广州周大福金融中心施工过程中压缩变形数据分析与研究

 邹  俊1，孙  晖2，李  杰2，谢国松3

（1．中国建筑股份有限公司，北京  100037；2．中国建筑第四工程局有限公司，广东广州  510000；3．中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北武汉430000）

[摘要]主体结构压缩是超高层施工过程中需要重点监测及控制的关键要素之一。为实时了解主体结构在不同施工阶段的压缩量，并探索出一种切实可行的超高层压缩变形测量与控制方法，广州周大福金融中心项目部对主塔楼施工全过程进行系统的压缩变形监测，深入摸索压缩变形产生的原因、影响因素、变形速率以及在大楼建设过程中采用的预加压缩值方法。

[关键词]高层建筑；压缩变形；均匀补偿；数据分析

[中图分类号]TU974  [文章编号]1002-8498(2016)12-0034-04

0  引言

 由于超高层建筑高度远超过普通的高层建筑，质量也是普通高层的数倍，在质量和塔楼高度翻倍的情况下，施工过程中原本可以忽略的柱子轴向压缩和内外筒的压缩差异增大到不可忽略的尺度，故需要进行进一步的分析和计算。

 超高层建筑每层竖向构件的受力情况、截面、材料都不尽相同，甚至差异较大，因此会造成核心筒与外框柱轴向压缩变形具有较大差异。如果在设计和施工阶段不考虑这些竖向变形的影响，在建筑建成后，将产生诸多问题，例如：楼板不平、结构的伸臂桁架、平面梁以及一些腰桁架、斜撑产生较大的变形次应力，从而导致整体结构的安全性、稳定性下降，影响建筑物的使用功能。较大的竖向变形也会对建筑幕墙、机电管道的定位产生影响、甚至影响电梯等设备的正常使用。而且随着建筑建成后交付使用的时间变长，由于混凝土收缩、徐变引起的竖向变形还会进一步加剧。

 因此，对施工中的超高层建筑进行竖向压缩变形监测与调控具有重大意义，本文以广州周大福金融中心（简称广州东塔）为依托，深入研究施工过程中塔楼压缩变形监测及调控方法。

 广州东塔位于广州天河区珠江新城CBD中心地段，结构体量庞大，建筑超高。塔楼总高度530m；地下5层，地上111层；总建筑面积50. 77万m2。主体结构为由核心筒加外框8根巨柱及6道伸臂桁架层组成的巨型框架一简体结构。整栋大楼主要使用功能包括商场、写字楼、公寓式住宅、五星级酒店和餐厅等。

1产生压缩变形的要因分析

 根据对结构的分析，总结引起压缩变形的因素主要如下。

 1)竖向结构构件的弹性变形  主要为由建筑物自重及其他荷载对竖向构件产生的弹性压缩变形。无论采用何种结构形式，该类变形都会发生，且发生是即时的，相对于其他类型的变形，弹性变形更易量化，相对估算也较为准确。

 2)组合结构竖向构件的徐变和收缩变形  徐变变形与建筑物自重及其他荷载以及加载时间有关，收缩变形主要与构件的成型日期相关。此2种变形会随时间不停变化，结构形成初期变形较大，后期减缓。在估算中，此2种变形不易量化也较难估算的特别准确。

 3)温度引起的热胀冷缩  该类变形最为复杂，由于温升温降的变化，所处时间、空间的不同，都将带来复杂多变的影响，因而想要量化估算非常困难，需要大量的试验和经验积累，但考虑到建筑物的热胀系数较小，故在本次分析中不做过多考虑。

2压缩变形补偿的思路及方法比选

 由于超高层建筑竖向构件有较大的轴向压缩量且竖向构件之间可能存在不可忽视的轴向压缩差异，如广州东塔设计单位提供的核心筒压缩预设值为162mm，外框巨柱预设压缩值为132mm，两者之间存在30mm差距，需要在施工过程中，采取“主动补偿”的方法，对结构标高进行“抬高”。

2.1  压缩变形补偿依据

 压缩变形补偿量主要为结构设计单位提供的预设压缩值。根据本工程结构总说明图纸和设计单位提供的预设压缩值，经项目测量工程师分析研究，制定压缩监测具体实施方法。广州东塔设计单位提供的预设压缩值如表1所示。

2.2压缩变形补偿方法对比

 超高层建筑竖向构件轴向压缩变形的补偿方法大致可分为两种：分段补偿和逐层补偿。

 1)分段补偿即把塔楼竖向分为若干段，例如按桁架层或设备层分段，在施工标准层时，对压缩变形不做补偿，而在各分段的桁架层或设备层集中补偿各分段中每层所累积的压缩变形。该方法优点是补偿次数少，便于操作，并减少人为错误的机会，但主要存在两个缺点：①每个楼层实际标高与设计标高存在较大差距，导致部分楼层净高不足，影响楼层使用功能；②出现内外筒轴向压缩变形差较大，导致不能及时发现并调整补偿。

 2)逐层补偿  可细分为非均匀补偿和均匀补偿。由于建筑物从下往上，竖向构件的形状、材料、刚度和受力情况都不尽相同，因而轴向压缩变形并不均匀。在广州东塔项目中，如采用不均匀补偿法，按照结构设计单位提供的预设压缩值，在施工过程中进行标高预抬高，则根据楼层标高计算出每段楼层在施工过程中每米预加值，在引测标高时预抬高绝对标高，每段楼层每米预加值如表2所示。

 通过计算发现，核心筒和巨柱除L1~L22和L39~L55这两个楼层段压缩预加值出现差异，其他区段压缩预加值相同。且核心筒压缩预加值大于外框巨柱，差值最大在L22以下这一段，核心筒与巨柱每米高差为0. 21mm，按标准层4.5m层高计算(4.5 x0.21<1)，差值不到1mm，这样小的差异不影响结构受力和工程质量，故在本工程的施工中以核心筒标高为基准向外框巨柱引测，外框巨柱通过连接焊缝主动抬高，达到内外筒标高一致。设计完预加值后通过实际测量检验预加值和实际压缩量之间的关系，按照实际测量数据及时调整预加值。

 由于每段楼层每米预加数值不同，在实际施工中不便于操作，且容易出现错误。因此，本工程采用均匀补偿法，对竖向构件的标高“逐米预加”。在不考虑沉降的条件下，为使最终结构标高与设计标高一致，采用总预设值162mm计算。而每米预加值为162/518=0.31mm≈0.3mm。

3  施工过程压缩变形的监测

 由于理论计算的宏观性和指导性，常造成理论计算数值与结构实际变形之间存在误差，还会因为计算过程中考虑的因素不够全面导致结果存在漏洞或者错误，因此，仅仅依据理论值直接指导现场结构安装预调，其结果不够可靠，误差较大。因此需要在施工过程中对已建结构进行实时竖向变形监控，监测实际变形与理论值之间的偏差，监测实际与计算之间的偏差，及时评估压缩补偿措施是否达到预计效果，并根据测量结果矫正理论计算结果得到更高楼层的预调值。

3.1  监控点布置

 根据图纸设计要求和楼体结构组成形式，考虑监测点的位置能够真实反映变形量，在本工程中共布设12个监测点，分别位于核心筒四个外角和外框8根巨柱上，采用高程标注的方法，在核心筒和巨型钢混柱浇筑完后；每10层布置1次监测点，用墨线标识；初次标示保证12个监测点在同一标高。这样做的好处是：在同一楼层12个监测点之间发生变形差后能快速直观地反映出来。监测点布置示意如图1所示。由于竖向变形的测量时间久，次数多，测量点布置完成后应及时测量并记录原始数值，对测量点进行标示注明测量用点，并在施工过程中督促施工人员进行保护。

3.2监控过程

 1)在核心筒首层结构施工完后，通过精密水准仪把标高引至核心筒4个外角；选择合适的位置，确保在整个工程施工过程中不被破坏，做好标示并加以保护。

 2)主体结构每向上施工10层布置1次监测点，监测点布置好后通过预留的测量放线洞，使用全站仪把标高引测至监测点所在楼层，每次标高传递都选择2个或2个以上不同点位进行传递，通过校核无误后再使用水准仪测量出12个监测点的高程。

 3)以后每加高10层，用同样方法从首层开始向上引测，每次测量都要把经过楼层的12个监测点全部测1遍。例如，施工到20层时就要测量10，20层，以此类推直至结构封顶。这样的测量数据相对全面，可以反映每段楼体之间在不同荷载情况下的变形量。

 4)用全站仪向上测量高程时，在仪器极限测距范围内（根据仪器性能，数百米至1km），应尽量减少转站，以减少转站导致的累计误差。

4监测数据分析

 为检验基于竖向压缩理论求取的压缩量的准确性，在工程施工中共进行了11次监测。监测过程中发现内外筒12个监测点的平均数值差异较小，在取值时选择12个监测点的平均数值。全部监测数据如表3（90层以上未预加每米0. 3mm）所示。

 表3中数值为“+”表示高于设计标高，“一”表示低于设计标高。各分段压缩量=各分段最终与设计标高的差值+各分段压缩量，以L20~L30分段为例，该分段压缩量=( 20 - 13)+15.63=22. 63 mm。总压缩量等于各分段压缩量之和。对表

3中进行数据分析可以得出以下结论。

 1)通过11次监测，得出压缩量逐渐增大，而最终的总压缩量为各分段最终压缩量之和，即148mm，比设计单位提供的预设压缩值162mm稍小。

 2)数据显示，楼层最大压缩量出现在L20~L30分段，累计压缩23. 5mm，设计预加压缩值为13.5 mm。

 3)通过表3中的数据计算出每段楼层在整个施工过程中的压缩量如图2所示。

 施工过程中实测压缩值与设计压缩值的对比如表4所示。

 由表4可知，广州东塔设计压缩值与实测压缩值较为接近。

 4)因为整个监测过程时间跨度较长，随着楼层的不断升高、荷载加大，建筑竖向结构使用的混凝土、钢筋等材料会发生徐变和收缩变形，并随着时间的推移不断变化；这时受建筑物自重及其他荷载以及加载时间等多重因素影响，压缩变形存在于整个施工过程中，监测数据与理论值一致。经过压缩补偿后，最后的监测数据和预加值出现少许差异，其最大差值为11mm，出现在70~80层，平均到每层即为1. 1mm的相对误差，小于规范对于现浇混凝土结构层高±10mm的要求，不影响整个工程的质量和使用功能。此外，经补偿后的110层标高仅比设计标高低23mm，亦满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015中，全高允许偏差±30mm的要求。

5结语

 本工程的监测结果显示：整个楼体结构压缩数值稳定，顶层最后的绝对标高与设计标高相比仅有23mm的差值，通过在屋面施工过程中一次补偿消除，保证了塔楼标高与设计标高一致，且符合各项建筑工程验收规范。所用的“主动补偿、逐米预加”的方法很好地解决了530m超高建筑超大体量、巨大荷载所带来的压缩变形问题。

 此外，在广州东塔项目中，由于核心筒与外框巨柱的压缩预设值差异较少，而采用了同样的补偿量，实际上，在其他超高层建筑项目中，若经分析计算，显示竖向构件轴向压缩变形差异较大．则需根据各构件的压缩预设值，分别设定补偿值，以避免出现楼板不平等问题。