建筑物变形测量的方法研究
随着科学技术的发展和我国经济实力的增强，城市中出现了许多十几层甚至几十层的高层建筑物，高层建筑物在内力和外力的作用下，无论是水平方向还是垂直方向都会发生形变，这些形变在一定范围内认为是正常现象，但是如果超过规定限度就会影响建筑物的正常使用，甚至威胁建筑物的安全。为确保这类建筑物的安全使用，需要进行长期的精密变形监测，以确定其变形状态，建筑物变形监测内容一般有沉降监测，水平位移监测和倾斜变形监测，其分析的传统方法为离散监测点的位移分析。
一般来说，变形测量可分成垂直(方向)沉降测量、水平(方向)位移测量、建筑物相邻影响及场地沉降测量、建筑场地及建筑物主体倾斜(垂直度)测量。此外还有滑坡测量、裂缝观测、挠度观测、抗压观测、日照变形观测及风振观测等等。
1.1 垂直位移观测
包括地面垂直位移和建筑物垂直位移。地面垂直位移指地面的沉降或上升，其原因除了地壳本身的运动外，主要是人为造成的。为了测定地面和建筑物的垂直位移，需要在远离变形区的稳固地点设置水准基点，并以它为依据来测定设置在变形区的监测点的垂直位移。目前最常采用的是水准测量方法，观测的水准路线应形成闭合线路。
1.2 倾斜观测
测定高层建筑物倾斜的方法有两类：一类是直接测定建筑物的倾斜;另一类是通过测量建筑物基础相对沉陷的方法来确定建筑物的倾斜。
1.3 挠度观测
对于高层建筑物，由于它们相当高，故在较小的面积上有很多大的集中荷载，从而导致基础与建筑物的沉陷，其中不均匀的沉降将导致建筑物倾斜，局部构件产生弯曲和引起裂缝。对于房屋类的高层建筑物，需要对建筑物进行动态观测――振动(摆动)观测。
1.4 裂缝观测
当建筑物多处发生裂缝时，应先对裂缝进行编号，然后分别观测裂缝的位置、走向、长度、宽度等项目。对于建筑物上裂缝的位置、走向以及长度的观测，是在裂缝的两端用油漆画线作标志，或在混凝土表面绘制方格坐标，用钢尺丈量。观测的次数应视裂缝发展情况而定，一般在发生裂缝初期应每天一次，在裂缝有显著发展，暴雨过后必须加测一次;只有当裂缝发展缓慢后，才适当减少观测次数。
2.1 沉降产生的原因机制
对于高层建筑而言，对地基土要求比较高，不只限于要求地基土有较高的承载力较少的沉降量，更重要的是要对地基土的性状应充分了解和通过勘探进行必要的研究，以便对地基土作出正确的评价，提出基础类型等。
确外界条件(如地下水位、地基土壤温度变化等)是产生建筑物沉降的另一个主要原因之一。当气象条件发生改变时，它可能表现为地基土壤在冻结时隆起和在解冻时下陷，由于受降水浸湿使地基土壤膨胀和软化以及阳光辐射和风的影响使地基土壤干燥等。
2.2 观测精度的确定
一般来说，沉降观测的精度要求，取决于沉降观测的目的。沉降观测精度的确定以危及建筑物安全的差异沉降量的最大误差来考虑。根据我国工程测量单位沉降监测实践经验，依照现代建筑规范的要求，沉降观测的最大误差应为差异沉降最大容许数值的 1/10。
2.3 沉降监测稳定性标准计算
沉降监测中的数据处理，是正确反映建筑物垂直形变情况客观规律的必要手段。可根据不同周期观测的资料分析，掌握地基基础的物理机制，为设计、施工和运营部门提供必要的形变信息和科学处理方法。因此，测量数据应及时处理并对数据进行分析、作出合理的解释。
垂直位移的沉降监测是对高层建筑物进行的变形监测的一个最重要手段。因此，本文将着重对沉降监测的方案设计、实施步骤以及数据分析进行研究。
3.1 监测点的布设原则和步骤
观测点的布设原则是：从整体到局部;先设计后实施。即，先选取能控制住整体建筑物的点位，后根据局部特征调节、加密;先在图纸上规划、设计，然后到实地踏勘、对照、修改、确定、埋设。
3.2 监测点布设前考虑的几个因素
(1) 建筑物结构形状。
(2) 荷载因素。
(3) 经济因素。
3.3 监测点的布设
(1) 确定观测层面：在确定观测场地层面时，首先应考虑观测点位的长久性和易于观测两个因素。
(2) 沿轴线布点：层面确定以后，沿建筑物设计的轴线布点，可隔线布设，隔一或隔二，取决于建筑物的大小)，也可隔行交叉布设有时还需要上下交叉(地上，地下)布设。将点连成线，以线构成网，以网代表面，才能控制住整幢大楼，又给绘制各点位沉降曲线图、各轴线的沉降剖面图提供了方便。
(3) 在受力体上布点：确定点位时，应在线的主要受力体上布点。目前，高层建筑物的结构多以框架结构为主，附带有框剪、框筒等常见的几种结构形式。
(4) 局部特征点上布点：整体网点选定后，可根据建筑物本身的局部特征及设计方的要求来布设局部特征点。
(5) 布设监测点在受力体上的方位：监测位在图纸上基本确定以后，应根据建筑物的大小或根据监测点的点数，将其划分为若干个观测闭合环，然后按闭合环来确定监测点在受力体上的埋设方位，以利于观测的方便和提高观测速度。
3.4 沉降观测的基本要求
3.4.1 仪器设备、人员素质的要求
根据沉降观测精度要求高的特点，沉降观测应使用精密水准仪，水准尺也应使用高精度铟 合金水准尺。人员素质的要求，必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程，做到按时、快速、精确地完成每次观测任务。
3.4.2观测时间和频率的要求 建筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件。一般高层建筑物的沉降观测按一定的时间段为一观测周期(如：次/30天)或按建筑物的加荷情况每升高一层(或数层)为一观测周期。变形观测频率的选择应根据工程性质、工程进度和基础荷重增加来确定。高层建筑在基础施工阶段变形观测应在增加较大荷重前后进行监测。
3.4.3 沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则
所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测时的环境条件基本一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。
3.4.4 观测精度的要求
根据建筑物的特性和建筑设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。再未有特殊要求情况下，一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。
3.4.5 变形观测成果的整理与分析
除了取得现场观测的第一手资料外，还必须对观测资料进行整理与分析，并编制变形分析报告。具体的工作内容有：
(1)校核各项原始记录，检查每次沉降量和累计沉降时计算是否有误;
(2)计算和统计每个沉降观测点的沉降量和累计沉降量;
(3)计算沉降监测点的平均沉降值、平均沉降速度、相对倾斜等;
(4)绘制各监测点沉降变形曲线及所有监测点的平均沉降曲线和建筑物变形分布图。在此基础上，利用绘出变形曲线图，结合观测过程中的各种因素对观测成果进行分析，总结出建筑物变形过程、变形规律、变形原因等，找出变形值与引起变形的内在原因和规律，为今后高层建筑物的建设提供完备的基础资料。
在建筑物沉降监测中，为了保证监测成果准确、可靠，达到精度要求，只要在观测手段上，采用精密水准仪及其配套的精密水准尺，定人、定仪器、定路线，运用精密几何水准测量方法，并结合工程实际情况，参照有关规范的技术要求施测;在数据处理上，采用现代测量数据处理技术，剔除粗差，保证计算的沉降量为实际沉降量;在变形分析与解释上，采用单点与整体相结合的办法，结合高层建筑工程地质、基础类型等，合理解释变形产生的原因，完全可以对建筑物的安全作出正确决策。
文/《建筑工程技术与设计》,谭丽英， 2015(9)
整理：陈柳林
审核：高冲
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