一、概況

　　本項目為鋼結構綜合展館，總建筑面積68599平方米，其中地下建筑面積31748平方米，車庫部分地下3層，典藏庫為地下1層；地上建筑面積36851平方米，共6層。展館鋼結構主要包括地下室勁性鋼骨結構、一至五層鋼框架結構、六至屋面層懸挑鋼桁架結構、月牙結構，建筑結構最高點為39.400米，鋼結構約12650噸。施工內容包括：鋼柱（十字柱、鋼管柱、箱型柱及異型柱）、柱間支撐、鋼梁(H型梁、箱型梁）、水平支撐、鋼桁架、月牙結構、鋼筋桁架樓承板、預埋件等。其中鋼桁架為組合桁架，最大高度為8.800米，最大長度為128.600米，最大懸挑為58.450米，最大截面為1000*500*50*50。

　　二、監測目的

　　本建筑結構體系受力復雜，建造周期長，施工工況多，加上結構本身的投資大，結構的重要性極高。因此，對這樣一座重要性極高的建筑，非常有必要建立一個監測系統，對施工過程進行實時跟蹤監測。其目的是為了保證施工過程的順利進行，確保結構或構件不至于在施工過程中出現過度的變形或破壞，使結構在施工完畢后能夠達到設計要求。監測的主要對象是結構或構件的應力，并隨時根據對結構或構件的應力監測結果進行分析，調整施工過程中的相關環節，具體目的如下：

　　（1）通過施工期間對結構的監測，以保證結構在施工期間的安全與施工質量控制。

　　（2）依據監測數據，全面掌握結構實際受力變形狀態與設計的符合情況，為結構竣工驗收提供重要技術依據。

　　三、監測依據

　　（1）《鋼結構工程施工質量驗收標準》GB 50205-2020；

　　（2）《建筑變形測量規范》JGJ 8-2016；

　　（3）《建筑與橋梁結構監測技術規范》GB 50982-2014；

　　（4）《結構健康監測系統設計標準》CECS 333：2012；

　　（5）委托方提供的設計圖紙、施工方案等技術資料。

　　四、監測范圍和內容

　　4.1監測范圍

　　展館外懸挑鋼桁架，跨度約60m，且屬于超過1000KN以上整體提升施工工藝。根據住房城鄉建設部辦公廳《關于實施危險性較大的分部分項工程安全管理規定有關問題的通知》（建辦質[2018]31號）要求，此項為超過一定規模的危險性較大的分部分項工程。

　　本項目的監測對象為展館外懸挑鋼桁架整體提升施工區域。

　　4.2監測內容

　　展館外桁架應力應變監測

　　五、測點布置位置及數量

　　本次應力應變監測主要布設在鋼桁架的關鍵位置、大跨度鋼梁的關鍵位置。

　　鋼桁架下弦桿共設置應變監測點30點。

　　六、監測儀器設備

　　6.1應變傳感器

　　本次應變監測采用BSIL-ST2振弦式應變計。BSIL-ST2應變計用于安裝在鋼結構及其它建筑物表面，測量結構的應變。儀器與鋼結構的溫度膨脹系數相同，與混凝土的溫度膨脹系數也非常接近。所以很少需要溫度修正。需要時，內置的溫度傳感器可同時監測安裝位置的溫度。該儀器為采用不銹鋼制造的振弦式應變計，具有很高的精度和靈敏度、卓越的防水性能、耐腐蝕性和長期穩定性。儀器由專用的四芯屏蔽電纜傳輸頻率和溫度電阻信號，頻率信號不受電纜長度的影響。儀器適合在惡劣的環境下長期監測建（構）筑物的應變變化。

　　BSIL-ST2應變計在鋼結構上安裝時，采用焊接安裝塊的方式。傳感器體不能通過焊接電流，否則將造成傳感器的損壞。因此，傳感器的安裝應在焊接工作全部完成后進行。可利用一個根據儀器尺寸制作的安裝桿定位和焊接安裝塊（安裝桿可使用外徑φ12mm的鋼筋制作或車削，要求長度不低于160mm，外表通直光滑）。安裝塊是成對提供的，其中帶有錐尖固定螺釘，焊接表面應清理干凈，焊接時應避免過熱，不能焊接平直端面，否則將影響儀器的拆裝。焊接完成后，使用適當方法對安裝塊降溫并去除焊渣，并檢查調整兩端塊是否同心。拆下安裝桿，安裝儀器。如圖所示，穿入應變桿，套上線圈并固定卡箍。將線圈卡在應變計中部，將卡箍套在線圈上擰緊。先將應變計有V型槽的一端用螺釘固定，調節另一端使之達到預期的初始讀數，最后用螺絲固定。通過對鋼結構的應變進行監測，可以隨時換算為鋼結構的應力。

　　6.2智能數據采集箱

　　監測現場將所有的傳感器接入智能數據采集箱，可以遠程實現對監測點的自動監測控制，如啟動或中止監測，設置監測頻率，將監測數據上傳至遠程服務器等。

　　智能數據采集箱的主要參數如下：

　　◆設備工作電壓：3.2～4.2V

　　◆設備充電電壓：7V～24V

　　◆設備充電電流：1.2～1.5A

　　◆傳感器采集輸出電流：500mA

　　◆設備待機電流（DTU開啟）：80～200mA，（DTU關閉）：4～5mA

　　◆設備休眠電流：5～10uA

　　◆通道數：16、32和48通道（根據需要定制）

　　◆儲存條數：4096

　　◆存儲空間：256KB

　　◆采集時間（視不同傳感器而定）：3秒◆采集間隔：60秒

　　◆待機時間（容量為32Ah一次性電池，采集頻率一天一次）：1年

　　◆工作環境：-15～55℃，5%～95%RH(無凝露)

　　七、自動化監測系統平臺

　　本項目采用先進的自動化監測系統。

　　7.1監測系統的架構

　　自動化監測系統，主要由四大部分組成：

　　（1）感知系統：即各類傳感器，主要包括環境監測傳感器、變形監測傳感

　　器、應力應變傳感器、荷載監測傳感器等。

　　（2）數據采集系統：即數據采集控制單元，有一定的內存，并能安裝控制

　　軟件，對傳感器的工作方式進行控制，接收云端遠程控制信號。不同類別的傳感

　　器一般對應不同型號的采集控制單元。

　　（3）數據傳輸系統：通過無線或有線等各種傳輸方式，將采集到的監測數

　　據上傳至云端服務器。

　　（4）控制分析系統：在云端服務器上，可以對監測數據進行計算、處理和

　　分析。監測成果可以通過網頁、手機APP、短信等多種方式分發至指定客戶。

　　7.2監測平臺的主要功能

　　（1）創建工程項目

　　對于每一個新項目，需要在平臺創建工程項目，即生成項目路徑，并填入項

　　目名稱、項目地址、監測起止時間等基本信息。平臺可實時顯示相應信息。

　　（2）配置傳感器

　　項目創建完成后，根據項目的實際采用傳感器的情況，配置具體的傳感器類

　　別、編號、型號等相關參數。

　　（3）測點管理

　　傳感器配置完畢后，可對傳感器進行測點管理，將多個傳感器歸納到對應的

　　測點分組內，方便后期管理與查找。

　　（4）查看數據

　　可以查看后臺存儲的各類監測數據。并可以將相關數據導出，生成圖表、報

　　表等。

　　（5）可視化展示

　　八、監測頻率及現場監測

　　由于本項目采用自動化監測系統，可以實現連續在線實時監測功能。

　　本次施工過程監測頻率如下：

　　一般階段：1次/2小時

　　提升過程：1次/15分鐘

　　九、監測報警值

　　十、主要施工節點

　　十一、監測數據分析

　　11.1首次提升及靜置階段監測

　　鋼桁架GHJ-1～GHJ-8在首次提升及靜置階段應力變化曲線。

　　2022.1.12·11：00～2022.1.12·17：00為脫離胎架階段，2022.1.12·17：

　　00～2022.1.12·21：00為首次提升階段，2022.1.12·21：00～2022.1.13·07：

　　00為懸空靜置階段。

　　由圖可見，鋼結構脫離胎架期間，由于結構應力重新分布，監測點應力緩慢

　　增大。提升期間隨著液壓油缸壓力的加大，鋼結構應力也逐漸增大，直至鋼結構

　　下底面完全脫離胎架后，監測點應力基本達到穩定值，應力最大點為Y7，最大

　　應力值25.8MPa（報警值為80MPa）。提升前期，監測點應力處于可控狀態，無突變情況。此外，在首次提升后的靜置階段，由圖可見各監測點應力基本無變化，曲線非常平穩。本階段現場施工進展順利，巡視檢查鋼結構未發現異常情況。

　　11.2連續提升階段監測

　　由圖中可以看出，曲線變化較為平緩，鋼結構連續提升期間，監測點應力變

　　化非常小，基本處于穩定狀態。在氣溫較高的中、下午時段，鋼結構應力稍大，

　　其后又恢復至之前狀態。本階段應力最大點Y7，最大應力26.8MPa（報警值為

　　80MPa）。

　　本階段鋼結構連續提升，提升工作平穩有序，巡視檢查鋼結構未發現異常情

　　況。

　　11.3.提升完成后焊接階段監測

　　鋼桁架GHJ-1～GHJ-8在提升完成后的焊接階段應力變化曲線。

　　從圖中可以看出，鋼結構提升完成后焊接期間，監測點應力由于受結構應力重新分布、溫度影響等原因，局部出現波動但是波動幅度較小（約為5MPa）,整體未發生突變等異常情況。截至2022年1月19日8:00，應力最大點為Y2，最

　　大應力值為25.6MPa（報警值為80 MPa）。本階段為鋼結構內、外桁架的對接焊接，現場各項工作進展正常，巡視檢查

　　鋼結構未發現異常情況，整個施工過程進展順利。

　　十二、結語

　　本次監測過程中，我方按照委托方的要求，根據施工進度需要，提前安裝了監測設備，鋼結構提升施工過程中現場提供了跟蹤式監測服務。在整個監測過程中，監測設備運行正常，各監測點數據均未達到監測報警值，監測過程未發現數據異常，施工過程進展順利。本次監測工作的開展得到了本工程建設單位、監理、施工等各方現場人員的大力支持和積極配合，在此致以誠摯的謝意。