CN102605860B - 木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法 - Google Patents
木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了老砖木结构建筑带荷载的木梁、木柱在替换改造施工过程中，荷载改变和传递过程所产生的结构梁、柱构件变形所采取的网格化信息监控方法，其包括如下步骤：(1)应用施工仿真技术预先对施工全过程和中心关键工序进行模拟分析；(2)对梁柱应变、梁柱位移，柱轴力，外墙和室内独立基础沉降以及外墙裂缝进行垂直监测，形成有机整体，由点状监控变成网格化监控；(3)用网格化监控的信息数据与施工仿真分析数学模型结果进行实时对比和关联，形成网格化信息监控技术。本发明能够在调平上部荷载至新结构梁、柱时，保证上部结构和相邻空间的建筑构件变形达到建筑力学模型所建立的构件受控变形值的最佳点，即无突变、无震动、无裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑物的施工技术，具体涉及一种历史老建筑的结构修缮和梁、柱、板在有使用荷载的情况下的整体替换技术。在其多层砖木结构建筑的改造修缮过程中，保留上部需要正常使用的楼层和屋盖以及外墙的情况下，整体托换下面几个楼层的木地板、木梁、木柱。为保证整个建筑在改造托换施工期间的安全，所采取的托换荷载传递、变形所采取的网格化信息监控方法。
背景技术
历史建筑一般是指历史遗留下来的具有较长年代的寺、庙、殿、楼、塔、宫、陵等或一些名人居住、发生重大事件的特色建筑，通常具有很高的文化价值、研究价值以及观赏保留和保护价值。
上海老城区相当多的历史建筑虽然经历了漫长的时代变迁，但仍然在现代城市中担当着重要角色，但极大多数砖木结构建筑已经处于危房等级，其建筑使用功能也无法满足经济发展需求。在修缮保护利用中“替梁换柱”的技术需求已经成为修缮改造成败的关键，采取一种科学的可控的梁柱替换改造方法，才能真正起到城市风貌延续和历史建筑保护在利用的目的。
按照传统的修缮施工，凭经验和单一的方法来判断建筑结构件替换改造过程的安全性，已无法满足保护和修缮改造的二全要求。为此，研究提供一种网格化、可全面精确跟踪和监测建筑改造施工工况，其结构受力构件替换过程变形实况参数与预先建立的理论结构数学模型同步比较，达到预控的监测方法是本发明的出发点。
发明内容
本发明针对现有建筑梁柱改造替换技术所存在的缺陷，而提供一种木梁、木柱承担的荷载在替换、卸载过程对构件变形采取的网格化信息化监控方法，该信息化监控方法在一种历史老建筑，其多层砖木结构改造修缮过程中，可全面收集、跟踪、对比、监测施工过程中各个阶段改造工程涉及的结构和构件的重要工程力学参数，给予现场施工人员直观的替换构件变形数据指导建议，监督施工过程合理安排，起到安全预警作用，确保工程安全有效地进行。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
1、木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法，所述网格化信息监控方法包括如下步骤：
(1)应用施工仿真技术预先对施工工况全过程和中心关键技术路线建立数学模型，实现模拟分析，较准确地预测了新、老替换结构构件的变形和内力；
(2)对梁柱应变、梁柱位移，柱轴力，外墙和室内独立基础沉降以及外墙裂缝进行监测，形成网格化监控：
(2.1)梁柱应变监测：在原木结构梁、柱上布置应变信息点，在新替换的结构梁、柱上布置应变信息点，通过无线传输的方式实时与建立的数学模型同步比较梁、柱应力变化差异；
(2.2)梁柱位移监测：在每根将替换的木柱附近布置3个位移信息点，在保留的木梁上同样布置位移信息点，新梁上布置对称位移信息点，新柱顶端布置位移信息点；通过无线传输和记录表的方式实时与建立的数学模型同步比较梁、柱受压、受弯变化差异；
(2.3)柱轴力监测：在替代柱顶端布置轴力信息点，通过该轴力信息点实时监测上部荷载转移至新柱的轴力变化；
(2.4)外墙和室内独立基础沉降监测：在外墙根据不同楼层布置相应的位移信息点，通过测量各个位移信息点的三维坐标计算出每段墙面的水平倾斜与竖直倾斜；根据施工工况确定的梁、柱托换顺序选取相应的独立桩基设置相应的沉降信息点，实时监测室内独立基础的沉降；
(2.5)外墙裂缝监测：用5mm厚石膏顺着原裂缝方向以100等宽粉刷，在石膏硬化后定时、定期拍摄裂缝发展控制点，并以此观测裂缝的发展的情况，以直观信息，提供置换程序参数调整参考；
(3)将网格化监控的数据与施工仿真分析结果进行对比和联系，形成网格化动态信息监控，保证施工过程变形控制处于设计安全范围内。
进一步的，所述步骤(2.4)中外墙沉降监测通过如下步骤进行：
(2.4I)首先在建筑物周围选取两个可通视的点作为测量控制点；
(2.4II)通过这两测量控制点设定临时坐标系，通过观测位移信息点的三维坐标计算出每个点水平位移和竖直位移；
(2.4III)通过计算同一墙面的3个位移信息点的坐标计算出墙面的垂直度，通过对垂直度的变化的监控墙体的倾斜度。
再进一步的，所述步骤(2.4)中室内独立基础沉降监测通过如下步骤进行：
(2.4a)在待施工建筑物附近选取一市政布设的高程控制点或在某个不会沉降的建筑物的墙上做上标记作为测量控制点；
(2.4b)从测量控制点引一条导线到建筑物外围，再测量布置的沉降信息点的高程，从而计算出各个沉降信息点的沉降情况。
根据上述技术方案形成的本发明能够在调平上部荷载至新钢结构梁、柱时，保证上部使用结构和相邻空间的建筑构件变形达到同步建筑力学模型所建立的构件受控变形值的最佳点，即无突出突变、无震动、无裂缝。
同时该网格化信息监控方法将施工仿真技术与网格化监控技术相结合，形成网格化信息监控技术，可全面跟踪监测施工过程中各个阶段结构和构件的重要工程参数，由以前点状监控变成网络化监控，主要包括施工仿真分析、木结构梁、柱的应变和位移、轴力、建筑物外墙和室内独立基础的沉降以及外墙裂缝监测以及计算数据与监测结果相结合等三个部分。根据监测和计算结果，给出全过程监测记录，给予现场施工指导性建议，监督施工过程合理进行，起到安全预警作用，确保工程安全顺利地进行。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)在砖木混合结构上实施监测。
(2)由单一的应力应变监测发展到整合垂直轴力监测，更直观的表达结构变化，并解决应力监测单一滞后的难题。
(3)监测信息传递由有线方式变为无线方式。
(4)由原来的点状监测变为网格状监测。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的流程图。
图2为梁柱的应变信息点布置示意图。
图3为木梁、新梁及新柱位移信息点布置示意图。
图4为轴力信息点布置示意图。
图5为北面外墙信息点布置图。
图6为西面外墙信息点布置图。
图7为桩基测量点布置图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明提供的木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法，包括如下步骤(参见图1)：
(1)应用施工仿真技术预先对施工全过程和中心关键技术进行模拟分析，较准确地预测了结构的变形和内力。
(2)对梁柱应变、梁柱位移，柱轴力，外墙和室内独立基础沉降以及外墙裂缝进行监测，形成有机整体，解决以前应力点状监测数据滞后的难题，有以前的点状监控变成网格化监控；
(2.1)梁柱应变监测：在原木结构梁、柱上布置应变信息点，在新替换的结构梁、柱上布置应变信息点，通过无线传输的方式实时与设计结构模型同步比较梁、柱应力变化差异；
(2.2)梁柱位移监测：在每根将替换的木柱附近布置3个位移信息点，在保留的木梁上同样布置位移信息点，新梁上布置对称位移信息点，新柱顶端布置位移信息点；通过无线传输和记录表的方式实时与设计结构模型同步比较梁、柱受压、受弯变化差异。
(2.3)柱轴力监测：在替代柱顶端布置轴力信息点，通过该轴力信息点实时监测上部荷载转移至新柱的轴力变化；
(2.4)外墙和室内独立基础沉降监测：
外墙监测：
在外墙根据不同楼层布置相应的位移信息点，通过测量各个位移信息点的三维坐标计算出每段墙面的水平倾斜与竖直倾斜；
室内独立基础沉降监测：
根据施工工况确定的梁、柱托换顺序相应的独立桩基设置信息的信息点，实时监测室内独立基础的沉降；
(2.5)外墙裂缝监测：用5mm厚石膏顺着原裂缝方向以100等宽粉刷，在石膏硬化后定时、定期用高像素数码相机拍摄裂缝发展控制点，在电脑上放大倍数，观测裂缝的发展的情况，以直观信息，提供置换程序参数调整参考。
(3)将网格化监控的可靠数据与施工仿真分析结果进行对比和联系，形成网格化信息监控技术，保证施工过程的安全。
基于上述方案，本发明的具体实施如下：
该实施例是处于市中心老城区，具有80多年的历史建筑，工程建筑面积约4350m2，工程建筑层数为5层，工程结构类型为砖木混合结构。该工程按设计要求在建筑物的外立面不改变和无损保护的基础上，拆除建筑物内1～4层的木结构楼层，包括大梁、立柱、填充墙等设施，用新的钢结构梁、柱和混凝土楼板替换原结构，并保留五层以上还需要正常使用的房屋结构。
为此，在该工程施工过程中建筑构件变形信息监测设计内容主要有以下几点：
(1)施工全过程仿真分析计算；
(2.1)施工过程中原木梁、木柱的应变以及托换以后新钢梁、新柱的应变；
(2.2)施工过程中上部结构体系转换前后末端木梁、木柱、新梁以及新柱的位移；
(2.3)施工过程中结构体系转换前后替代钢柱的轴力变化值；
(2.4)施工过程中建筑物外墙的变形以及室内独立基础的沉降变化值；
(2.5)施工过程中外墙裂缝的发展监测。
为达到上述要求，其具体过程如下：
一、施工全过程仿真分析
本工程采用通用有限元分析软件对建筑物大楼改建工况进行了全过程模拟仿真分析，通过有限元对施工全过程的仿真分析可以较好地了解结构各个施工阶段的变形影响因素，通过仿真计算对结构的力学响应进行分析，对结构在施工过程中发生的情况进行提前预测，从而为网格化信息监控提供详细比对资料，为施工工况设计提供技术参考，并提出预警控制设定值的合理建议，以确保施工过程的安全。
有限元模型采用MIDAS/CIVIL建立，根据设计单位提供的相关图纸建立有限元模型。
(1)单元类型
在本次施工过程模拟分析中主要采用梁单元、板单元以及桁架单元三种类型，其中梁单元主楼用来模拟木梁木柱以及钢梁和钢柱构件，板单元主要用来模拟墙体，桁架单元用来模拟顶升过程中的千斤顶。
(2)材料
在本次施工过程模拟分析木结构采用松木模拟；墙体强度等级砖为MU7.5，砂浆为MU2.5；原结构混凝土强度按照C20考虑；新建钢结构材料为Q345，劲性结构钢结构采用Q345，内部混凝土强度等级C40。
(3)边界条件
在本次施工过程模拟分析中，柱结构边界条件为固结，墙体为三相铰接，钢梁与墙体连接形式也采用固结。
(4)荷载
在本次施工过程模拟分析中荷载主要考虑结构自重、恒载和活载。自重由有限元软件自动计算；木楼面恒载取0.9kN/m2，瓦屋面恒载0.55kN/m2，100厚现浇混凝土板恒载3.0kN/m2；五楼使用活荷载取1.0kN/m2。
(5)工况分析
本工程拟在保留原结构五层以及外立面墙的基础上，托换1～4层木结构为钢结构，拆除1～4层原建筑物内的隔墙、地板、桁条、大梁、立柱、填充墙等设施，在钢结构托换木结构的过程中主要考虑千斤顶顶升的施工方式模拟。
表1施工阶段描述
参见表1，在本次施工过程分析中把整个施工过程分成三个阶段，第一个阶段原木结构生成，第二个阶段(CS2、CS3、CS4)包括新钢结构生成，千斤顶激活以及木结构拆除，第三阶段为施加二至四层混凝土楼面荷载。
第一阶段模拟计算结果：
原木结构生成以后，结构变形，其中墙体的最大压缩变形为-6.1mm，主要承重构件的最大压缩变形为-17.0mm。
原木结构生成以后，其中墙体的最大有效应力为0.6Mpa，主要承重构件的最大有效应力为13.5Mpa，五层底木横梁最大组合应力为12.6Mpa。
第二阶段模拟计算结果：
该阶段中模拟在木横梁与钢梁之间，放置12排共58个千斤顶。
千斤顶每次顶升的位移量如表2所示，在本次模拟分析中，分两个阶段顶升千斤顶，第一个阶段顶升第3、4、10排千斤顶，第二次顶升剩下的千斤顶。
表2千斤顶顶升阶段及顶升位移单位：mm
| 千斤顶排数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 顶升量 | 6 | 2 | 2 | 4 | 5 | 5 | 1 | 6 | 5 | 2 | 8 | 10 |
| 顶升阶段 | 二 | 二 | 一 | 一 | 二 | 二 | 二 | 二 | 二 | 一 | 二 | 二 |
(1)顶升阶段一完成
顶升阶段一完成以后，千斤顶顶部及底部位移如表3所示：
表3顶升第一阶段完成各排千斤顶顶部及底部最大位移单位：mm
第3排千斤顶底部下降了1mm，木结构被顶升了2mm，第4排千斤顶顶升以后千斤顶底部的最大下降值为3mm，木结构顶升最大值为2mm。第10排千斤顶底部最大下降1mm，木结构最大顶升量2mm。
顶升阶段第一次千斤顶顶升完成以后各排千斤顶最大轴力如表4所示：
表4顶升第一阶段完成各排千斤顶最大轴力单位：t
| 千斤顶排数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 顶升阶段1 | 1 | 0 | 2 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 1 |
顶升阶段第一次千斤顶顶升完成以后，第3排千斤顶最大轴力为2t，第4排千斤顶最大轴力为5t，第10排千斤顶最大轴力为3t。
千斤顶顶升第一阶段完成以后，钢结构最大组合应力为45.3Mpa。
千斤顶顶升第一阶段完成以后，钢结构最大竖向变形为-3.8mm。
其中，一至四层砖木结构主要承重构件的应力中，最大应力为-12.0Mpa。
一至四层砖木结构主要承重构件最大竖向为-17.4mm，比第一阶段增加了0.4mm。
墙体的最大有效应力为0.6Mpa，与第一阶段木结构形成相同。
墙体最大压缩变形为-5.5mm，比第一阶段木结构形成回弹了0.6mm。
千斤顶顶升第一阶段完成以后，第5层木结构底部木横梁最大组合应力为-12.0Mpa，比顶升前小了0.6Mpa。
(2)顶升阶段二完成
顶升阶段二完成以后，各排千斤顶顶部及底部最大位移如表5所示。
表5顶升第二阶段完成各排千斤顶顶部及底部最大位移单位：mm
其中千斤顶顶部木结构最多被顶升了2mm，千斤顶底部钢结构最大下降值为-9mm。
顶升阶段第二次千斤顶顶升完成以后各排千斤顶的压力如表6所示：
表6顶升第二阶段完成各排千斤顶最大轴力单位：t
| 千斤顶排数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 顶升阶段一 | 1 | 0 | 2 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 1 |
| 顶升阶段二 | 2 | 3 | 2 | 3 | 3 | 7 | 0 | 3 | 2 | 2 | 2 | 11 |
其中，千斤顶最大轴力为11t，第3排千斤顶最大轴力没有变化，第4排千斤顶最大轴力下降了2t，第10排千斤顶最大轴力下降了1t。
第二次千斤顶顶升完成以后，钢结构应力情况如下所示，钢结构最大有效应力为82.2Mpa，比第一次顶升完成以后增加了37.2Mpa。
千斤顶顶升第二阶段完成以后，钢结构最大竖向变形为-10.7mm，比第一次顶升完成以后增加了6.9mm。
一至四层砖木结构主要承重构件最大应力为-11.4Mpa，比第一次顶升完成以后减小了0.6Mpa。
一至四层砖木结构主要承重构件最大竖向为-16.3mm，与千斤顶第一次顶升完成相比，减小了1.1mm。
墙体应力的最大有效应力为0.6Mpa，与第一次千斤顶顶升完成后相同。
墙体压缩变形的最大压缩变形为-6.7mm，与千斤顶第一次顶升完成以后压缩量增加了1.2mm。
顶升第二阶段完成以后，第5层底部木横梁应力的最大有效应力为-11.4Mpa，比第一次千斤顶顶升完成后减少了0.6Mpa。
(3)木结构拆除
木结构拆除以后，58个千斤顶顶部木结构的位移量与体系转化后对应千斤顶顶部木结构的位移量的差值如表7所示，与初始值相比木结构变形量基本上都小于3mm。
表7木结构拆除后千斤顶顶部木结构位移单位：mm
| 排数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 变形值 | -2 | -1 | 0 | -2 | -2 | -1 | 0 | -2 | -1 | 1 | 1 | 0 |
| 变形值 | -1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | / | / | 1 | 2 | 2 |
| 变形值 | -2 | -1 | 1 | -1 | -2 | -1 | 0 | / | / | 0 | -1 | -2 |
| 变形值 | -3 | -3 | 1 | 0 | / | / | / | / | / | 0 | -2 | -3 |
| 变形值 | -1 | -1 | 1 | -1 | / | / | / | / | / | 0 | -2 | -3 |
| 变形值 | 2 | 2 | 1 | 0 | / | / | / | -1 | 0 | 1 | -1 | -2 |
| 变形值 | / | / | / | / | 0 | 0 | 1 | / | / | / | / | / |
木结构拆除以后，钢结构应力的最大有效应力为107.8Mpa，比第二次顶升完成以后增加了25.6Mpa。
木结构拆除以后，钢结构变形的最大竖向变形为-16mm，比第二次顶升完成以后增加了5.3mm。
一至四层砖木结构主要承重构件应力的最大应力为9.3Mpa。
一至四层砖木结构主要承重构件变形中，最大竖向为-16.5mm，与千斤顶第二次顶升完成相比，增加了0.2mm。
主要承重构件墙体应力的最大有效应力为1.1Mpa，比第二次千斤顶顶升完成增加了0.5Mpa。
墙体压缩变形的最大压缩变形为-10.9mm，与千斤顶第二次顶升完成以后压缩量增加了4.2mm。
木结构拆除以后，第5层横梁应力的最大有效应力为9.3Mpa。
第一第二阶段有限元仿真分析过程中，主要构件应力及变形如表8所示。
表8第一第二阶段有限元仿真分析结果
第三阶段计算结果
2至4层混凝土楼板荷载加载以后，其中墙体的最大压缩变形为-11.3mm，主要承重构件的最大压缩变形为-17mm，钢结构的最大竖向变形为-16.3mm。
二至四楼混凝土板加载以后，其中墙体的最大有效应力为1.1Mpa，主要承重构件的最大有效应力为15.2Mpa，钢结构最大应力133Mpa，五层底木横梁的最大组合应力为-8.5Mpa。
二至四楼混凝土板加载以后，12个独立桩基的反力中，最大反力为94.4t。
2至4层混凝土楼板加载以后，58个千斤顶顶部木结构的位移量与体系转化后对应千斤顶顶部木结构的位移量的差值如表9所示，与初始值相比木结构变形量基本上都小于4mm。
表9混凝土加载以后千斤顶顶部木结构位移单位：mm
| 排数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 变形值 | -2 | -2 | -1 | -3 | -3 | -2 | 0 | -2 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| 变形值 | -2 | -1 | 0 | 0 | -1 | 0 | 0 | / | / | -1 | 1 | 1 |
| 变形值 | -3 | -2 | 0 | -2 | -3 | -2 | 0 | / | / | -1 | -2 | -3 |
| 变形值 | -3 | -3 | 0 | 0 | / | / | / | / | / | -1 | -3 | -4 |
| 变形值 | -2 | -2 | 0 | -2 | / | / | / | / | / | 0 | -3 | -4 |
| 变形值 | 1 | 1 | 0 | 0 | / | / | / | -2 | -1 | 0 | -2 | -2 |
| 变形值 | / | / | / | / | -1 | -1 | 0 | / | / | / | / | / |
第一至第三阶段有限元仿真分析过程中，主要构件应力及变形如表10所示。与原始状态相比，主要承重构件变形没有变化，应力增加了1.7Mpa；墙体竖向变形增加了5.2mm，应力增加了0.5Mpa；第五层木梁应力减少了4.1Mpa。
表101至3阶段有限元仿真分析结果
二、桩基沉降
以GZJ-5为例计算桩基沉降量，柱下四角布置预制方桩250*250，已知上部荷载产生的荷载效应准永久组合时的压力按P＝94.4t计算。
(1)基本假设：
1)根据岩士工程勘察报告，选择第⑤1层粉质粘士层为桩基持力层，桩端入土深度25.5m，层顶埋深16.5m，层底埋深26.5m，桩底距该层底1m。
2)桩与桩间土视为一个整体，4个预制桩视为等代实体深基础，桩端处为实体基础的埋深。在实体基础的支承面积范围内，桩和士的混合重度为20kN/m3。
3)不考虑相邻荷载的影响。
(2)桩基沉降计算
1)实体深基础的支承面积
a0＝b0＝1m，l＝25.5m，α＝15.4/4＝3.85(扩散角)
a1＝b1＝a0+2ltgα＝1+2×25.5×tg3.85＝4.43m
实体深基础的支承面积：A＝a1×b1＝4.43×4.43＝19.6m2
2)桩底平面处对应于荷载效应准永久组合时的附加压力p0
上部荷载准永久组合P＝94.4t＝944kN
实体基础的支承面积范围内，桩、土重G＝25.5×19.6×20＝9996kN
等代实体深基础底处的土自重应力值pcd＝18×25.5＝459kPa
桩底平面处对应于荷载效应准永久组合时的附加应力σ0
3)计算桩基础中点的地基变形时，其地基变形计算深度(m)
zn＝b1(2.5-0.4lnb1)＝4.43(2.5-0.4ln4.43)＝8.44m
4)持力层顶面处、底面处，矩形面积土层上均布荷载作用下角点的平均附加应力系数，小面积短边b1＝4.43/2＝2.215m，长边l1＝b1
5)最终沉降变形量
根据规范R.0.3得实体深基础计算桩基沉降经验系数
修正后得最终变形量：s＝φys′＝0.5×57.5＝28.75mm
三、信息点布置，进行网格化实时监测
信息点的布置具体按照以下原则进行操作：
(1)结构重要部位布置信息点，进行应力和变形监控；
(2)有限元仿真计算中应力和变形绝对值比较大的构件布置信息点，进行监控；
(3)有限元仿真计算过程中应力和变形变化值比较大的构件布置信息点，进行监控；
(4)结构托换前后主要受力构件进行轴力应力和变形监测。
1、梁柱应变信息点布置
施工过程中木结构钢结构梁、柱应变信息点布置示意图如下图2所示：
钢结构共布置A、B、C、D、E、F、G7根轴，A、B、C、D轴每根轴布置6个应变信息点如图2所示，E、F、G轴每根轴布置4个应变信息点，钢钢结构共布置36个应变信息点。
木结构布置a、b2根轴，每根轴布置6个应变信息点同上图A轴相似。木结构共布置12个应变信息点。
整个监测过程中共布置48个应变信息点，其中在四层布置21个应变信息点，这些信息点采用无线方式传输，方便实时监测体系转换过程中结构的应力变化情况。
应变轴具体平面布置位置，按照施工方案确定的托换过程中的施工顺序进行合理布置。
2、梁柱位移信息点布置
施工过程中木梁、钢梁以及钢柱的位移信息点如下图3所示：
木梁钢梁以及钢柱位移信息点只布置在四层楼面上，在施工过程中选取四根钢柱，每根钢柱附近布置3个位移信息点，木梁上布置一个位移信息点，钢梁上布置一个位移信息点，钢柱顶端布置一个位移信息点，如图3所示，在施工过程中按照托换顺序总共布置12个位移信息点，监测托换过程中建筑物内部的变形情况。
3、柱轴力信息点布置
施工过程中在托换第五层建筑前后在钢柱顶端布置轴力信息点，监测钢柱轴力变化，在本次监测过程中共布置两个轴力信息点。轴力计位置布置如图4所示。
4、外墙和室内独立基础沉降信息点布置
外墙位移信息点位布置：每个立面的二楼、四楼、五楼布置3个位移信息点，由于东立面墙和南立面墙与其他建筑物的距离太近，无法使用全站仪测量墙面的倾斜度，总共布置18个位移信息点，信息点编号为C1～C18，通过测量C1～C18点位的三维坐标后计算出每段墙面的水平倾斜与竖直倾斜。
施工过程中外墙位移信息点如图5和图6所示：
具体测量时，首先在建筑物周围选取两个可通视的点作为测量控制点，并通过这两点设定临时坐标系，通过长期观测C1～C18点的三维坐标计算出每个点水平位移和竖直位移，并通过计算C1～C3、C4～C6、C7～C9等同一墙面的3个点的坐标计算出墙面的垂直度，通过对垂直度的变化的监控墙体的倾斜度。并可对同一水平面上三点的沉降变化量判断墙体是否均匀沉降，从而与沉降监测相校核。
室内独立基础沉降监测：根据施工方案确定的托换顺序选取个6独立桩基，并在桩基上标记无法轻易破坏的沉降信息点，其编号为A1～A6(如图7所示)。
具体测量方法：在建筑物附近选取一市政布设的高程控制点或在某个不会沉降的建筑物的墙上做上标记作为测量控制点，每次测量时，从该控制点引一条导线到建筑物外围，再测量布置的沉降信息点的高程，从而计算出每天各个信息点的沉降情况。
关于施工过程中的桩基沉降监测，主要难点包括：沉降信息点的保护，因为桩基信息点的布置是在第一层的地表，容易被施工人员破坏，而且桩基的沉降直接关系着整座大厦的沉降情；测量过程中应该保证测量环境的稳定，如仪器架设地点不进行剧烈的施工、对测量桩基上的钢柱进行打击等。由于桩基测量要求精度高，采用带有测微器的水准仪和殷钢瓦尺进行测量，精度可达到0.1mm。
5、外墙裂缝信息点布置
外墙裂缝监测采用两种监测方法进行，一种是用石膏填入涂抹在裂缝处等石膏硬化后再用钢尺每天量测裂缝的长度与宽度，计算出每天裂缝的变化情况；第二种是用测缝仪测量裂缝的宽度。裂缝信息点的具体布置情况视施工中裂缝的出现情况而定。在施工过程中每天巡视墙体有没有出现裂缝，一旦出现裂缝，马上开展裂缝监测工作。
上述方案具体实施过程中，木梁木柱钢梁钢柱应变监测采用基康智能温度振弦式应变计进行监测，其中无线采集系统采用深圳深基公司无线采集系统；建筑物外墙变形、梁变形监测采用LeicaTCA2003全站仪，室内独立基础沉降采用苏光精密水准仪结合苏光FS1平板测微器。
应变监测采用基康智能温度振弦式应变计传感器。振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。由于振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点。其中一至三楼应力监测采用有线监测系统，四楼应力监测系统选择深圳生基无线采集系统，无线采集系统软件特点如下：
网络控制器软件(SENG SenseMix)是运行在PC主机里的操作软件，用于现场操作和对被检测体多测试参量的整个过程进行控制。所包含的功能有：
(1)多文件管理：创建、修改、保存、另存、打开和删除网络结构文件；
(2)灵活的控制：执行动态采集，也可执行静态采集，可群操作，也可单点操作；
(3)可进行连续采集、定时采集和动态采集三种模式；
(4)采集数据自动保存，显示采集次数、每次采集的时间；
(5)多种显示方式：静态数据可显示表格和趋势曲线，动态数据可显示表格和振动波形曲线；
(6)历史数据管理：保存海量历史数据，随时可调出查看；
(7)数据导出多种格式：可将数据导出为文本文件、Excel文件、Matlab文件、位图文件、AVI文件等，便于后期应用分析软件进行分析处理；
(8)多物理量显示，可以增减应变、振动、振弦、数字等多种采集器，并在同一窗口或多窗口显示不同的检测数据，直观、方便；
(9)人机界面友好，操作方便快捷，软件模块化，自定多种窗口显示模式，满足不同人士习惯。
建筑物外墙变形、梁变形监测采用LeicaTCA 2003全站仪。在测距方式采用IR反射片测量的情况下，测距精度为1mm+1ppm，在较好的测量环境中，最大距离可测至250m。角度测量Hz及V标准偏差为0.5″，在仪器高小于1.5mm的范围内，激光对中器对中产生的点位误差为±0.5mm。
采用LeicaTCA2003全站仪上，充分利用系统以下三个方面的自动实时监测功能，提高了监测的精度，减小了操作误差。
(1)自动目标识别与照准：
自动目标照准(ATR)在通常的重复测量中优势突现。如监测、多测回测角、正倒镜测量等。观测者只要粗略地将望远镜照准目标，并按测距键，那么全站仪将自动地驱动望远镜去照准棱镜的中心，然后测量距离，并测定望远镜停止位置和棱镜中心之间的偏离量来改正角度观测值。
(2)均匀的高精度测量，与观测者无关：
快捷、省力。不需要精确调焦。测量时使用任一标准棱镜(不需要有源反射棱镜)。
(3)自动目标跟踪：
在LOCK模式下，完成首次测量以后全站仪就能自动跟踪棱镜。需要时，简单地按一下键，所有的测量值都记录下来，而不必中断跟踪。测量时用360°棱镜特别方便，因为它不需要关心棱镜是否对准仪器。
(4)自动数据处理软件应用：
在采用LeicaTCA2003全站仪的基础上，同时采用GeoMoS-通用监测软件，GeoMoS以图形和数字显示测量和分析结果。测量结果显示在时间-位移图上，据此可以判断出在所选时段内的监测对象的变化趋势。
(5)光学贴片的选择：
采用50mm*50mm光学贴片作为全站仪自动追踪目标。
沉降监测采用苏光DSZ2型水准仪结合苏光FS1平板测微器，采用数字式光学测微尺读数系统，直读0.1mm，估读至0.01mm精确可靠。其测量精度为每公里往返测标准偏差±0.7mm，可作为二等水准测量，变形及沉降观测。
上述工程监测时间规定如下：
(1)梁柱应变监测，在结构受力体系转换过程中，每天至少一次，同时根据施工要求合理调整；
(2)梁柱位移监测，在结构受力体系转换过程中，每天至少一次，同时根据施工要求合理调整；
(3)柱轴力监测，在结构受力体系转换过程中，每天至少一次，同时根据施工要求合理调整；
(4)外墙监测，三天一次，在结构受力体系转换过程中，一天一次；
(5)室内独立基础沉降监测，三天一次，在结构受力体系转换过程中，一天一次。
基于上述方案，本发明能够全面跟踪监测施工过程中各个阶段结构和构件的重要工程参数，由以前点状监控变成网络化监控，主要包括施工仿真分析、木结构梁、柱的应变和位移、轴力、建筑物外墙和室内独立基础的沉降以及外墙裂缝监测以及计算数据与监测结果相结合等三个部分。根据监测和计算结果，给出全过程监测记录，给予现场施工指导性建议，监督施工过程合理进行，起到安全预警作用，确保工程安全顺利地进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法，其特征在于，所述网格化信息监控方法包括如下步骤：（1）应用施工仿真技术预先对施工工况全过程和中心关键技术路线建立数学模型，实现模拟分析，较准确地预测了新、老替换结构构件的变形和内力；
（2）对梁柱应变、梁柱位移，柱轴力，外墙和室内独立基础沉降以及外墙裂缝进行监测，形成网格化监控：
（2.1）梁柱应变监测：在原木结构梁、柱上布置应变信息点，在新替换的结构梁、柱上布置应变信息点，通过无线传输的方式实时与建立的数学模型同步比较梁、柱应力变化差异；
（2.2）梁柱位移监测：在每根将替换的木柱附近布置3个位移信息点，在保留的木梁上同样布置位移信息点，新梁上布置对称位移信息点，新柱顶端布置位移信息点；通过无线传输和记录表的方式实时与建立的数学模型同步比较梁、柱的受压以及受弯变化差异；
（2.3）柱轴力监测：在替代柱顶端布置轴力信息点，通过该轴力信息点实时监测上部荷载转移至新柱的轴力变化；
（2.4）外墙和室内独立基础沉降监测：在外墙根据不同楼层布置相应的位移信息点，通过测量各个位移信息点的三维坐标计算出每段墙面的水平倾斜与竖直倾斜；根据施工工况确定的梁、柱托换顺序选取相应的独立基础设置相应的沉降信息点，实时监测室内独立基础的沉降；
（2.5）外墙裂缝监测：用5mm厚石膏顺着原裂缝方向以100mm等宽粉刷，在石膏硬化后定时、定期拍摄裂缝发展控制点，并以此观测裂缝的发展的情况，以直观信息，提供置换程序参数调整参考；
（3）将网格化监控的数据与施工仿真分析结果进行对比和联系，形成网格化动态信息监控，保证施工过程变形控制处于设计安全范围内。
2.根据权利要求1所述的木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法，其特征在于，所述步骤（2.4）中外墙沉降监测通过如下步骤进行：
（2.4Ⅰ）首先在建筑物周围选取两个可通视的点作为测量控制点；
（2.4Ⅱ）通过这两测量控制点设定临时坐标系，通过观测位移信息点的三维坐标计算出每个点水平位移和竖直位移；
（2.4Ⅲ）通过计算同一墙面的3个位移信息点的坐标计算出墙面的垂直度，通过对垂直度的变化来监控墙体的倾斜度。
3.根据权利要求1所述的木梁柱荷载传递变形网格化信息监控方法，其特征在于，所述步骤（2.4）中室内独立基础沉降监测通过如下步骤进行：
（2.4a）在待施工建筑物附近选取一市政布设的高程控制点或在某个不会沉降的建筑物的墙上做上标记作为测量控制点；
（2.4b）从测量控制点引一条导线到建筑物外围，再测量布置的沉降信息点的高程，从而计算出各个沉降信息点的沉降情况。
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