中国动漫博物馆总建筑面积30 382m², 建筑高度约为44.5m, 建筑最大平面尺寸为165m×55m, 形如一朵飘在空中的白云, 造型圆润、饱满。该馆集展陈、收藏、教育、学术等功能于一体, 目前是国内规模最大、展品最丰富、内容最权威、国内首创、国际一流的动漫专业博物馆, 如图1所示。

中国动漫博物馆1层为两向斜交网状筒壳-钢框架柱-支撑+钢筋桁架楼承板结构;2~5层为钢框架柱-支撑+跨层桁架+钢筋桁架楼承板结构, 如图2所示。本工程1层结构采用了三大三小共6个筒体作为竖向支撑体系, 如图3所示, 其中Y2, Y3, Y4和Y6网格筒通过双向“编织”形成两向斜交网状筒壳结构^[1,2]。以Y2和Y4网格筒为对象 (见图4) , 对相关监测技术进行探讨与分析^[3,4], 其中Y2网格筒最大直径37m, 最小直径31m, 高10.7m, 杆件截面为无缝钢管377×50, 377×30, 377×22等;Y4网格筒最大直径11m, 最小直径6.9m, 高10.2m, 杆件截面为无缝钢管351×50, 351×40, 299×32等。

分析Y2和Y4网格筒节点在施工过程中的位移变化, 选出具有代表性的节点进行全过程跟踪。位移测点布置如图5所示, 选取网格筒的2个截面, 上部位移测点位于筒顶环梁下1m左右的构件交点部位, 每隔1个柱选择1个测点;下部位移测点位于筒高的中间构件交点位置, 每隔1个柱选择1个测点。测试内容为径向以及竖向位移。网格筒拼装时, 在Y2和Y4网格筒的位移测点部位布置反射贴片, 应用全站仪完整记录反射贴片从开始到主体结构完成阶段的坐标值, 其中Y2网格筒监测点共计17个, Y4网格筒监测点共计14个。

为了保证监测数据准确, 应尽量减小因风雨、气温等不利因素对监测数据造成的偏差, 在施工过程中, 严格按照下述工况对网格筒监测节点进行现场监测: (1) 网格筒安装一半时; (2) 网格筒安装完成、且后续平台梁没有安装就位时; (3) 网格筒环梁安装完成时; (4) 整体平台钢梁完成时; (5) 平台混凝土浇筑完成后; (6) 平台以上各层柱梁安装完成后以及楼面板安装完成后, 各监测1次; (7) 钢结构屋面安装完成后; (8) 幕墙结构安装完成后。

监测工作选择在上午或下午早晚温度变化较平缓的时间段进行, 同时上部结构须处于稳定状态, 不得在吊装大构件时记录数据。

同时, 根据上述监测工况对网格筒进行加载分析, 得出不同阶段的监测点位移变化数据, 与实测数据进行对比分析, 检验测量方案的可行性。

当整体结构施工完成后, 对监测数据进行整理, 并与有限元分析数据进行对比。通过比较分析, Y2, Y4网格筒径向位移误差约11%, 竖向位移误差约5%, 节点位移基本吻合, 网格筒全部一次验收全合格, 测量方案可行性高。

根据两向斜交网格筒Y2和Y4的受力分析特点, 选取在施工过程中应力较大位置进行应力监测^[5,6]。选取的Y2和Y4网格筒应变测点如图6所示。Y2网格筒选择了6个测点, 主斜柱测点3个, 次斜柱测点3个;Y4网格筒选择了4个测点, 均布设在主斜柱上。所有测点均在接近斜柱底部位置 (易于保护) 截面 (与轴线垂直) , 沿该截面四周布置4个应变片, 如图7所示。完整记录这些应变片从施工开始到主体结构完成的应变变化。

监测应变数据时, 按照监测网格筒节点位移的工况进行。监测设备为振弦式表面应变计, 应变计焊接在监测节点表面, 监测数据为频率, 频率换算应变公式为:

式中:K为仪器标准系数, 取4.06με/Hz²;F₁为当前读数 (Hz) ;F₀为初始读数 (Hz) 。

根据振弦式表面应变计换算公式, 得到不同施工阶段各位点应变变化, 如图8a所示。由图8a可知, 网格筒底部应变随着施工的不断推进而增大, 且变化幅度有增大的趋势。图8b为不同施工阶段应变变化的模拟曲线, 对比实测值与模拟值发现, 二者应变变化趋势吻合, 说明现场监测具有可行性与精确性。模拟曲线相对均匀平缓, 这是由于模拟施工条件相对理想化, 实际施工过程中存在不确定因素。

为达到异形结构的建筑效果, 对现场安装时的测量方案要求越来越高, 同时日益精细化的施工需求使结构全过程应力应变监测显得更加重要。本工程中两向斜交网格筒造型不规则, 构件为双曲构件, 运用空间坐标测量技术以及施工全过程的应力应变监测技术对两向斜交网状筒壳结构进行现场监测, 并与理论分析结果进行了对比, 网格筒安装过程监测数据与理论分析数据基本吻合, 且工程验收全部在规范允许范围内, 进一步验证了测量和监测技术的可行性与精确性, 为日后类似工程监测控制提供借鉴。