面，便于工程资料归档。 

　　在表格相关单元格中输入计算公式，例如，在单元格 B11 中输入“=B10-B9” ；单元格 D11中输入“=D10-D9”；在单元格B12中输入“=B11-D11”；在单元格 I11中输入“=I9-I10”；在单元格 J11中输入“=J9-J10”；在单元格 K9 中输入“=I9+＄K8＄-J9”；单元格 K10 中输入“=I10+＄K8＄-J10”；在单元格K11 中输入“=I11-J11”；在单元格 L11 中输入“=（I11+J11）/2”。以下各测站采用复制功能，则单元格对应公式将随之变动。这样，观测数据一经输入，所有数据就可马上准确计算出来。 

　　4.2 沉降观测汇总成果表 

　　鉴于沉降观测工程的特殊性， 将每次观测数据及时整理并进行平差计算，求出每个观测点的高程值，从而确定各点本期沉降量以及累计沉降量。 根据观测数据，本人利用Excel编制沉降汇总表，只要每次在表中输入本期各观测点的高程，就会计算出本期沉降量以及累计沉降量。表中单元格D8 中输入公式“=（C8-B8）*1000”，分别在本次下沉列复制此公式，在累计下沉列单元格G8中输入公式“=（E8-B8）*1000”，分别在对应列中复制此公式即可很快计算出沉降量。 

　　4.3 用Excel绘制时间—沉降量曲线图 

　　时间—沉降量曲线图能够形象直观地反映建筑沉降变化趋势。利用Excel对数据处理的强大功能，把沉降汇总表的格式作适当调整，亦能绘出好的沉降曲线图。 

　　4.3.1 在 Excel 文档中，分二列输入表中数据，点击常用工具栏中的“图表向导”→在“标准类型”选项卡中选“折线图”，然后点击“子图表类型”中的“数据点折线图”→“下一步”。 

　　4.3.2 选击“系列”，点击“添加”，当光标在系列一的“名称”中闪烁时，点选数据表中的“累计沉降（mm）”。在“值”中点击左键，按住鼠标左键，拖选数据表中对应“累计沉降量”的数据。在“分类 (X) 轴标志”点击左键，按住鼠标左键，拖选数据表中对应“观测日期”的时间 →“下一步”。 

　　4.3.3 点击“标题”，在图表标题中输入“CJ1 点时间-沉降量曲线图”；在“分类 (X) 轴C”中输入“观测日期”；在“数据（Y）轴V”中输入“累计沉降量（mm）”。再点击“数据表”选中“显示数据表”→“下一步” 。 

　　4.3.4 点选“作为新工作表插入（S）”→“完成”。 

　　4.3.5 点击“工具”→“选项”→“图表”，将“当前图表空单元格的绘制方式”点选为“以内插值替换”→“确定”。 

　　4.3.6 鼠标右击沉降曲线，选择“数据系列格式”，设置其线型和数据标记，并勾选线型中“平滑线”，这样完美的沉降曲线就画好了。 

　　5 结束语 

　　为了掌握建筑工程沉降程度及沉降趋势，为工程质量提供科学的分析依据，指导合理的施工工序，高层建筑物沉降观测应贯彻到工程施工、营运等阶段。对高层建筑物沉降观测的流程（包括高层沉降特点、沉降观测点的埋设、观测原则、数据整理）作一些简要论述。 

　　参考文献 

　　[1]李仕东.工程测量（第三版）. 2009. 

　　[2]成 伟，陈建兵.高层建筑物沉降监测数据综合分析的几种方法[J]. 2004，20(1):13. 

　　[3]JGJ 8- 2007, 建筑变形测量规范. 2007.