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高烈度地区超高层钢结构工程钢板剪力墙安装后焊及施工阶段应力监测技术

高烈度地区超高层钢结构工程钢板剪力墙安装后焊及施工阶段应力监测技术

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● 项目概况


京东智慧城(图1)选址江苏省宿迁市宿豫区,位于宿迁电子商务产业园,洪泽湖东路以北、京东大道以东,总建筑面积50万㎡,包括10个单体建筑。其中的9#楼为超高层钢结构装配式建筑,高158.75m,共33层,采用钢管混凝土框架柱+钢框架梁—加劲钢板剪力墙+黏滞阻尼墙结构体系(图2),抗震设防烈度为8度0.30g,建成后将成为宿迁市的地标建筑。



● 钢板剪力墙结构特征及装配顺序


钢板剪力墙主要承受水平荷载,形成钢板剪力墙结构。此类结构具有质量轻、抗侧能力好的特点,适合在高层以及超高层建筑中应用。薄钢板剪力墙结构作为一种新的结构体系,能够充分利用薄钢板的拉力场效应,具有较大的弹性初始刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等优点。


为了防止钢板剪力墙随着塔楼施工进度的推进,在自重荷载不断增加的情况下,钢板内部产生装配竖向应力,影响加劲钢板墙整体的抗侧力性能。钢板剪力墙的施工均与楼层安装同步,但是不随楼层体系同步焊接(先采用临时螺栓固定),待主体钢结构施工至21层,且混凝土楼盖施工至16层后,开始焊接首层钢板墙并逐步向上施工至主体结构施工完成(如图3所示)。



● 钢板剪力墙应力监测体系


重力荷载产生的压应力会对钢板墙的受力性能产生不利影响,虽然竖向加劲肋的交替布置以及采取钢板墙滞后焊接的技术措施可一定程度缓解压应力效应,但是实际情况终究不可避免地使钢板墙受压,施工模拟分析结果表明,恒荷载产生的钢板墙压应力不应大于30MPa,活荷载产生的压应力不应大于15MPa,为确保施工与运营阶段结构的安全性,认知钢板墙的实际应力变化状态,健康监测很有必要。


健康监测可对办公楼钢结构施工及运营期间钢板墙的竖向内力进行长期监测,利用结构性能指标,对结构的功能性进行评价与预警;可对施工、环境荷载的长期效应以及结构问题进行综合性诊断;可建立起结构健康档案,为工程正常施工与维护提供可靠依据,具体化为以下监测目标:


(1)对施工过程的结构受力进行参数监控,掌握工程的施工状态;


(2)对工程竣工后的南北侧机电房内的钢板墙进行长期监测,把握结构日常运营期间在自然荷载作用下的结构响应;


(3)及时发现钢板墙响应的异常、结构损伤或退化,确保传感器所在位置结构的正常受力;


(4)取得一份完整的施工与运营监测数据资料。


监测点布置如下(图4):


共设51个应力监测点(49个竖向监测点和2个水平方向监测点):


(1)1~2F设竖向监测点21个(图5);


(2)7~8F设监测点8个(2个水平方向监测点和6个竖向监测点,图6);


(3)11~12F设竖向监测点14个(图7);


(4)22~23F设竖向监测点8个(图8)。



监测时间与频次如下:


(1)待主体钢结构施工至21F且混凝土楼盖施工至16F时,焊接固定1F 钢板墙,启动监测作业应力校零;


(2)主体钢结构与混凝土楼盖每施工2层监测采集应力数据1次;


(3)幕墙、隔墙每施工10层监测采集应力数据1次;


(4)混凝土楼面装修每施工5层监测采集应力数据1次;


(5)南北侧机电房(11~12F、22~23F)内监测点保留至建筑运营阶段1.5年,每3个月监测采集应力数据1次。


监测设备采用振弦式应变传感器VWS-10B(图9~10),它是一种应用范围较广的传感器,对现场连接要求不是很高,对器材绝缘度以及导线长度无特殊要求,适用于长期稳定的数据采集。



● 应力监测结果与数值分析对比


对1F、7F、11F、22F各楼层钢板墙焊接固定后,传感器数据校正归零开始采集数据,各测点应力变化汇总如图11~17所示。



从上述图表数据中可以看出各楼层在施工过程中竖向应力整体呈上升趋势,但变化不大且后期呈平缓趋势。


● 结  论


经过对主体结构施工过程的应力监测,通过数据采集及汇总分析,得出以下结论:钢板墙在整个施工过程中,测点应力未超过设计单位提供的预警值,其变化在允许范围内,与设计院理论计算值相符。本文所列数据均为主体结构施工阶段的监测数据,可为后期类似结构的应力监测提供参考。因工程施工尚未结束,后期仍会在幕墙、机电、精装施工以及竣工运营后的一定时期内对钢板墙应力持续进行监测,形成一份长期数据并予以分析,为后期同类型项目的结构安全提供参考。


(责任编辑:何雯丽)



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