高层建筑物变形观测方法及其精度分析论文

高层建筑物变形的观测方法及其精度分析摘要：本文简要介绍了高层建筑物变形观测的常用方法，对高层建筑物的沉降原因，沉降观测周期和频率等数据进行了讨论；对变形数据精度详细的分析，并对观测中常见的问题及其处理方法。

关键词：变形观测、测量观测方法、精度分析
abstract: this paper briefly introduces the tall building deformation observation commonly used method, the settlement of high-rise buildings to reason, settlement observation period and frequency, and data are discussed; for a detailed analysis of the deformation data and accuracy, and for the observed common problem and its processing method.
keywords: deformation observation, measuring observation method, precision analysis
中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：
引言：
随着高层建筑物的增高和荷载的增加，在地基基础上和上部结构的共同作用下，建筑物将发生不均匀沉降，轻者将使建筑物产生倾斜或裂缝，影响正常使用，重者将危机建筑物的安全。

因此，建筑物的稳定性和可靠性已经成为人们关注的焦点，只有定期对高层建筑和重要建筑进行变形观测，掌握其变形规律，才能合理预测未来的变形大小，及时采取预防或善后措施，确保建筑物的安全使用。

高层建筑的变形观测包括沉降观测、倾斜观测和裂缝观测。

其中沉降观测是变形观测的重点，在沉降观测工作实践中，应根据实际情况选用最有效的观测方法，并科学分析、处理沉降观测结果，对沉降观测中常见的问题提出合理的解决办法，准确掌握建筑物的沉降变化规律，为建筑物设计和防灾减灾提供科学的依据。

一、建筑物的变形监测主要分类
(1)工业与民用建筑:主要包括基础的沉降观测与建筑物本身的变形观测。

基础的变形监测主要内容是基础的均匀沉陷与不均匀沉陷;建筑物本身的监测主要包括自身的倾斜和裂缝观测。

对于高层或超高层建筑以及一些重要建筑物，还要对其进行动态观测，如在日照或台风中振动幅值、频率、挠度等。

(2)地下工程：主要包括隧道、深基坑(大于7米)等。

其中隧道除了对隧道本身的变形进行监测外，还要对由于隧道开挖引起的地面沉降、地面建筑变形(主要为沉降和倾斜)进行监测;深基坑施工监测内容主要包括周边环境变形监测和基坑围护体系监测两大类。

其中周边环境变形监测包括周边建筑物沉降、地下管线沉降、地表沉降等;基坑围护体系(包括基坑支护、土体、水力系统)监测包括围护墙顶沉降、围护墙顶位移、围护墙深部水平位移、立柱牙隆沉、支撑轴力监测、坑外地下水位监测、土压力监测、孔隙水压力监测、土体分层沉降等。

(3)水工建筑物:主要为各种大坝。

对于土石坝，重点是观测其水平位移，垂直位移、渗透以及裂缝；混凝土大坝重点观测水平位
移、垂直位移和伸缩缝的变形。

科学、准确、及时地分析和预报工程及工程建筑物的变形状况，对工程建筑物的施工和运营管理极为重要。

在变形监测中，变形数据具有信息众多和周期长等特点，传统的管理系统与处理方式己经不能满足研究的需要。

因此，需要建立一个适应于不同类型的、不同时空的、不同性质的多源、多维监测数据的采集、存储、综合分析与表达的建筑物变形监测分析系统，而常规的建筑物变形监测系统是无法满足上述要求的。

二、建筑物的变形监测的方法
目前建筑物变形监测，由传统的单一监测手段向点、线、面立体交叉的空间模式发展。

但传统的全站仪、精密水准测量仍然是高精度变形信息获取的主要方法。

纵观国内外变形监测方法的发展，建筑物变形监测技术主要有下几个方面:
(1)测量机器人，也称是全自动跟踪全站仪。

它为建筑物变形的自动监测提供了一个很好的技术手段，实现了一定范围内的无人职守、全天候、全方位的自动监测。

使用这种技术可以达到亚mm级精度。

(2)摄影测量技术。

利用摄影测量的方法进行建筑物变形监测，通过内业量测和数据处理得到变形体的2维或者是3维坐标，比较不同时刻相同目标点的位移情况。

通过对摄影的相片转换成数字影像或直接用ccd相机获得变形体的数字影像，再利用数字影像处理技术和数字影像匹配技术获得同名像点的坐标，进而获得变形点的坐标，这种处理方式将在变形监测中发挥越来越大的作用。

(3)全球定位系统gps的应用是测量技术的一项革命性变革。

在建筑物变形监测方面，应用gps测量不仅具有精度高、速度快、操作便捷等特点，而且利用gps和计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程网络实时监控的目的。

前gps用于变形监测测量平面位置精度可达1-2mm，高程精度可达2-3mm,目前在变形监测领域gps正朝着一机多天线技术和伪卫星定位技术的方向发展。

(4)合成孔径雷达干涉测量。

合成孔径雷达干涉测量(synthetioaperture radar，interi贻rometry，insar)，是一种新型的极具潜力的空间对地观测技术。

insar技术使用星载或者机载雷达信号的相位信息提取地球表面三维信息，能全天候、全天时地获取大面积地面精确三维信息。

目前，在hisar基础上扩展的差分干涉技术 (differentialinsar，d一insar)和gps/insar集成技术，己在研究地震变形、火山运动、冰川漂移、城市沉降、山体滑坡、大坝监测等方面表现出极好的前。

(5)三维激光扫描技术。

它是上世纪九十年代中期激光应用研究的又一项重大突破。

通过高精度，高密集对监测对象进行立体空间面状扫描，获取监测体的整体数据，通过定期或周期对监测体的扫描数据对比分析，做出对检测对象的正确评估。

目前国外已在该领域做了大量的研究，
三、精度分析
根据工程的实际情况，及此次变形观测的目的，变形观测精度要求应符合《工程测量规范》要求，见表1、表2和表3。

表1 变形测量的等级划分和要求
变形测量等级垂直位移测量水平位移测量使用范围
变形点的高程中误差(mm) 相临变形点高差中误差(mm) 变形点的点位中误差(mm)
一等±0.3 ±0.1 ±1.5 变形特别敏感的高层建筑、工业建筑、高耸构筑物、重要古建筑精密工程设施等
二等±0.5 ±0.3 ±3.0 变形比较敏感的高层建筑、高耸构筑物、古建筑重要工程设施和重要建筑场地的滑坡监测等三等±1.0 ±0.5 ±6.0 一般性的高层建筑、工业建筑、高耸构筑物滑坡监测等
四等±2.0 ±1.0 ±12.0 观测精度要求较低的建筑物、构筑物和滑坡监测等
表2 垂直位移监测网的主要技术要求
等
级相邻基准点高差中误差(mm) 每站高差中误差(mm) 往返较差、附合或环线闭合差(mm) 检测已测高差较差(mm) 使用仪器、观测方法及要求
一
等 0.3 0.07 0.15 0.2 ds05型仪器，视线长度前≤15mm,前后视距差≤0.3mm，视距累积差≤1.5mm。

宜按国家一等水准测量的技术要求施测
二
等 0.5 0.13 0.30 0.5 ds05型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测
三
等 1.0 0.30 0.60 0.8 ds05型仪器或ds1型仪器，宜按本规范二等水准测量的技术要求施测
四
等 2.0 0.70 1.40 2.0 ds2型仪器或ds3型仪器，宜按本规范三等水准测量的技术要求施测
表3 沉降观测点的精度要求和观测方法
等级高程中误差(mm) 相邻点高差中误差(mm) 观测方法往返较差，附合或环线闭合差(mm)
一等±0.3 ±0.15 按国家一等精密水准测量外，尚需设双转点，视线≤15m，前后视视距差≤0.3m，视距累积差≤1.5m；精密液体静力水准测量；微水准测量等≤0.15
二等±0.5 ±0.30 按国家一等精密水准测量；精密液体静力水准测量≤0.30
三等±1.0 ±0.50 按本规范二等水准测量；液体静力水准测量≤0.60
四等±2.0 ±1.00 按本规范三等水准测量；短视线三角高程测量≤1.40
由变形测量的等级划分和要求，根据本工程具体情况，可将本餐厅的变形观测划为第三等级，其精度要求按相应规定来要求。

观测点高程中误差为±1.0 mm，相邻点高差中误差为±0.50 mm。

观测技术要求按照《工程测量规范》二等水准测量的技术要求来施测。

四、沉降观测实例分析
1、概况
某住宅楼为16层结构，施工期间需对该楼进行六次沉降观测，布设沉降观测点共6个，具体点位布置见表4
2、检测仪器
水准仪ds1型；2m精密铟钢水准标尺（两根）；
3、现场观测此次沉降观测采用仪器两次测高法进行观测；现场观测时，整个观测过程为一闭合回路；受现场条件限制时，可使用适当的转点进行观测。

4、原始记录整理
每次观测结束后，应及时计算出每次观测后各个测点的相对高程，同时计算出各个测点的本次沉降量和累计沉降量。

计算如下：（1）、本次沉降＝本次高程-上次高程
（2）、累计沉降＝本次高程-首次高程
表4六次沉降观测汇总结果见下沉降观测成果表
观测点第一次第二次第三层第四次第五次
第六次
沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）
本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计
1 0.00 0.00 2.08 2.08 2.03 4.11 1.65 5.76
0.83 6.59 0.35 6.94
2 0.00 0.00 1.57 1.57 2.51 4.08 1.47 5.55
0.69 6.24 0.22 6.46
3 0.00 0.00 1.83 1.83 2.55 4.38 1.61 5.99
0.63 6.62 0.20 6.82
4 0.00 0.00 1.36 1.36 2.76 4.12 2.12 6.24
0.75 6.99 0.31 7.30
5 0.00 0.00 1.51 1.51 2.15 3.6
6 1.90 5.56
0.58 6.14 0.27 6.41
6 0.00 0.00 1.70 1.70 1.91 3.61 1.82 5.43
0.60 6.03 0.16 6.19
5、观测结果总结
（1）沉降量－时间曲线图(s-t)
取1#测点、2#测点、4#测点、6#测点为例，沉降量－时间曲线图如下所示：
（2）沉降速率－时间曲线图(v-t)
取1#测点、2#测点、4#测点、6#测点为例，沉降速率－时间曲线图如下所示：
从沉降观测成果中可得，自2004年03月01日～2004年05月16日, 该楼的平均沉降量为6.69mm，最大沉降量为4#测点7.30mm，最小沉降量为6#测点6.19mm。

最近一次平均沉降速率为
0.0168mm/d，其中最近一次最大沉降速率为1#测点，最大值
0.0233mm/d。

五、结束语
当前，随着城市化进程的深入发展，高层建筑不断涌现，对于高层建筑变形观测的重要性正越来越被人们认同。

随着现代测绘技术的发展，建筑物沉降观测方法已由传统的水准测量发展到全自动测量、数字摄影测量、gps测量等多种方法相结合，实现快速、全面、准确获取建筑物沉降数据的目的。

通过科学分析并妥善处理外业测量和成果整理中的主要问题，使沉降观测结果和沉降变化规律更加真实、可靠、为建筑物设计、施工、管理和防灾减灾提供科学的依据。

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基金项目：新世纪广西高等教育教学改革工程立项项目，编号：2009c134。

广西高等学校优秀教材立项项目，编号：77（2007138号）
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