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钢结构施工过程应力监测方案
上海宝冶X提供钢结构施工过程应力监测方案
本工程西亚宾馆改建项目位于市区中心繁华地段徐家汇区域，西至美罗城，东临天钥桥路，南接汇联百货，北靠肇嘉浜路。建筑结构主要屋面高度为67.5 米，地下3 层，地上13 层，基础埋置深度约为14.6 米。地上2 至4 层为公共停车区域；5 层为设备层；6 层以上为办公用房。地下1，2 层为商场，地下3 层为设备用房。整栋建筑平面呈矩形，长约56 米，宽约22 米，建筑X层层高7.2 米，标准层层高4.4米。
该工程结构体系为钢框架支撑悬挂结构，结构材料主要为钢材和钢筋混凝土。其中钢结构总吨位约为6000 吨，由两个钢支撑核心筒、框架结构、钢桁架及与桁架连接的悬挂结构构成。钢支撑核心筒主要包括钢柱、钢梁、双向支撑及BRB 支撑，如图1所示。
图1 西亚宾馆改建项目总钢结构布置图
该项目钢结构桁架及悬挂结构的施工采用先搭设临时支撑平台，然后在临时支撑平台上进行上部钢结构桁架及悬挂结构拼装，待上部结构拼装完成后同步卸载拆除临时支撑，在此过程中上钢结构的受力状态是一个变化的过程，为了确保上部结构受力体系转换过程的施工安全，需要对上部结构受力较大的关键部位进行应力监测，通过监测为施工过程提供可靠的数据信息，实现信息化施工。同时，结合监测数据与施工过程结构的受力分析计算结果对比分析，对施工方案的合理性和安全性做出评价，以便在施工过程发现构件承载力不足或变形过大时，及时采取补救措施。
1）《建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范》JGJ/T 302-2013；
2)《建筑结构检测技术标准》（GB/T50344-2004）；
3)《钢结构设计规范》GB50017-2003；
4) 委托方提供的技术资料和监测要求。
1）13层～顶层钢结构桁架层监测点
13层～顶层钢结构桁架下弦悬臂梁根部（与框架柱对接的部位），四道横向桁架，两道纵向桁架，共计应力监测点12个，测点部位如图2 所示。
图2 13层～顶层钢结构桁架悬臂梁根部应力监测点示意图
13层～顶层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆件应力监测，共计监测点12个，测点部位如图3 所示。
图3 13层～顶层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆应力监测点示意图
8层～顶层钢结构安装完毕后，在临时支撑卸载的过程中钢吊柱受力发生较大变化，需要在卸载过程中监测其应力变化情况，共计16个监测点，测点部位如图4所示。
图4 13层～顶层桁架底部钢吊柱应力监测点示意图
2）5层～6层钢结构桁架层监测点
5层～6层钢结构桁架上、下弦悬臂梁根部（与框架柱对接的部位），四道横向桁架，两道纵向桁架，共计应力监测点24个，测点部位如图5 所示。
图5 5层～6层钢结构桁架悬臂梁根部应力监测点示意图
5层～6层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆件应力监测，共计监测点24个，测点部位如图6 所示。
图6 5层～6层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆应力监测点示意图
2层～6层钢结构安装完毕后，在临时支撑卸载的过程中钢吊柱受力发生较大变化，需要在卸载过程中监测其应力变化情况，共计12个监测点，测点部位如图7所示。
图7 5层～6层桁架底部钢吊柱应力监测点示意图
5层～6层核心筒角柱底部和顶部应力监测，共计8 个监测点，测点部位如图7所示。
图8 5层～6层核心筒钢柱应力监测点示意图
4.1 应力监测使用的仪器设备
该项目钢结构施工过程应力监测采用振弦式应变计，监测数据采集BGK-40型数据采集仪以及应力监测数据分析处理软件，如图5所示
图5 钢结构应力监测仪器设备
4.2 振弦式应变计应力监测原理
振弦式应变计根据弹性体振动理论，一根金属弦在一定的拉应力作用下，具有一定的自振频率，当其内部的应力变化时，它的自振频率也随之变化，金属丝振动频率与张力的平方根成正比。通过测量钢丝弦固有频率的变化，就可以测出外界参数的变化，振弦式传感器就是根据这一原理作而成的，利用这种变换关系可以用来测量多种物理量。
钢弦的振动频率与其张力之间的关系为：
式中，ƒ为钢弦的自振频率；L为钢弦的长度；
ρ为钢弦材料的密度；δ为钢弦上的应力。
振弦式传感器工作时其内部的电感线圈接收电缆上的脉冲信号后产生交变磁场激励振动钢弦，同时也接收钢弦振动所产生的激励信号，当振动钢弦内部的应力也发生了改变，根据式(1)则输出频率也发生了变化，频率ƒ与钢弦的拉力P之间有转换关系，简化考虑成一次线性关系，引入系数K，将上式变换，得到：
式中，E为弹性模量，k为传感器的标定系数，f0为初始频率值。
4.3 传感器布置方法
根据标准《建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范》JGJ/T 302-2013中对构件上应力监测点布设传感器的要求，应力传感器的布置方法和和数量应符合下列要求：
1）对受弯构件在弯矩X大截面上沿截面高度布置测点，每个截面不少于2个；当需要量测沿截面高度的应变规律时，布置测点数不应少于5个；对于双向受弯构件，在截面边缘布置的测点不应少于二分法4个；
2）对轴心受力构件，应在构件量测截面两侧或四周沿轴线方向相对布置测点，每个截面不应少于2个。
根据以上的测点布置原则，该项目应力监测数量及位置如下表：
序号 | 测点位置 | 监测截面数量 | 传感器布置方法 | 传感器数量 |
1 | 13层～顶层钢结构桁架下弦悬臂梁根部 | 12个 | 在桁架下弦悬臂梁根部各选择一个监测截面，每个监测截面布置两个传感器，分别布置在上、下翼缘。 | 24个 |
2 | 13层～顶层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆件 | 12个 | 在钢结构悬臂桁架的各斜腹杆选择一个监测截面，在每个截面布置一个传感器，布置在翼缘上。 | 12个 |
3 | 13层～顶层钢结构桁架下部钢吊柱（12层吊柱顶部） | 16个 | 测点布设在12层吊柱顶部，每根吊柱选择一个监测截面，每个截面布置一个传感器，布置在翼缘上。 | 16个 |
4 | 5层～6层钢结构桁架上、下弦悬臂梁根部 | 24个 | 在桁架下弦悬臂梁根部各选择一个监测截面，每个监测截面布置两个传感器，分别布置在上、下翼缘。 | 48个 |
5 | 5层～6层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆件 | 24个 | 在钢结构悬臂桁架的各斜腹杆选择一个监测截面，在每个截面布置一个传感器，布置在翼缘上。 | 24个 |
6 | 5层～6层钢结构桁架下部钢吊柱 | 12个 | 测点布设在吊柱顶部，每根吊柱选择一个监测截面，在每个截面布置一个传感器，布置在翼缘上。 | 12个 |
7 | 5层～6层核心筒8根角柱底部和顶部 | 16个 | 测点布设在5层～6层核心筒8根角柱顶部和底部，每根柱子布设上、下两个监测截面，每个截面布置4个传感器。 | 64个 |
8 | 合计 | 116个 | — | 200个 |
注：表中应力监测点的部位请设计方确认。
4.4 监测传感器及设备安装
1）将传感器编号，按照不同位置将数据采集线接长，并在信号采集线上每隔3～5米也粘贴上与传感器对应的编号；
2）传感器初步检查验收：验收时使用频率读数仪对仪器的读数进行检查，使传感器的初始读数在700～800字范围内，并且在两端固定状态下读数稳定；
3）按照图纸上标出的测点，使用与传感器相同的模具将传感器安装支座焊接在被测构件的表面，待温度降至常温时将传感器固定在支座之间；
4）将数据采集箱安装在便于维护、查看、供电并不妨碍正常生产工作的地方，分别各传感器对应接入数据仪的各个通道，并对传感器和信号采集线做必要的保护；
5）在数据管理系统中设置好各项参数后，察看系统运行是否正常，各通道数据是否稳定，做好开始监测的准备工作。
4.5 监测频率及报警机制
根据施工进度，即时对安装就位的钢结构构件安装传感器，采集初始值，开始监测。对传感器已经安装完毕并调试成功的测点按照一周两次监测频率采集数据，并将数据及时报送给建设、设计、施工、监理等相关单位。监测期间各测点的应力一旦X过设计给定的报警值（设计值的75%），应立即通知施工方停止施工并加强监测频率，将相关情况报告给建设、设计、施工、监理等相关单位。
序号 | 测点位置 | 报警值 | 截面形式 | |
1 | 13层～顶层钢结构桁架下弦悬臂梁根部 | 236 | H800x400x50x50 Q390GJCZ25 | |
2 | 13层～顶层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆件 | 236 | H800x400x50x50 Q390GJCZ25 | |
3 | 13层～顶层钢结构桁架下部钢吊柱（12层吊柱顶部） | 255 | H400x400x50x50 Q420GJC | |
4 | 5层～6层钢结构桁架上、下弦悬臂梁根部（五层结构平面B、C轴线） | 255 | （1）五层结构平面B、C轴线上： H1000*1000*50*50 Q420GJZ15 | |
5 | 5层～6层钢结构桁架上、下弦悬臂梁根部（五层结构平面其它轴线上及六层） | 236 | （2）五层结构平面其它轴线上： H800*800*50*50 Q390GJCZ25 （3）六层：H800*800*50*50 Q390GJCZ25 | |
6 | 5层～6层钢结构桁架悬臂梁上、下弦间斜腹杆件 | 236 | H800*800*50*50 Q390GJCZ25 | |
7 | 5层～6层钢结构桁架下部钢吊柱 | 255 | H400x400x50x50 Q420GJC | |
8 | 5层～6层核心筒8根角柱底部和顶部 | 221 | BOX1000*1000*70*70 Q390GJC |
注：表中各监测点的设计值请设计方确认。
1）传感器安装4人，其中1名电工、1名电焊工，另外2人配合安装传感器、数据采集仪，传感器及信号传输线的保护；
2）X应力应变测试技术员1人，并负责监测工作的开展实施，计算机网络、软件程序员1人，负责软件的二次开发和后期数据管理系统的维护；
3）安全员1人，负责传感器安装过程动火、用电、高空作业的安全；
4）结构工程师1人，负责对后期应力监测数据分析。
1）委托方需配合提供传感器安装期间及数据采仪监测期间的施工用电，以及在桁架及立柱安装传感器需要的搭设的脚手架平台；
2）由于监测点多且比较分散，所以监测试系统供电的电源线以及信号传输线比较多，在所有传感器及数据采集仪安装调试成功后，请委托方向在现场的其他作业人员叮嘱注意保护传感器和信号采集线；
3）在监测期间数据采集仪要保证24小时不间断供电，除此之外在监测期间监测系统出现异常、传感器更换等其他故障需要排除时，需委托方提供相关的配合工作。
1）落实项目质量责任制，强调项目人员重视质量意识教育；
2）试验所用的仪器设备必须是经计量检验部门检验合格的方可使用；
3）整个监测过程要确保监测数据完整不丢失，保证数据的准确性、真实性；
4）监测人员和特殊作业人员必须持证上岗；
5）监测过程中认真地接受各X检查，积极配合业主、监理等搞好工程质量工作。
1）严格按照上海市关于《施工现场安全生产保证体系》（DBJ08-903-98）、《上海市建设工程安全技术管理手册》和有关的规程、规定，建立、健全安全生产保证体系，制定安全管理目标，落实安全管理职责；
2）钢结构厂房作业区环境条件恶劣，进行施工监测要严抓安全。管理目标为无重大伤亡事故和无等X火警事故，建立健全安全生产管理体系、安全生产责任制，形成严密的安全管理网络；
3）建立以项目负责人为X一责任人的安全责任制，公司职能部门要定期对项目的安全生产进行监督指导，严格执行安全教育制度；
4）上下钢结构厂房平台要走正规通道，严禁翻越攀爬，进入钢结构厂房施工区域要作好自我防护措施；
5）进入施工现场必须载好安全帽并系好帽带，禁止穿拖鞋、凉鞋或赤脚作业；
6）各XX导、工程技术人员和职能人员在组织管理施工时，必须履行各自的安全责任，操作人员必须在生产岗位上对生产安全负责。
7）临时用电注意事项
a、配电系统采取分X配电，各类配电箱、开关箱的安装和内部设置符合规定，开关标明用途。
b、电源配置有X电工进行，停止使用的配电箱切断电源，箱门上锁。
c、手持电动工具的电源线、插头和插座保持完好，电源线不得任意接长和调换。
d、电焊机单X设开关，一次线长度小于5米，二次线长度小于30米，两侧接线压紧牢固，安装可靠防护罩。焊把线双线到位，不得用金属管道、脚手架、结构钢筋做回路。焊把线无破损，绝缘良好。
文明施工是体现施工企业现代化管理水平的标志，是实施全面管理工作的一项重要的内容，为保证本工程文明施工，我们执行制定了如下措施:
9.1 文明标化的综合治理措施
1）在施工现场检测人员着装统一，并作相关宣传，以便做好文明施工工作。
2）现场标化管理必须严格遵守部颁发标准来进行，定期对照考核。
3）现场施工道路要畅通。
4）施工过程中不得随意乱接线路。
5）做到试验后要及时清理施工现场。
6）施工现场机械设备要防止洒漏，严禁污染。
7）随时注意气象部门的预报，做好防台风、大雨、防滑、等季节性气候变化的相应措施，已保证施工人员的人身安全和设备安全。
9.2 环境保护
环境保护是生态平衡的保证，是我国重要国策，为了减少或避免施工对环境的破坏，采用措施如下：
1）认真学习环境保护法，执行当地环保部门的有关规定，并充分发挥部门中环保组的作用，会同有关部门组织环境监测，调查和掌握环境状态，督促全体职工自觉做好环境保护工作，并认真接受业主和环保部门的监督指导。
2）加强施工管理，实行文明施工，对环境有污染的废弃物，需排放时，必须经过处理，经有关部门同意运到X地点掩埋或销毁。
9.3 文明施工的具体措施
1）建立文明施工、创建标化工地责任制，X主管生产的项目负责人重点抓好文明。
2）开展文明教育，使广大员工从思想上提高美化环境意识，现场施工人员统一着装。
3）施工车辆驶入工地现场禁止鸣喇叭，防止噪音污染。
4）搞好协作配合，共同搞好文明施工、标化工地创建工作。
5）推行标准化作业，施工现场保持整洁，保持进出道路畅通。
