陈榕城

(厦门市工程检测中心有限公司　福建厦门　361004)



超高层钢结构建筑施工受日照影响的监测与研究

陈榕城

(厦门市工程检测中心有限公司福建厦门361004)

太阳光作用引起的温差变化对于钢结构，尤其是超高层结构建筑的施工有着重要影响。文章以厦门帝景苑项目为例，采用GPS静态测量和全站仪对超高层钢结构进行监控量测；并对测量数据进行处理分析，研究太阳光对超高层钢结构施工的影响。

日照变形；GPS静态测量；全站仪坐标法

0　引言

近年来，建筑行业纷纷采用增加楼层的办法缓解建筑用地的资金紧张问题，尤其在大中城市，高层建筑日益增多。且随着科技的迅猛发展，新兴建筑材料的投入使用，建筑行业正在颠覆人们对传统结构的认识，超高层钢结构也得到了更广泛的应用。随着施工楼层的升高、控制网传递次数的增加，测量过程中各种难以消除的误差，包括了人为元素、仪器本身性能与精度条件、环境等影响[1-2]。其中太阳光照射引起结构正反面的温度差导致结构的弯曲变形也是重要的干扰因素[3-5]。本文利用GPS静态测量和全站仪坐标法进行观测分析，以便及时掌握和控制日照变形对本工程钢结构安装的垂直度、标高、定位轴线等测量精度影响。

1　工程概况

厦门帝景苑项目地块位于厦门筼筜湖与大海连接的西堤东南，规划建造5幢62层超高层住宅楼，本项目以1#楼为研究实例。1#楼为矩形钢管混凝土柱框架-钢板混凝土剪力墙结构，楼盖采用型钢梁和钢筋混凝土现浇板组合楼板。地下结构4层，地上结构62层加一层屋顶层，主体结构标高范围-21.060m～ 245.690m，加顶层构造层建筑最高位置标高251.100m。框架巨型钢柱均为箱型截面，剪力墙内部设劲性钢柱和抗剪钢板，钢柱截面最大尺寸为口2 500×2 500×80×80，钢梁主要为热轧H型钢和焊接H型钢，其最大规格尺寸为H2 000×1 000×40×60。1#楼整体三维示意图详见图1。

2　日照变形测量方案

根据本项目主体结构特点、所处的周边环境条件及设计要求，提出日照变形测量方案，采用GPS静态测量和全站仪坐标法对比观测晴天和阴天时太阳光对超高层钢结构建筑在施工中的影响，并对测量数据进行处理分析，分析钢构件安装施工过程中受日照温差影响造成的变形情况。

2.1测量内容

GPS静态测量测点布置见图2。

(1)GPS静态测量

采用5台trimble R4 GPS接受机以静态测量模式同步观测，其中3台架设于地面控制点G1、G2、G3上，另两台设在目标层(高150m)钢柱顶部控制点上，共测量R1、R2两点，每点观测时间为有太阳光的白天，采样间隔为15s，卫星高度角限值为15°，顶部点无遮蔽物，多路径效应不明显。天气晴朗，风很小，数据采集情况正常。

(2)全站仪坐标法

在GPS静态测量测点R1、R2相同的钢柱东侧固定棱镜，在目标层(高150m)钢柱东侧200m外的控制点上架设全站仪，以相对坐标法同步观测R1、R2两点的变形情况。

2.2数据处理

2.2.1日照变形的主要影响因素

(1)人为因素

因本文主要研究GPS静态测量，GPS静态测量时人为影响因素基本不作考虑，全站仪测量采用固定人员多次观测取均值降低人为因素的影响。

(2)仪器因素

GPS进行测量的基本原理概括为利用GPS技术，通过卫星发射信号，经由地面接收机采集后计算分析得到接收机的精确位置。参照GPS定位原理，2D维度需要三颗卫星，而三维坐标则需要4颗卫星才能实现。通过传输信号的不断更新，接收机解即可得到移动速度以及位置信息。且GPS静态测量精度的主要影响因素是发射卫星信号的强度以及卫星的位置分布，满足本次测量的精度要求。因本次测量采用的是徕卡TM50全站仪，测角精度：Hz.V 0.5″(0.15mgon)，最小显示：0.1″(0.01mgon)，测距精度：0.6mm+1ppm。可进行水平、垂直角度以及水平、垂直距离的测量，能承受风雨以及恶劣环境，可与TPS和GNSS操作平台进行扩展，使用灵活，反应灵敏度高，满足本次测量的精度要求[6]。

(3)环境因素

由于太阳照射强度随着建筑物所在地理位置、访问、朝向以及所处地区气候变化而改变，并且在建筑物的内外表面之间，还不断以辐射、对流、传导等方式与周围空气介质进行热交换，因此建筑物在日照作用下温度计算十分复杂，且建筑物自身震动及风力等因素的影响，测量时应选择风力较小，且暂停塔吊施工等办法，为简化起见本文主要研究取为结构向阳面和背阳面的温差影响[5]。

2.2.2测量数据处理与分析

随着施工楼层的升高、控制网传递次数的增加,测量过程中日照变形偏差因素产生的累积误差对测量精度的影响逐渐变大。为了及时掌握和控制上述偏差对本工程钢结构安装的垂直度、定位轴线等测量精度影响，在白天(9:00～18:00)整周期采用GPS静态测量和全站仪坐标法进行观测分析。

(1)GPS静态测量

GPS静态测量测得数据如表1(晴天)所示。

表1　晴天GPS静态测量数据　m

GPS静态测量测得数据如表2(阴天)所示。

表2　阴天GPS静态测量数据　m

GPS静态测量测得数据以9:00为基点各时段的变形情况如表3(晴天)所示。

表3　晴天GPS静态测量数据(以9:00为基点)　m

GPS静态测量测得数据以9:00为基点各时段的变形情况如表4(阴天)所示。

表4　阴天GPS静态测量数据(以9:00为基点)　m

GPS静态测量测得数据以9:00为基点各时段的变形情况如图3～图6所示。

(2)全站仪坐标法

全站仪坐标法测得数据以9:00为基点各时段的变形情况如表5所示。

表5　全站仪坐标法测量数据(以9:00为基点)　m

全站仪坐标法测得数据以9:00为基点各时段的变形情况如图7～图8所示。

2.3变形分析

分析表明，阴天测得数据偏差均在(-3mm～3mm)之间，偏差原因主要是系统误差及塔吊施工等因素，GPS和全站仪两种测量方法平面坐标吻合较好，最大偏差为4mm，偏差数据还存在系统性，所以晴天测得的数据是好的，可以用的。

通过白天(9:00～18:00)整周期的观测，由于太阳光照射在钢柱的一侧，钢柱将会向背光的一侧发生附加的倾斜位移。尤其是厦门的10:00～11:00和15:00～16:00时，柱的两侧会产生较大温差从而产生倾斜位移。

3　日照变形校正方案

为了控制日照变形造成的误差，在施工的同时采取同步校正的方案。即在结构安装的同时进行监测数据分析，得到日照温差可能造成的变形值，对比设计数据反向求差值后施工，进行校正。这时钢结构安装测量可考虑对钢柱进行预偏，预偏方向与太阳光照方向相反。示意图如图9。

综合考虑日照温差随时间的不确定性及钢柱垂直度允许偏差，在实际的测量作业过程中，取1/2⊿(⊿为钢柱顶受日照温差影响产生的位移值)为常数进行预偏，即在此情况下，向日照反方向预偏1/2⊿[4]。

并且，根据初步施工经验重复得到一天内不同时段的大致预偏值：早上9点以前和下午4点以后预偏值较小，10:00～16:00 预偏值较大。尽可能选择早晨和傍晚(早晨9点钟之前、以及下午4点钟之后)阳光较弱时间，以及塔吊停运转时，进行测量平面控制网设置和垂直向上传递以及对重要钢构件平面位置、标高及垂直度进行最终测量校正。阳光直射对钢结构的施工、测量影响最大，应尽量避免，选择项目所在地的环境温差较小时进行施工作业，并采取同步校正安装方法，可以减轻日照温差的影响，提高施工质量。通过同步校正安装方法，有效控制了日照偏差，满足了施工精度要求[7]。

4　结论

日照引起的温差对于钢结构施工有着重要影响，不得忽视。本文以厦门帝景苑项目为例，采用GPS静态测量和全站仪坐标法对超高层钢结构进行监控量测，并对测量数据进行处理分析，得到以下结论：

(1)太阳光照射钢柱一侧，钢柱将向背光的一侧发生倾斜位移， 10:00～11:00和15:00～16:00发生倾斜位移最大。

(2)针对日照温差的影响规律，为钢结构提出可行性方案：阳光直射对钢结构的施工、测量影响最大，应尽量避免，选择项目所在地的环境温差较小时进行施工作业，并采取同步校正安装方法，以减轻日照温差的影响，提高施工质量。

[1]龙驭球，包世华.结构力学[M].北京:高等教育出版社，2006.

[2]GB50017-2003 钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社，2003.

[3]贺志勇,吕中荣,陈伟欢，等.基于GPS的高耸结构动态特性监测[J].振动与冲击，2009.28(4)：14～17.

[4]徐乃祥.日照对预制钢筋混凝土柱垂直度的影响[J].建筑技术,1986.03:50-52.

[5]林错错,王元清,石永久,等.温度作用对钢结构设计与施工的影响分析[A].全国现代结构工程学术研讨会，2010.948～956.

[6]贺志勇,赵龙,吕中荣,等.RTK-GPS在广州新电视塔变形监测中的应用研究[J].工程勘察，2010.(4)：67～70.

[7]杨皓东,何焰江,张秉文.日照温差对大跨度钢结构柱安装影响的探析[J].工程与建设，2012.26(5)：676～677.

Influence of solar light on the construction of super high rise steel structure by GPS and total station

CHENRongcheng

(Xiamen Engineering Test Center Co., LTD，Xiamen 361004)

The change of temperature difference caused by solar light has important influence on steel structure, especially in the construction of super high -rise building. This paper takes Xiamen Dijingyuan project as an example, both the GPS static measurement and the total station are used to conduct solar radiation deformation monitioring; And through the processing of data analysis, to study the effect of sunlight of high-rise steel structure construction.

Solar radiation deformation； GPS static measurement；Total station coordinate method

陈榕城(1983.02-)，男，工程师。

E-mail: 106990002@qq.com

2016-05-10

TU3

A

1004-6135(2016)07-0105-04