深圳某度假村钢结构泳池项目概况及钢结构类型介绍

3 钢结构施工全过程自动化监测

3.1 钢泳池项目概况

该度假村项目坐落于深圳市大鹏新区龙岐村银滩路，地面建有数座高耸建筑。其中1号楼作为酒店，由A座与B座两座塔楼组成，地上有八层，建筑总高达到35米，两座塔楼之间设有钢结构游泳池，池高34.05米，具体情况如图1所示。

图1 建筑效果

酒店A座、B座塔楼属于框架–剪力墙结构体系。两座塔楼顶部之间设有钢结构游泳池。游泳池的支撑结构是混凝土与钢结合的加强型柱子，这些柱子从地下室的根基部分开始设置，一直延伸到游泳池的建筑高度。

钢结构构造包含多个构件,具体有2根箱形钢柱,6根十字形钢柱,27根H形钢梁,5根箱形钢梁,以及一些钢板、焊接垫板和衬垫。泳池钢结构的外部框架位于A座与B座两大结构之间，其底部从第8层开始，该层建筑高度为29.850米，顶部则延伸至建筑顶端，高度为34.050米；其中，泳池钢结构顶棚的标高数值为33.350米，钢结构自身的最大垂直高度为2.3米，而其最长的水平距离达到了25.5米。箱型梁的跨度极限是26.2米，H型梁的跨度极限是15.6米，而组合式梁的跨度极限可以达到99.7米。

钢结构泳池的底部采用一块约50吨的承载扇形亚克力板，侧面则使用一块3.6吨的弧形亚克力板。该扇形亚克力板的长度为16.5米。

钢结构泳池现场建设关键环节涵盖：大型钢铁构件吊装与熔接作业，透明塑料板材的悬挂与拼接，水体注入及密封性检测，以及设施启用初期的维护工作。依照国家颁布的规程与准则，已草拟出针对该钢结构在主体吊装熔接竣工、支撑结构移除后的施工环节质量监控方案，并制定了设施启用初期运行状况的检测计划。

3.2 钢结构自动化监测技术与系统研发

这项研究以建设工程智能监测监管预警云平台等已有成果为支撑，以某度假村项目钢结构泳池安装施工为实例，意图探究钢结构的吊装作业、钢结构承受荷载的过程、钢结构相关附属设施施工所产生的影响，并建立钢结构与复合材料施工的自动化监测网络，具体研究事项包括。

（1）挠度监测。

本工程运用连通管静力水准仪，检测施工重量的施加阶段和施加完成后的主要结构弯曲形变状况，借助静力水准的测量手段，若监测区域出现下陷现象，会导致该处静力水准液面产生波动，同时所有监测点位的连通管与参考点形成串联，液位测量设备对液面高度进行记录，依据各监测点的液面高度差异，解析出垂直位移变化信息，进而计算得出构件测量点的弯曲程度。连通管静力水准仪安放在钢结构承载面的下方位置。测量各个监测点在两个不同时段内管内液位的高度差异，计算出挠度的变化情况（挠度监测点编号为J1到J9，总共有九个监测点）。

（2）应力应变监测。

这项工程项目的应力应变监测系统包含应变测量装置、信号传输线路以及振动弦式数据记录设备。监测位置的应变感应部件选用表面焊接方式安装的测试元件，数据记录设备借助网络端口与电脑建立联系，用以完成信息获取、运算分析以及远程操控功能。

安装应力应变监测设备：依照结构实际承力状况，确定计算分析中的重点部位和重要构件作为监测的核心对象。监测点位编号为P1至P6，总共包含6套24个测量位置。

（3）通信及供电方式。

采用内置4G通信模块和锂电池及市电供电方式。

3.3 钢结构监测数据与分析

实施钢结构与复合材料的施工及运行全程监督，构建的系统将包含现场图像显示单元、设备维护单元、图形数据实时处理与计算、数据汇总与归类、风险提示与控制标准管理、文档输出单元，系统整体结构参见图2。基于此系统结构开发智能应用软件，部署在移动终端上，用以增强现场管理的互动性。

图2 系统框架示意（作者自绘）

3.3.1 挠度监测

钢构件下挠累计值最大为–8.96 mm，出现在J5监测点，整个监测期间，监测点累计变化值均未出现向上弯曲的数据，变化趋势如图3所示。

图3 挠度监测点累计变化曲线

3.3.2 应力应变监测

钢构件在应力应变监测期间，承受压力的应力累积最大程度达到22.84兆帕，位置在P1外侧，承受拉力的应力累积最大程度减少到23.06兆帕，位置在P6下侧，这些变化的具体形态通过图4进行展示。

图4 挠度监测点累计变化曲线

3.3.3 结论与分析

钢结构泳池变形测量，整个泳池钢结构安装期间涵盖满水测试，钢构件下凹累积最大值出现在J5点，数值为–8.96 mm，测量过程中所有监测点均无向上弯曲的读数。

钢结构泳池实施应力应变监测。在泳池钢结构安装期间，涵盖泳池注满水时的测试。钢构件应力应变测量结果显示，最大压应力出现在测点P1（外侧），数值为22.84 MPa。最大拉应力则位于测点P6（下侧），数值为–23.06 MPa。

对自动化监测系统过程中数据进行研究并提出相关意见。关于挠度监测方面，在钢架支撑已经拆除且泳池混凝土浇筑完成之后，亚克力板拼接时升温作业，同时环境温度升高到30度，钢结构件挠度监测结果显示，J1累计变动量是负五点零七毫米，J3累计变动量是负五点七六毫米，这两个数值都超过了预设的预警界限五毫米。

钢架支撑已经拆除，泳池混凝土也已完成浇筑，在亚克力板连接处加热升温施工期间，环境温度升高到50摄氏度，升温区域内的挠度监测读数达到最大值，为负十一点九毫米，监测点为J5。

钢架支撑卸除后，泳池混凝土浇筑完成，亚克力板连接处加热升温，环境温度达到五十摄氏度，升温区域应力出现最高点，数值为五十八点七八兆帕，监测点P6上方位置达到峰值，并且该应力峰值与挠度峰值几乎同步发生。

经研究确认：该度假村项目1号楼的钢结构泳池，因其构造方式特殊、承力状况复杂，造成在钢架焊接告一段落且支撑结构拆除之后，以及亚克力板热连接施工期间，监测到的数值波动显著，具体表现为，通过对比亚克力板连接前后的监测曲线，众多测量挠度和应力应变的点位，在环境温度上升时出现了数值反常（亚克力板连接使钢架及环境温度升高），当环境温度升至50摄氏度时，挠度和应力应变的监测数值达到了最高点，监测点位越是靠近亚克力板热连接区域，其数据随环境温度变化的倾向性越突出，详细情况如下所述。

亚克力板进行热拼接作业时，通过分析监测数据的前后对比曲线，发现许多监测点的沉降数据和应力数据存在异常情况，并且多个数据点的应力和沉降呈现出先上升后下降的趋势，初步分析认为这可能是由于亚克力板施工时的温度荷载所导致的。

因为检测信息中的数值幅度很小，并且会随着气温呈现规律性波动，当前看来，钢结构暂时不存在安全性能方面的隐患。

根据数据分析得出结论：钢结构在制作和安装过程中，起拱高度未能完全符合设计标准，然而这种疲劳状况的持续反复，会对钢结构的材料特性造成损害。依据监测数据的反馈，当进行亚克力板铺设时，针对钢结构实施了必要的降温方法，以此降低施工温度给钢结构带来的负担。

监测期间，除前述状况外，监测数据与时间关联曲线会受现场环境因素影响产生轻微起伏。针对所述时段内各项监测信息的变化态势，实施了深入剖析与归纳，同时依据评估结果，对施工全周期监测目标自身的结构稳固性进行了安全性判断。

4 结论

该项目充分展现了自动化安全监测系统在钢结构安装中的关键作用，该系统对结构安装的质量和安全起到了重要的保障和警示作用，使结构在安装过程中的变形数据得到充分分析和应用，为施工全过程对结构影响的特征提供了时空上的模拟，为前期设计模型提供了有力的实践数据支持，也为结构后续的验收和使用奠定了坚实的数据基础。

这项工作从实际应用创新出发，针对大跨度钢结构亚克力板泳池的组装过程，创建了三维模型，同时开展温度、应力应变、挠度等方面的实时多角度监测。

运用现场组装焊接时构件的初始状态进行形态模拟，借助仿真模型基础架构构建的监测云平台，通过数据综合分析运算及平台可视化呈现，获取即时数据，整合服务器运算逻辑、多元数据联动处理、网络化存储与信息展示等自动化监测的钢结构安全监管方案，实现钢结构安装全过程的安全质量管控数字化，同时可借助模块化设计增强系统功能，例如巡查监督模块、人工数据核对模块等；构建全新的应用场景将推动钢结构自动化监测研究向更深层次演进，发展潜力可观。

通过分析钢结构和亚克力板组合结构的性能特点,以及力学表现中的不足之处,结合仿真模型的运算和推理,可以识别出整体构造中的薄弱位置,并确定对安装稳固性有重要作用的因素。

运用实时动态数据剖析，改进监测要素确定，调整监测点位配置，完善数据调控标准，修正分析运算方式，达成钢结构与复合材料构建安装的系统安全过渡，确保成效的可靠性及整体稳固性。

钢结构与复合材料相结合的系统性施工，在全过程自动化监测方面展开研究，有助于提升结构质量并提高效率，同时也能推动新技术与新工艺的进步。通过采用拼装方式，可以优化复合型材料同钢结构的最佳安装管理模式，进而实现施工工艺的改进和施工成本的节约。

（本文已完结）

摘自《建筑技术》2024年10月，张贵鑫

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