钢结构监测技术方案

钢结构监测

技

术

方

案

XX公司

年月日

目录

1编制依据................................................................3

1.1招标文件...........................................................3

1.2主要标准、规程、规范..............................................3

1.3设计资料...........................................................3

1.4主要法规、文件....................................................3

2设计概况................................................................3

2.1体育馆设计概况.....................................................3

2.2钢结构设计概况....................................................4

3对钢结构监测要求的理解与响应...........................................5

3.1钢结构监测的必要性.................................................5

3.2对钢结构监测要求的理解............................................5

3.3对钢结构监测要求的响应............................................6

4监测内容、目标及实施对策................................................6

4.1监测内容、目标.....................................................6

4.2监测实施对策.......................................................6

5监测方案及系统布设方案设计............................................7

5.1各项监测要求的控制指标............................................7

5.2监测点布设.........................................................7

5.3监测工作量.........................................................8

5.4监测周期和频率....................................................9

5.5监测方法...........................................................9

5.5.1各杆的应力及其变化监测......................................9

5.5.1.1监测仪器...................................................9

5.5.1.2工作原理.................................................9

5.5.1.3检测方法及过程...........................................10

5.5.2截面处的挠度（沉降）及其变化监测............................10

5.5.2.1仪器2且成..................................................10

5.5.2.2测量原理及方法..........................................10

5.5.2.3仪器软件.................................................11

5.5.3截面的温度及其变化监测......................................11

5.6监测评估系统......................................................11

6监测仪器设备和设施、软件等............................................12

7监测方案实施进度计划及保证措施........................................12

7.1监测方案实施进度计划.............................................12

7.2监测进度保证措施..................................................14

8监测人员组织管理、技术支持、为奥运保驾...............................14

8.1监测人员组织管理..................................................14

8.2劳动力计划........................................................15

8.3监测工作技术支持、为奥运保驾服务.................................16

9质量、安全绿色环保保障措施............................................16

9.1质量保障措施......................................................16

9.2安全保障措施......................................................17

9.3绿色环保保障措施..................................................18

10与各方协调配合........................................................18

10.1与钢结构施工单位的协调配合......................................18

10.2与监理单位的协调配合............................................19

10.3与设计单位的协调配合............................................19

10.4与业主的协调配合.................................................19

11对本工程的相关建议..................................................20

1编制依据

1.1招标文件

《**体育馆钢结构监测招标文件》，招标编号：06-*******,**建设/北京**联合总

承包部，2006年4月10日。

1.2主要标准、规程、规范

(1)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)；

(2)《钢结构工程施工质量及验收规范》(GB50205-2001)；

(3)《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-1999)；

(4)《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2004)；

(5)《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)；

(6)《钢结构检测评定及加固技术规范》(YB9257T995)；

(7)《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ144-90)；

(8)《钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程》(YBJ219-89)；

(9)《建筑变形测量规程》(JGJ/T8-97)。

1.3设计资料

《“体育馆钢结构施工图》，北京建筑设计研究院。

1.4主要法规、文件

主要包括:北京“2008”工程建设指挥部关于奥运比赛场馆建设工程的文件([2004]3号、

9号、10号、13号、[2005]1号)；第29届奥运会组委会秘书行政部文件(奥运工程建

设档案管理指南)[2004]124号；市建委《关于加强奥运场馆建设工程质量监督管理的通知》

[2004]207号；《绿色奥运建筑实施指南》；《绿色奥运建筑评估体系》等。

2设计概况

2.1体育馆设计概况

**体育馆位于北京市西部，面积63429m2,是**文化体育中心的一部分。**体育馆将作为

2008年北京奥运会篮球比赛场馆，可容纳观众1.8万人，除满足奥运会比赛外还充分考虑

了赛后的利用。

**体育馆结构为地上6层（含1个夹层），地下1层，檐高高度37.3m,二层以下为现浇钢

筋混凝土框架一剪力墙一钢支撑结构，屋面采用双向正交空间钢桁架结构，覆盖面积

14400m2o

2.2钢结构设计概况

**体育馆钢屋面结构东西、南北跨度均为120m,由平面桁架双向正交构成，平面呈边长

120m规则正方形，支撑在四周20根矩形钢筋混凝土柱上。柱间支撑为斜十字撑，水平方

向间距24m,竖向高度18.51m。屋面钢桁架间距为12m,共有22根；桁架截面共有7种形

式，中间桁架高度从6.3m〜9.3m不等，边桁架为等截面，高度6.3m；桁架上、下弦和腹杆

杆件截面为箱形和H形。钢屋架和支撑材质均为Q345C。

图2.2-1建筑东西剖面示意图

图2.2-2比赛馆屋顶部分结构体系示意图

3对钢结构监测要求的理解与响应

3.1钢结构监测的必要性

**体育馆是2008年奥运会比赛场馆，为重要的大型公共建筑，对于政治、国民经济影响

较大。根据**体育馆设计文件，**体育馆钢屋面结构东西、南北跨度均为120m,由平面桁架

双向正交构成，屋架跨度大，受力情况复杂。

根据有关部门统计，在钢结构的安全事故中，由于构造与连接不当而引起的各种破坏，

如失稳以及过度应力集中，次应力所造成的破坏等占相当的比例，这是因为在任何情况下，

构造的正确性与可靠性是钢结构构件正常承载能力的最重要保证，一旦构造（特别是中间构

造）出现问题，便会直接危及结构构件的安全。

因此，对体育馆屋架钢结构在施工阶段、使用阶段进行监测，掌握其各阶段的安全状况，对

其进行安全评价非常重要。

3.2对钢结构监测要求的理解

根据招标文件，本监测工程是对**体育馆主体桁架在施工阶段、使用阶段，对安装施工

偏差或温度等可能引起结构作用变化的情况进监测，监测具体项目为设计确定的截面各杆的

应力及其变化、截面处的挠度（沉降）及其变化、截面的温度及其变化。

根据招标文件，监测工作按施工过程划分为施工阶段和使用阶段，具体为：

（1）施工阶段。阶段一：主体桁架结构安装、滑移施工期间，钢结构开始施工至胎架拆

卸前为施工第一监测阶段；阶段二：胎架拆卸过程的实时监控，从胎架拆卸开始至胎架拆卸

完成为第二监测阶段；阶段三：屋面结构、通风、照明、马道和大型显示屏等设备安装施工

期间，从胎架拆卸完成后开始至工程竣工为第三监测阶段。

（2）使用阶段。从结构竣工后2008年底时间为使用监测阶段，使用阶段进行针对高、

低温，大风，大雪和比赛等工况的数据采集和结构安全评估。

一般对于钢结构工程，施工阶段钢结构桁架受力影响因素多，对监测工作要求最高，难度也

最大。使用阶段由于钢结构已按设计就位，影响因素有限，监测工作相对简单。国内对于大

跨度的钢结构安装施工一般有以下几种方法：（1）满堂支架，分段高空原位拼装；（2）

主桁架楼面立拼，整根提升安装；（3）跨端单根主桁架与柱组合平移安装；（4）跨端结构

整体组合，逐间累积平移安装。其中跨端结构整体组合，逐间累积平移安装较为复杂。国内

重庆江北机场航站楼巨型钢结构整体平移安装采用此方法，在施工前进行定量分析和计算，

根据施工顺序，对各个工况逐一进行了结构验算以及动力效应分析，预测了内力、变形和反

力的变化情况，特别是对单根主桁架平移过程中的平面外稳定作了计算，并对采取的临时加

强措施的有效性进行了分析。为验证设计，施工过程对桁架结构的负载分布及挠度位移等进

行实时监测工作，达到了预期效果。

3.3对钢结构监测要求的响应

经过对招标文件的认真分析及领会，我单位对本项目钢结构监测要求完全响应。

4监测内容、目标及实施对策

4.1监测内容、目标

本项目监测项目为设计提出的截面各杆的应力及其变化、截面处的挠度（沉降）

及其变化、截面的温度及其变化监测。监测具体内容为：对HJ1、HJ2、HJ4、HJ6、HJ7进

行监测，均各为2根。

监测目标为：通过监测方案的实施，对**体育馆屋架桁架在施工阶段、使用阶段的安全

性进行及时、准确的评价。

4.2监测实施对策

为达到上述监测目标，采用测试技术手段，通过在钢结构桁架各截面杆件上布设应力及

其变化监测点、挠度（沉降）及其变化监测点、温度及其变化监测点，并严格按照监测周期

进行监测，及时将相关监测成果反馈给设计单位进行分析。

5监测方案及系统布设方案设计

5.1各项监测要求的控制指标

各项监测项目的控制指标将在监测工作开始之前和设计方共同商定后确定。

5.2监测点布设

本工程需对HJ1、HJ2、HJ4、HJ6、HJ7进行监测，均各位2根。监测结构位

置及各监测点的布置见图5.2-1〜图5.2-5。

图5.2-1HJ1、HJ2、HJ6、HJ7桁架应力监测结构位置

图5.2-3HJ6上监测点

图5.2-4HJ7监测点

图5.2-5HJ4监测点布置平面图

5.3监测工作量

表5.3-1监测工作量统计表

下一弦杆

每个杆件传上弦杆件及每个杆件传感传感器数量小

HJ件监测

■腹杆监源］点器数量（个）计（个）

HJ12*236/236

2HJ22*236*2)2》36

3HJ4032*228

4HJ62*234*2方228

5-IJ72*232*23220

总计-128

5.4监测周期和频率

监测周期见表7.1-1„监测频率施工前和设计方商定后确定。

5.5监测方法

5.5.1各杆的应力及其变化监测

5.5.1.1监测仪器

因为本项目的监测工作不但包括施工阶段监测，还包括使用阶段的监测，这就要求传感

器能适合长期监测工作的要求。我们拟采用光纤光栅传感器来进行该项目的监测工作，并建

立相应的监测系统，以更好地完成监测工作，实现预期的监测目的。

应力监测仪器主要包括布喇格光纤光栅（FBG）应力传感器（见图55.1.1-1）和光纤光

栅传感解调系统（见图5.5.1.1-2）。它们与相应配套的软件系统、微机及各种附件一起组成

了应力监测系统。

图5.5.1.1-1光纤光栅应力传感器图5.5.1.1-2光纤光栅传感解调系统

光纤光栅应力传感器相比其他的应力传感器而言，它具有以下这些特点：

（1）可靠性好、抗干扰能力强；

（2）测量精度高：

（3）测量结果具有良好的重复性；

（4）便于构成各种形式的光纤传感网络；

（5）抗电磁干扰、抗腐蚀、能在恶劣的化学环境下工作。

5.5.1.2工作原理

如图551.2-1所示：外界待测量（应力或温度）加在传感器FBG上，由光源

出射的光在FBG中传输时，布喇格中心波长将会产生位移BL。包括负载信息的光波FBG

反射，经耦合器导入光谱分析仪，在分析仪中可检测出5匚，从而确定待测量。

图5.5.1.2-1光纤光栅传感器工作原理

5.5.1.3检测方法及过程

检测时首先将光纤光栅应力传感器焊接在刚杆上，再接好传输线（根据现场情况确定最

为方便的线路）。测量时将传输线另一头接至光纤光栅传感解调系统中，完成数据采集。把

所采集的数据传至微机中，通过配套的软件系统进行数据分析处理，得到应力变化成果图及

相关的检测结果。

5.5.2截面处的挠度（沉降）及其变化监测

552.1仪器组成

截面处的挠度可采用光电挠度计来进行测量，其主要由测试头、控制器、靶标（光学标

志点）、标定器、聚焦镜头、三角架及电缆等附件组成。

5.5.2.2测量原理及方法

光电挠度计的测量原理和方法如下：

在结构上安装制作三个光学标志点，其中一个标志点位于结构测点位置，另外两个标志

点相对于结构测点对称分布，距离可根据设计要求来定。在远离测点的适当位置，安置检测

仪器，调整其方位，使各光学标志点成像在检测头的成像面上。

测量时各光学标志点的位置信息通过红外线传回检测头的成像面上，由专门设计的光学

解析光路，将成像分解为竖直和水平两个方向的变化，分别成像在两个光电接收器件上；再

由单片机将位移的二维信息传到笔记本微机之中记录下来，计算出测点相对两侧的两个光学

标志点的水平和竖直方向的位移，即可得到结构的二维挠曲度。

如果只需要测结构竖直方向的挠度，则只需调整好测量头，把三个光学标志点同时显示

在望远镜中，并让测点两侧的标志点位于同一水平位置，即可观测到测点相对于两侧标志点

竖直方向的位移，从而得到结构在竖直方向的挠度（可做动态监测）。

5.5.2.3仪器软件

光电挠度计联机软件常用的有：静态检测软件、动态检测软件、多点静态检测软件、绘

图软件等。其中静态检测软件用于静态检测和定标；动态检测软件用于收取测量仪器，通过

并口电缆传入微机的动态数据；多点静态检测软件用于多点同时测量时的检测；绘图软件可

从数据文件中读取数据及时间值，计算出相对位移值，并显示位移/时间曲线。

5.5.3截面的温度及其变化监测

刚杆截面的温度采用布喇格光纤光栅（FBG）温度传感器和光纤光栅传感解调系统来进

行测量。其测量原理和方法与应力监测的一致。温度传感器和应力传感器可以共用一个传感

器，也可以分开各用一个传感器。如果是共用一个传感器，则需要区分应力和温度参量的不

同影响。因为应力和温度对布喇格波长的移动有相同的影响，仅仅靠测量FBG传感器的一

个波长移动并不能区分两者的影响。要区分或同时测量不同参量可以采用以测量两种类型的

FBG的双波长为基础的方案。因为在不同的波长上，FBG对各环境参量有不同的响应度，

所以在两个波长上进行检测可以获得各参量的具体值。

5.6监测评估系统

为了能更好地完成监测工作，达到监测的预期目的，实现工程管理的电子化、规范化、

科学化，准确合理的把握工程结构的健康状态，节省人力及其它不必要的资源浪费，我们拟

采用工程健康监测与评估管理系统。该系统将有效地提高施工监测、使用养护管理水平和效

率，有助于保障结构的安全。

监测评估系统包括硬件和软件两方面。硬件设备主要包括光纤传感器（应力、温度）及

解调器、光电挠度计、计算机服务器、便携式计算机等。软件主要包括各项监测项目配套软

件、数据库、数据管理系统及工作状态综合评估系统。

该系统采用集成技术，将计算机、传感、信号处理技术、软件开发、结构分析与结构检

测技术等项融合，在Windows、Delphi和Access平台上，研究开发功能全面、强大，操作

简便的结构健康监测与评估管理系统软件，将监测对象的信息、工程管理、施工和使用监测

及结构状态评估等相综合，为工程结构的健康监测和状态评估管理提供科学的手段和方法。

6监测仪器设备和设施、软件等

表6-1拟投入的主要施工机械设备表

序机械或型号规数量国别产制造年额定功生产能备注

号设备名称格地份率（KW）力

光纤光栅应FBGST140中国北2005精度可以根

力传感器系列京1U£据工程

光纤光栅温FBGST140中国北20050.1c°情况定

度传感器系列京制

光纤光栅传FBGST3中国北2005

感解调系统系列京

光电挠度计BJQN-IV中国北2004

25%0

京

相关软件及与仪器若干中国北

附件配套京

车辆、电脑、满足工

打印机、传作需要

真机电话、

复印机等

7监测方案实施进度计划及保证措施

7.1监测方案实施进度计划

本监测项目施工进度表见表7.1-1。

表7.1-1计划开工日期、竣工日期和施工进度表

时间

2006年2007年2008年

二程看1季度2季度3季度4季度1季度2季度3季度4季度1季度2季度3季度4季度

测试工作开

2006；；：4,卜'

始■:

主体桁架结

构安装、滑・2忌年44下旬

-

20Q6•151•一；计监测

施移施工期间

r.测试।・

阶胎架拆卸过，006牛6月F句

段仁式2006年6月下旬实时监

如屋面结构、

测通风、照明、

马道和大型2006"6月阴!

年月底

显示屏等设20077

备安装施T.

期间测试

竣工测试

200747月底

■

200718月1

每季度

定时测试200841次

■■

-----------1-----------

低；：,2007年12月上句

2M21次测试

试2008年2中1旬低烟

大雪期间测2007年1：月中旬：：

2中年2I中旬有大降雪再间进行1次测试

公试(।

用大风期间测2005年2川

年、甸大热期间进行次期

阶试200(3J14・«1

段奥运、残奥2008*7月命

媛奥会若行前1次.

监会前测试2008加8月匕旬奥运、同进行1

测奥运、残奥2008”8月Itj

度更会H赛期和打，打1次则民.

",2008*8IJ卜0奥运、

奥运、残奥)8年9自卜何奥石.残g会结斐,周后进j1次

,

会后测试X：

苞、自片灾害等,况后进卜测试

其它测试使用阶It遇勾地

监。工作结

：：2008

束：灌测工霞结束

说明：本进度表为投标阶段根据招标资料分析拟定的初步工期计划，中标后还要根据钢结构

具体施工进度并按照合同条件有关条款的要求提交详细的施工进度计划。

7.2监测进度保证措施

（1）根据监测项目要求，在进场前对钢结构设计图纸、施工单位的安装方案与进度计划进

行详细研究，在此基础上制定详细的监测方案，细化施工进度计划，明确包括仪器设备的检

校、监测传感器的安装、监测数据的采集等每个目标节点的工期。

（2）对监测工作的进度安排，由项目负责人监控各专业人员严格执行，保证项目技术负责

人、项目技术人员、项目安全管理人员、后勤支持人员各司其责，严格根据工程进展情况，

按照计划进行监测工作，按时提供合格的监测资料。

（3）定期向业主和有关方面汇报监测项目进展情况，以便业主了解情况，并提出意见。

（4）项目部与各部门之间保持畅通的联系渠道，负责人定期为监测进度监控，各部门负责

人每天至少向项目负责人汇报一次，建立例会制度，每两天召开一次由项目部主要人员参加

的例会，以保证各项工作的有序进行，确保各工序交接不发生错漏，杜绝返工现象。密切注

意受天气、交通等影响的工序，若发现某一工序的进度受阻，及时分析产生的偏差原因，提

出进度修订计划，使进度始终在计划的控制之内。

（5）实行技术经济责任制，使职工的收入与施工安全、监测进度、质量、数量直接挂钩，

进行奖励和惩罚相结合的考评。

8监测人员组织管理、技术支持、为奥运保驾

8.1监测人员组织管理

本院若能承接本项目监测工作，我们将科学、规范地进行项目组织管理，保证如期优质完成

各项监测工作，包括监测方案的优化完善、监测点布设、各项监测数据采集、监测信息反馈、

成果资料整理、成果报告编制及技术支持服务工作。

为此，根据本工程的特点，设置**体育馆钢结构监测项目部，由项目负责人和技术负责人对

整个工程进行总体管理。项目部下设四个分部：技术组、后勤组、质量安全组、监测作业组。

本项目组织机构如图8.1-1:

勘测设计研究院

有限美任公司

专家蛆

技

术

组

图8.1-1项目组织机构图

本项目人员职责划分：项目负责人统筹安排、管理整个项目，包括安全、质量、进度、

协调等工作；技术负责人负责全面技术工作的管理，包括方案规划、实施、审核验收等。技

术组负责具体技术方案编制、监测技术实施、监测信息反馈、成果报告审核等工作；后勤组

负责提供充足的各种资源，包括仪器、设备、办公设施、生活设施和生活用品等，保障所有

工作不因供给不足而延误。质量安全组负责本项目的质量、安全、文明施工等工作，在监测

工作现场进行监督、协调，保证施工期间不出现任何安全质量事故，施工质量满足绿色奥运

工程要求。监测作业组负责所有现场监测作业工作，并配合相关负责人员参与资料收集、数

据分析和处理、报告编写和资料整理等工作。

8.2劳动力计划

根据项目经理部的机构组成以及实际的工程量分布，各种工种的人数计划详见表8.2-1。

表8.2-1劳动力计划表

¥施I：阶段投入劳动力计划

钢结构施邙介段使用阶段

第一阶段第二阶段第三阶段2007年72008年32008隼72008年

工种级别2006年52006年5200646月底〜月底~月底~8U.?；-

月下旬~月下旬〜月下旬〜200832008隼72008年82008年

2006年62006年62007年7月底月底月底12月底

月下旬月下旬月底

.比1111111

项目技术负责

1111111

人

测试工程!3333232

：：2222121

测量工程I3333232

匐认I2222222

测盘工2222222

3科人以1111111

安全员2221121

司卜2222222

麻工向3333333

8.3监测工作技术支持、为奥运保驾服务

本监测项目监测过程复杂，监测工作技术难度大。针对这些特点，项目部设立技术组，在项

目部领导下进行监测工作技术支持。另外，我院为此项目设立专家顾问组，配备具有丰富经

验的专家多名，通过与其他科研机构的技术交流，经一步增强本项目的技术实力。通过这些

手段，监测工作技术支持机构具备了足够的实力，能够对监测方案、监测过程、监测成果进

行指导、审核及分析研究。整个技术体系的高效运转，使钢结构施工过程达到信息化施工目

标，为钢结构使用阶段安全状况作出各种安全状况下的实时评价，为奥运保驾服务。

9质量、安全绿色环保保障措施

9.1质量保障措施

工程中将实行IS09001质量标准体系，实行质量采购、培训、安全等程序全过程控制。把

质量标准体系贯穿于整个测试过程中，以质量管理保证工序质量，以工序质量保证测试质量,

实行一票否决制。加强全员培训、认真贯彻IS09001质量体系标准。做到全员熟悉领会质

量控制方针与目标并努力为之工作。

（1）组织强有力的项目管理班子，配备精悍的测试技术力量。

（2）加强技术管理，认真组织项目实施，现场实行项目经理负责制，以工序管理为重点，

以工作质量保证测试质量。

（3）严格执行有关规范、规程制定的各项技术措施。

（4）选用稳定性好、性能好的测试设备。

（5）建立工程、技术、质量、经营、财务、统计管理数据库，所有技术资料均以信息库的

形式处理储存，所有资料都采用文本及数字两种形式存储，使测试管理更趋于科学化、规范

化、现代化。

（6）以“安全、优质、高效、低耗、文明”为目标，严格要求自己，建立健全内部管理网

络和管理体系，运用行政、技术、经济手段，加强项目内部管理，积极贯彻落实各项工期、

质量、安全、文明生产保证措施，把目标、任务分解落实到测试环节中去，层层落实、块块

包干，确保整个项目施工圆满完成。

（7）确立三级检查验收制度，每项工序完成工后，经操作该工序段进行自检合格后，提交

技术部复核，确认无误，不经过验收的工序不能进入下道工序，对检查不合格的工序要经过

整改合格后方可进行下道工序测试。

9.2安全保障措施

任何工程，安全工作总