钢结构网架挠度形变检测

总第66期第4期钢结构网架挠度形变检测・7・

钢结构网架挠度形变检测

戴小军邹自力

(东华理工学院江西抚州

344000)

本文主要探讨钢结构网架挠度的成因、检测方法及其形变检测系统的布设、施测。钢结构网架挠度

形变检测

模拟荷载法荷载

积1.8万平方米,其余为第二层看台。

变形检测点的布设遵循能够全面的控制模拟荷载过程中钢结构网架各个部分的变形,反映出网架各部分的变形结果。此次实测时在变形比较大的网架悬空中间点处加密检测点,四周墙体、承重柱等处则相应的减少监测点的布设。本例共布设28个检测点,包括以下内容:

关键词

当代建筑物越来越趋向于全混凝土浇铸基础配以安装超大跨度金属结构和钢化玻璃外墙幕的模式,如大型体育馆、购物中心、飞机场、火车站及各种娱乐场馆等。此类建筑物中引起本身形变的各种因素中钢结构网架挠度形变正越来越引起人们的注意,故钢结构网架挠度正成为工程交付使用检测以及整个建筑物运营管理阶段进行安全监测不可缺少的工作环节之一,网架挠度形变是否符合相关规范直接决定着建筑物本身的质量,施工单位的施工质量。通过对网架进行模拟受动荷载影响得出相关的形变数据并对数据进行分析,此结果既能为建筑设计部门提供不可多得的设计参数,又是决定建筑物质量的权威数据,且也为建筑物的安全提供定量的预测资料,从而避免不必要的人身伤亡和财产的损失。本文以某金属网架结构的网架为例,探讨实施形变检测的方法。

1)2)

布设高程控制系统;

测量网架28个下弦球的球心高程初始值以及每次加载过程中的高程沉降变化值。

3.1

检测方案设计

测区的观测条件

根据测点布设方案,各测点位于体育馆内中

心区和看台区两个区域。两区域层高高差约7.5米,测点间通视情况良好,只有部分测点分布在体育馆内北侧的房间内。

网架挠度形变来源

形成钢结构网架挠度形变有各种因素。第

3.2采用的坐标系统

1)2)3.3

平面坐标系统为独立坐标系;

采用假定高程系统,以体育馆室内地平面设置点J3为±0标高。

一,钢结构自重形成的挠度形变和使用过程中的自动沉降;第二,安装过程中,因安装误差而形成的形变;第三,自然天气因素形成的物理力形成钢结构挠度形变,自然天气因素包括:风着力墙面,使钢结构扭曲而产生的挠度形变,屋顶积雪的重力或者雨水下泻过程中滞留屋顶雨水重力压迫屋顶引起形变,雨雪动量转化的压力等。本例中钢结构网架挠度形变的设计极限值为±98mm,采用模拟动力荷载法检验。

使用仪器及主要技术参数

1)采用徕卡TCR1102智能型全站仪测设跨度变形。仪器测角精度为±测边2秒、精度为5mm+2ppm;

2)采用日本进口索佳S3级自动安平水准仪进行水准测量。

各仪器均进行了规范所要求的检测,各项检测指标符合测量要求。

2钢结构网架挠度形变检测点的布

设和监测内容

本例为某市体育馆屋面网架,网架总面积为

3.4测量基准点布设3.4.1高程基点及其检测

为保证测量数据的精度及数据的稳定性,在体育馆内布设水准基点共7个,其中室内地平面

2.4万平方米,分为两层,其中第一层为篮球场面

・8・江西测绘2006年

上按钢架结构布局A、B和C区各一个(编号:J1、测结果与初检相同。

J2、J3),看台区域四侧各一个(编号:J4、J5、J6、3.4.2测点沉降观测

钢架下弦球变形值采用下挂钢尺方法测量。J7)。全部水准基点采用钢钉固定在水泥地面上,

其具体分布图如图1所示。

各点在下弦球位置用钢丝吊挂到观测所在平面上,并在观测平面固定一米钢板尺,钢尺下方悬挂一公斤重锤,以保证悬挂钢丝有较好的拉伸稳定和摇摆稳定性。测量时,对每次加(卸)载后的悬挂钢尺零点高程进行测量,然后对比各次同一测点的零点高程值,从而得到各点的沉降量。为了避免在加(卸)载过程中,由于悬挂钢尺的不稳定而造成观测数据不可靠,应采用激光三角高程测量方法,适量检测一定数量的下旋球中心标高,以保证水准测量数据中没有粗差。

图1水准基点布设示意图

3.4.3测点初始高程测量

在加载试验之前,采用四等水准测量方法,

基点高程观测分为地平面闭合环(J1、J2、J3实线环)和看台闭合环(J4、J5、J6、J7虚线环)两个环,按三等水准要求进行高差测量。

两环之间因高差过大,采用钢尺高程传递方法,使各水准点的高程形成统一的高程系统。考虑加(卸)载对楼上看台的影响,在每次观测前采用高程传递方法对J4点重测,以便检核。

为便于今后对网架进行检测,在测区内布设永久性标志水准点2个。其中BM1位于方柱角红色大理石上线,BM2位于主席台后窗台台面左上角。

复检检测采用抽检方式,地坪面上检测J1,

测量各设计下弦球下挂钢尺零点与已知水准点间的高差,求出各下挂钢尺零点的初始高程值

3.4.4测点沉降量观测

网架经过初级加载和卸载过程中,同样采

用四等水准测量方法测量各悬挂钢尺(28个点)的零点高程,与初始高程值比较,可得出每次加载后各钢球的沉降值,再与初始挠度值相减,得到各次的挠度值,全部卸载后记录剩余形变值,结果如下表一所示。卸载过程也分五次进行,每次的形变量相应了做了记录,并和相对应的加载值进行了比较,从而可以形象的得出形变的变化

单位:毫米

一次加载

二次加载

三次加载

四次加载

五次加载

累计沉降

J2,J3点高差,看台面上检测J4,J5,J7点高程。检

表1网架检测沉降数据表

点号

一次加载

二次加载

三次加载

四次加载

五次加载

累计沉降

卸载剩余

点号

123456

8101010988

67888854-1911121212

101414131413119-27881211

8111011119971688910

346454513-177121414

4155565554504337-13239415353

22332112-123221

1516171819202122232425262728

5654328109997106

1312111110-168988685

1212997-191213131210158

10101088-29121213129116

14151212811114161513121710

525342433504154545553425835

891011121314

8035377

(下转第45页)

总第66期明)"

第4期fx-4500P型计算器程序的研究与应用・45・

XA=1000.000YA=1000.000XB=500.000YB=200.000J1=88°52′18″S1=200.033J2=188°38′28″S2=199.889J3=150°29′28″S3=221.309J4=230°39′38″Xc=1066.811Yc=2215.549XD=1351.437YD=2625.522

呼出文件D" N?—输入导线转角数4" X1?—

S1=31.150(米)左切点至测站距离"

右切点G转角" A2=61°49′57″

S2=31.150(米)右切点至测站距离"

J=22.887(米)(左右切点E至G间距)"

至园心点O2转角" A0=40°16′44″

S0=38.669(米)至园心点O2距离"

D?—输入小于E至G的距离的任意数值即可算出园弧上任意点的转角和边长。如输入10

则:A=33°35′38″" 本例中:当D=12.612时,A=A0

XA" Yl—YA↓,X27—Xc" Y2?—YB" J?—

88.5218" S?—200.033" J?→188.3828" S?一199.889" J?—150.2928" S?—221.309" J?230.3938" S?一O" Xl?XC" Y1?—YC" X2?—XD" Y2?—YD" 显示如下:

G—导线总长:621.321M" 20WP—方位角闭合差0.079秒"

Int(G/N导线相对精度l/417972" V—导线绝对闭

合差O.002M

S=S0-RS=24.098米"

直至算出所有要求放样的园弧点参数,利用坐标正算程序就能方便地得到各点的放样坐标值。

附合导线计算(简易平差)程序5、

F3D(导线输入主程序)

L1:Defm2N:P=180:prog3:C=W:H=R:M=Z:O=0:Lb10:{JS}:O=O+1:J:Prog5:Z[O]=V:Z[O+N]=S:O≠N$Goto0%Pprog3:F=w:progJ

F4J(导线计算主程序)

L1:Fixm:I=0:L=0:K=0:O=0:T=C:Q=1

L2:Lb1O:O=O+1:prog2:G=G+S:O≠N$Goto0%W=T-F:G&20wp&I=-W/N:prog1:V=X-A:U=Y-B:L=-V/G:K=-U/G:PoI(V,U:Int(G/V&V&Q=2:Prog

本程序数学模型原自《江西测绘》98年3期,

如图四所示

X1=680.642Y1=2085.97X2=806.205

2197.919Xc=1066.811Yc=2215.549

Y2=

如果需要查阅和订正观测数据,在计算器上操作Z[i]" (第i个转角)或Z[i+n]" (第i条观测边)对第i个转角或第I条边长进行修改:订正之后无需重新输入其它数据,只要启动J(计算程序)即可运行计算。

本文中的12个应用程序,经过多年的生产实践证明,它具有适用性和普及性。计算器可随身携带,较计算机具有灵活轻巧的优点,本文繁锁而计算量不大的数据处理工作,十二种计算的优化编程仅限于测绘人员提高了工作效率和创造了一定的经济效益和社会效益。但在其他行业或领域fx-4500p型计算器的作用有待于探讨。

根据程序优化编排的需要将原程序进行改编而成。中fx-4500p型计算器程序的研究有助于较为

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

(上接第8页)

总结

钢结构网架挠度值的测定中,数据的处理

量方法可以通过改进向自动方向发展,数据处理模式中,模拟荷载极限值的设计应考虑更多的现实性因素,在综合处理因素的权重时需要通过实践得出。参考文献

[1]《工程测量规范》(GB50026-93)

武汉测绘科技大学教编室第三版1999[2]《测量学》

可以使用Excel电子表格计算,对比加载和卸载过程中下弦球的沉降量,找出其中某点可能出现的形变异常值,及时在现场查看相关出网结构的现场变化量,找出问题并提出相应的处理办法,为保证工程的质量至关重要。本例中的测

总第66期第4期钢结构网架挠度形变检测・7・

钢结构网架挠度形变检测

戴小军邹自力

(东华理工学院江西抚州

344000)

本文主要探讨钢结构网架挠度的成因、检测方法及其形变检测系统的布设、施测。钢结构网架挠度

形变检测

模拟荷载法荷载

积1.8万平方米,其余为第二层看台。

变形检测点的布设遵循能够全面的控制模拟荷载过程中钢结构网架各个部分的变形,反映出网架各部分的变形结果。此次实测时在变形比较大的网架悬空中间点处加密检测点,四周墙体、承重柱等处则相应的减少监测点的布设。本例共布设28个检测点,包括以下内容:

关键词

当代建筑物越来越趋向于全混凝土浇铸基础配以安装超大跨度金属结构和钢化玻璃外墙幕的模式,如大型体育馆、购物中心、飞机场、火车站及各种娱乐场馆等。此类建筑物中引起本身形变的各种因素中钢结构网架挠度形变正越来越引起人们的注意,故钢结构网架挠度正成为工程交付使用检测以及整个建筑物运营管理阶段进行安全监测不可缺少的工作环节之一,网架挠度形变是否符合相关规范直接决定着建筑物本身的质量,施工单位的施工质量。通过对网架进行模拟受动荷载影响得出相关的形变数据并对数据进行分析,此结果既能为建筑设计部门提供不可多得的设计参数,又是决定建筑物质量的权威数据,且也为建筑物的安全提供定量的预测资料,从而避免不必要的人身伤亡和财产的损失。本文以某金属网架结构的网架为例,探讨实施形变检测的方法。

1)2)

布设高程控制系统;

测量网架28个下弦球的球心高程初始值以及每次加载过程中的高程沉降变化值。

3.1

检测方案设计

测区的观测条件

根据测点布设方案,各测点位于体育馆内中

心区和看台区两个区域。两区域层高高差约7.5米,测点间通视情况良好,只有部分测点分布在体育馆内北侧的房间内。

网架挠度形变来源

形成钢结构网架挠度形变有各种因素。第

3.2采用的坐标系统

1)2)3.3

平面坐标系统为独立坐标系;

采用假定高程系统,以体育馆室内地平面设置点J3为±0标高。

一,钢结构自重形成的挠度形变和使用过程中的自动沉降;第二,安装过程中,因安装误差而形成的形变;第三,自然天气因素形成的物理力形成钢结构挠度形变,自然天气因素包括:风着力墙面,使钢结构扭曲而产生的挠度形变,屋顶积雪的重力或者雨水下泻过程中滞留屋顶雨水重力压迫屋顶引起形变,雨雪动量转化的压力等。本例中钢结构网架挠度形变的设计极限值为±98mm,采用模拟动力荷载法检验。

使用仪器及主要技术参数

1)采用徕卡TCR1102智能型全站仪测设跨度变形。仪器测角精度为±测边2秒、精度为5mm+2ppm;

2)采用日本进口索佳S3级自动安平水准仪进行水准测量。

各仪器均进行了规范所要求的检测,各项检测指标符合测量要求。

2钢结构网架挠度形变检测点的布

设和监测内容

本例为某市体育馆屋面网架,网架总面积为

3.4测量基准点布设3.4.1高程基点及其检测

为保证测量数据的精度及数据的稳定性,在体育馆内布设水准基点共7个,其中室内地平面

2.4万平方米,分为两层,其中第一层为篮球场面

・8・江西测绘2006年

上按钢架结构布局A、B和C区各一个(编号:J1、测结果与初检相同。

J2、J3),看台区域四侧各一个(编号:J4、J5、J6、3.4.2测点沉降观测

钢架下弦球变形值采用下挂钢尺方法测量。J7)。全部水准基点采用钢钉固定在水泥地面上,

其具体分布图如图1所示。

各点在下弦球位置用钢丝吊挂到观测所在平面上,并在观测平面固定一米钢板尺,钢尺下方悬挂一公斤重锤,以保证悬挂钢丝有较好的拉伸稳定和摇摆稳定性。测量时,对每次加(卸)载后的悬挂钢尺零点高程进行测量,然后对比各次同一测点的零点高程值,从而得到各点的沉降量。为了避免在加(卸)载过程中,由于悬挂钢尺的不稳定而造成观测数据不可靠,应采用激光三角高程测量方法,适量检测一定数量的下旋球中心标高,以保证水准测量数据中没有粗差。

图1水准基点布设示意图

3.4.3测点初始高程测量

在加载试验之前,采用四等水准测量方法,

基点高程观测分为地平面闭合环(J1、J2、J3实线环)和看台闭合环(J4、J5、J6、J7虚线环)两个环,按三等水准要求进行高差测量。

两环之间因高差过大,采用钢尺高程传递方法,使各水准点的高程形成统一的高程系统。考虑加(卸)载对楼上看台的影响,在每次观测前采用高程传递方法对J4点重测,以便检核。

为便于今后对网架进行检测,在测区内布设永久性标志水准点2个。其中BM1位于方柱角红色大理石上线,BM2位于主席台后窗台台面左上角。

复检检测采用抽检方式,地坪面上检测J1,

测量各设计下弦球下挂钢尺零点与已知水准点间的高差,求出各下挂钢尺零点的初始高程值

3.4.4测点沉降量观测

网架经过初级加载和卸载过程中,同样采

用四等水准测量方法测量各悬挂钢尺(28个点)的零点高程,与初始高程值比较,可得出每次加载后各钢球的沉降值,再与初始挠度值相减,得到各次的挠度值,全部卸载后记录剩余形变值,结果如下表一所示。卸载过程也分五次进行,每次的形变量相应了做了记录,并和相对应的加载值进行了比较,从而可以形象的得出形变的变化

单位:毫米

一次加载

二次加载

三次加载

四次加载

五次加载

累计沉降

J2,J3点高差,看台面上检测J4,J5,J7点高程。检

表1网架检测沉降数据表

点号

一次加载

二次加载

三次加载

四次加载

五次加载

累计沉降

卸载剩余

点号

123456

8101010988

67888854-1911121212

101414131413119-27881211

8111011119971688910

346454513-177121414

4155565554504337-13239415353

22332112-123221

1516171819202122232425262728

5654328109997106

1312111110-168988685

1212997-191213131210158

10101088-29121213129116

14151212811114161513121710

525342433504154545553425835

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(下转第45页)

总第66期明)"

第4期fx-4500P型计算器程序的研究与应用・45・

XA=1000.000YA=1000.000XB=500.000YB=200.000J1=88°52′18″S1=200.033J2=188°38′28″S2=199.889J3=150°29′28″S3=221.309J4=230°39′38″Xc=1066.811Yc=2215.549XD=1351.437YD=2625.522

呼出文件D" N?—输入导线转角数4" X1?—

S1=31.150(米)左切点至测站距离"

右切点G转角" A2=61°49′57″

S2=31.150(米)右切点至测站距离"

J=22.887(米)(左右切点E至G间距)"

至园心点O2转角" A0=40°16′44″

S0=38.669(米)至园心点O2距离"

D?—输入小于E至G的距离的任意数值即可算出园弧上任意点的转角和边长。如输入10

则:A=33°35′38″" 本例中:当D=12.612时,A=A0

XA" Yl—YA↓,X27—Xc" Y2?—YB" J?—

88.5218" S?—200.033" J?→188.3828" S?一199.889" J?—150.2928" S?—221.309" J?230.3938" S?一O" Xl?XC" Y1?—YC" X2?—XD" Y2?—YD" 显示如下:

G—导线总长:621.321M" 20WP—方位角闭合差0.079秒"

Int(G/N导线相对精度l/417972" V—导线绝对闭

合差O.002M

S=S0-RS=24.098米"

直至算出所有要求放样的园弧点参数,利用坐标正算程序就能方便地得到各点的放样坐标值。

附合导线计算(简易平差)程序5、

F3D(导线输入主程序)

L1:Defm2N:P=180:prog3:C=W:H=R:M=Z:O=0:Lb10:{JS}:O=O+1:J:Prog5:Z[O]=V:Z[O+N]=S:O≠N$Goto0%Pprog3:F=w:progJ

F4J(导线计算主程序)

L1:Fixm:I=0:L=0:K=0:O=0:T=C:Q=1

L2:Lb1O:O=O+1:prog2:G=G+S:O≠N$Goto0%W=T-F:G&20wp&I=-W/N:prog1:V=X-A:U=Y-B:L=-V/G:K=-U/G:PoI(V,U:Int(G/V&V&Q=2:Prog

本程序数学模型原自《江西测绘》98年3期,

如图四所示

X1=680.642Y1=2085.97X2=806.205

2197.919Xc=1066.811Yc=2215.549

Y2=

如果需要查阅和订正观测数据,在计算器上操作Z[i]" (第i个转角)或Z[i+n]" (第i条观测边)对第i个转角或第I条边长进行修改:订正之后无需重新输入其它数据,只要启动J(计算程序)即可运行计算。

本文中的12个应用程序,经过多年的生产实践证明,它具有适用性和普及性。计算器可随身携带,较计算机具有灵活轻巧的优点,本文繁锁而计算量不大的数据处理工作,十二种计算的优化编程仅限于测绘人员提高了工作效率和创造了一定的经济效益和社会效益。但在其他行业或领域fx-4500p型计算器的作用有待于探讨。

根据程序优化编排的需要将原程序进行改编而成。中fx-4500p型计算器程序的研究有助于较为

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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总结

钢结构网架挠度值的测定中,数据的处理

量方法可以通过改进向自动方向发展,数据处理模式中,模拟荷载极限值的设计应考虑更多的现实性因素,在综合处理因素的权重时需要通过实践得出。参考文献

[1]《工程测量规范》(GB50026-93)

武汉测绘科技大学教编室第三版1999[2]《测量学》

可以使用Excel电子表格计算,对比加载和卸载过程中下弦球的沉降量,找出其中某点可能出现的形变异常值,及时在现场查看相关出网结构的现场变化量,找出问题并提出相应的处理办法,为保证工程的质量至关重要。本例中的测


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