中央电视台主楼施工过程及服役期的健康监测方案

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1、CCTV新台址主楼施工过程及服役期健康监测初步方案清华大学土木工程系二零零五年元月10目录一、概述二、健康监测的必要性三、健康监测初步方案3.1施工过程中健康监测3.1.1应力应变监测3.1.2动力性能监测3.2结构服役期内的健康监测3.2.1应力应变监测3.2.2动力性能监测附录A：施工过程中应力应变监测附录B：施工过程中的动力性能监测10一、CCTV主楼构成及受力特点中央电视台主楼由9层裙楼、3层地下室、两座斜塔和连接两塔楼的悬臂部分组成一个不规则的门式结构。两个塔楼各以6º倾斜，高度234米，在37层（163米）处通过一“L”形的长悬臂连为一体。

2、长悬臂结构共14层，高度55米，由37、38层转换桁架支承。由于整个结构“斜”和“悬”的特点，其结构受力特别复杂。整个结构由外框筒抵抗水平荷载，包括风荷载及水平地震力；核心筒主要承受竖形荷载；由于两座塔楼本身倾斜，而悬臂位置较高，悬挑长度长达75米、悬挑重量达2万吨，结构仅在自重作用下存在较大的倾覆力矩；十四层悬挑部分完全由两层转换桁架托起，再通过转换桁架将竖向荷载传给外框筒；中央主楼在平面布置和竖向布置存在多处严重不规则之处，超出了《建筑抗震设计规范》（简称《抗规》）规定的限值。在平面布置上，根据《抗规》的规定，当楼层最大水平位移大于两端均值的1.2

3、倍时称为扭转不规则。央视主楼的倾斜屋面、悬臂底部两处均超出1.2倍的限值；在平面布置中，当凹凸结构的投影平面一侧尺寸在指定方向上大于相应方向投影总尺寸的30%称为凹凸不规则；央视主楼超出此限值，其投影平面如图1所示。图1平面布置图当有效楼板宽度小于该方向50％或开洞面积大于该层的30％时称为楼板不连续，如主楼的第38层，其平面图如图2所示。10图2第38层局部平面图3侧向刚度不规则10在竖向不规则上，当某层刚度小于相邻上层的70％，或小于其上相邻三层的80％时，称为侧向刚度不规则。主楼悬臂部分和裙房（由于地层开大洞较多，侧向刚度随高度增加而加大）部分两

4、处超出规范的限值，如图3所示；当任何楼层的有效质量超出相邻楼层的有效质量150%时，称为重量不规则；悬挑部分超出IBC规范的限值；当抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上层的80％时，存在承载能力的突变（薄弱层），央视悬挑部分为薄弱层。总计主楼在平面和竖向规则性上共有6个方面多处超出规范限值，属于“严重”不规则，主楼结构存在着抗震薄弱环节，结构受力特别复杂。由于主楼结构的组成体系“斜”和“悬”的特点，塔楼在施工过程中随着安装逐层增高，两个塔楼会向更加接近的方向变形倾斜，且不均匀分布的温度场会加剧这种变形趋势。这种不均匀的温度场一方面表现在结构的不同部分受

5、到不均匀的日光照射具而具有不同的积温效应，另一方面表现在结构的施工周期长，冬夏之间跨越温差大，温度效应将使结构产生非常复杂的变形。施工过程中随着塔楼的逐层增高，结构构件的应力和变形在不停地复杂变化，其变化过程会一直持续到整个结构的竣工。二、健康监测的必要性综前所述，央视主楼结构体系受力复杂，建造周期长，施工工况多，加上结构本身的投资大，为目前国内单项工程中总投资最大的项目，又为CCTV的总部所在，属生命线工程，结构的重要性极高。因此，对这样一座重要性极高的建筑，非常有必要建立一个健康监测系统，对施工过程及服役期间进行实时跟踪监测。这种实时跟踪监测，一方

6、面为了保证施工过程的顺利进行，确保结构或构件不至于在施工过程中出现过渡的变形或破坏，使结构在施工完毕后能够达到设计要求。施工过程的实时跟踪监测，目的是监测施工过程中结构或构件的变形和应力，并随时根据对结构或构件的变形和应力的监测结果进行分析，调整施工过程中的相关环节；另一方面监测结构在正常服役期内其健康状态，获得结构在服役期内受各种环境因素影响下的结构响应行为的健康状态参数，包括结构的强度、刚度、动力性能等，根据对结构健康状态参数对结构的可靠性、安全性、耐久性做出综合的科学评定，并与理论计算分析进行对比。健康监测10系统，是利用各种现代化的先进测试手段

7、对结构在各种因素下结构构件的响应行为进行实时监测，获得结构或者构件的强度（内力）、刚度（变形）、动力性能（频率、振型、阻尼、结构整体刚度等）等健康状态参数的一个综合监测系统。三、健康监测初步方案整个健康监测方案包括两部分：首先实时监测施工过程中结构或构件的内力和变形，其次对结构竣工交付使用后在两年的服役期内监测结构的健康状态参数。3.1施工过程中健康监测在中央电视台主楼施工过程中，利用健康监测系统监测结构的整个施工过程，内容包括应力应变监测和动力性能监测两部分。3.1.1应力应变监测监测点的数据通过光纤光栅传感器（FiberBraggGrating,F

8、BG）来测试，运用先进的现代化传感设备与光电通信及计算机技术，实时监测中央电视台主楼施工过程中