0301;超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計;2800

1、超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計摘要：隨著工程技的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜。城市中高層建筑結(jié)構(gòu)的平均高度正在不斷提升，由此帶來安全問題明顯增多，社會對此也越來越關(guān)注。為了確保建筑結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行和居民生活安全，必須對建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施健康監(jiān)測。文章從超高層建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，探討超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計。關(guān)鍵詞：超高層建筑；工程結(jié)構(gòu)；健康監(jiān)測系統(tǒng)；研究與設(shè)計超高層建筑工程的結(jié)構(gòu)安全關(guān)系著人類生活和社會經(jīng)濟(jì)，一旦發(fā)生事故，在危及公眾安全的同時，給社會帶來不可估量的損失。施工過程中會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)上的誤差，使用中的構(gòu)件由于老化和腐蝕作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化，以及壞境

2、荷載對結(jié)構(gòu)作用與設(shè)計值不一致等，都會降低建筑物使用壽命。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)除了要滿足設(shè)計要求外，還要加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)性能變化情況的了解。1. 相關(guān)概述1.1超高層建筑近年來，隨著工程技術(shù)和結(jié)構(gòu)理論的完善，建筑結(jié)構(gòu)逐漸朝著多樣化、復(fù)雜化方向發(fā)展。土地資源的緊缺、城市化進(jìn)程的加快、人口集度的增大，使高層建筑及超高層建筑成為現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展方向。高層建筑不僅可以有效解決城市土地、人口方面的壓力，也成為衡量城市發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)。超高層建筑具有耗資大、占地面積大、服役時間長、耐久性要求高、事故危害大等特性。超高層建筑結(jié)構(gòu)按時間劃分，可分為施工期、運(yùn)營期、老化期三個階段。超高層建筑結(jié)構(gòu)在施工期內(nèi)要考慮豎向變形差

3、異、結(jié)構(gòu)形式改變、徐變收縮等方面的因素。超高層建筑在運(yùn)營期內(nèi)除了受風(fēng)荷載、地震荷載作用外，建筑材料老化、構(gòu)件損傷等，都會影響建筑物質(zhì)量和使用周期。1.2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是利用智能傳感設(shè)備，通過有線及無線方式采集和處理實(shí)時數(shù)據(jù)，判斷結(jié)構(gòu)健康狀況，并做出可靠性預(yù)測的一項高新技術(shù)。健康監(jiān)測系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評估與預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)三部分組成1健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用：第一，健康監(jiān)測系統(tǒng)作為建筑工程施工中的監(jiān)控系統(tǒng)，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)部變化、空間方位、施工環(huán)境等實(shí)施實(shí)時監(jiān)控，按照施工方案進(jìn)行施工；第二，利用健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控已建成結(jié)構(gòu)，對設(shè)計理論加以論證，確保施工質(zhì)量和安全；第三

4、，使用健康監(jiān)測系統(tǒng)，對于運(yùn)營期內(nèi)結(jié)構(gòu)的局部、整體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷情況、耐久力性、演化規(guī)律等，準(zhǔn)確定位結(jié)構(gòu)損傷位置，并對結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性做出評估，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不良狀況，并做出補(bǔ)救。2. 超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀超高層建筑結(jié)構(gòu)形式多樣、受力體系復(fù)雜，對此類建筑實(shí)施連續(xù)性的監(jiān)控，是確保建筑施工安全、使用周期的關(guān)鍵。受環(huán)境、風(fēng)荷載、材料老化等方面的影響，建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)營過程中不可避免的出現(xiàn)各種狀況，因此務(wù)必對整體結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)以及關(guān)鍵部位變形受力情況進(jìn)行監(jiān)測。在超高層建筑結(jié)構(gòu)工程施工監(jiān)測中，根據(jù)建筑施工進(jìn)度實(shí)時安裝采集傳輸、傳感器等設(shè)備，并按工程需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。手持設(shè)備及移

5、動監(jiān)測設(shè)備采用人工操作的方式進(jìn)行監(jiān)測。隨后將人工采集數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在施工過程中，對存入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，將所得數(shù)據(jù)值與設(shè)計結(jié)果、目標(biāo)值相比較，根據(jù)偏差情況對實(shí)際工作做出相應(yīng)的調(diào)整。此外，需根據(jù)工程進(jìn)度，有目的、有計劃的做好計算分析和施工監(jiān)控準(zhǔn)備，確保能夠有效應(yīng)對施工過程中的各種突發(fā)狀況，并根據(jù)要求制定階段性的方案與報告，用以指后續(xù)工作。超高層建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)在使用過程中，利用中心服務(wù)器調(diào)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對建筑結(jié)構(gòu)的安全性能、使用狀態(tài)進(jìn)行評定。安全評定有整體安全評定和構(gòu)件安全評定之分,安全評定結(jié)果在監(jiān)控中心顯示并存入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。超高層建筑結(jié)構(gòu)在施工期和運(yùn)營期內(nèi)都

6、需要實(shí)施健康監(jiān)測，因此在設(shè)計健康監(jiān)測系統(tǒng)時要針對這兩個時期內(nèi)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行比分析，確定監(jiān)測目的，以此為依據(jù)建立健康監(jiān)測系統(tǒng)。（超高層健康監(jiān)測運(yùn)營期施T控制事共用傳感器|吳環(huán)境錘l結(jié)雨我監(jiān)iTln結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測結(jié)構(gòu)響戯監(jiān)測附加傳魚器臨時監(jiān)測中巫*卿縈q»數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)P蛀評定中心服雪器超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測主要流程圖3. 超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計3.1傳感器子系統(tǒng)傳感器是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)，通過測量將速度、加速度、應(yīng)力應(yīng)變、位移、濕度、溫度等數(shù)值轉(zhuǎn)換成電子信號直接輸出，主要承擔(dān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集與處理。傳感器系統(tǒng)性能的好壞直接決定了監(jiān)測系統(tǒng)的全面性、準(zhǔn)確性和精確性。超高層建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)

7、測系統(tǒng)中的傳感器系統(tǒng)必須具備以下條件：性能指標(biāo)滿足健康監(jiān)測系統(tǒng)檢測要求；耐久性和可靠性高；具有一定的擴(kuò)展性，與通信系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)兼容；不受超高層建筑結(jié)構(gòu)外觀和性能的影響。但由于結(jié)構(gòu)形式、使用功能、環(huán)境變化等特點(diǎn)，超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)與其他工程結(jié)構(gòu)有所不同，實(shí)際操作中應(yīng)根據(jù)監(jiān)測項目和檢測參數(shù)，合理選擇所需傳感器23.2數(shù)據(jù)釆集與傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)具有以下功能：收集并處理傳感器所傳出數(shù)據(jù)信息；存儲傳感器所采集到的數(shù)據(jù)信息；將數(shù)據(jù)傳送到健康監(jiān)測系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)工作流程為:首先傳感器將所監(jiān)測到的非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號,通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，直接將數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)系統(tǒng)中

8、。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩部分，其中硬件不僅要滿足基本性能要求，還好確保其性價比；軟件部分對數(shù)據(jù)實(shí)施集成和管理，有針對、有目的、有重點(diǎn)的將數(shù)據(jù)信息反饋給監(jiān)測人員，并通過局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)完成傳輸數(shù)據(jù)處理。3.3結(jié)構(gòu)健康診斷評估與安全預(yù)警子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康診斷評估與安全預(yù)警子系統(tǒng)是根據(jù)超高層結(jié)構(gòu)實(shí)時監(jiān)測所獲取的信息，科學(xué)準(zhǔn)確、客觀有效的對超高層結(jié)構(gòu)常規(guī)性能、安全性、耐久性進(jìn)行評估,為超高層建筑結(jié)構(gòu)的健康維護(hù)及管理提供可靠依據(jù)，及時發(fā)出警報確保人民生命及財產(chǎn)安全。每座建筑結(jié)構(gòu)都具有一定的動力特性，當(dāng)發(fā)生損傷時建筑物自身結(jié)構(gòu)參數(shù)就會發(fā)生相應(yīng)的變化，此時利用損傷識別系統(tǒng)了分析建筑損傷情況。3.4

9、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要是對超高層建筑結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)監(jiān)測過程中所獲取的數(shù)據(jù)加以存儲和管理，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、刪除、修改等操作。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)按其分布方式可分為集中式數(shù)據(jù)庫和分散式數(shù)據(jù)庫。集中式數(shù)據(jù)庫顧名思義是對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中式管理，有效解決了數(shù)據(jù)冗余和不一致性的弊端，但集中式數(shù)據(jù)庫其系統(tǒng)相對較大、操作較為復(fù)雜、使用成本高，甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)通信的擁堵。分布式數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)分布在各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)上，多數(shù)數(shù)據(jù)處理可直接進(jìn)行局部處理,數(shù)據(jù)傳輸處理速度快，系統(tǒng)負(fù)荷均衡分散，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的影響較小。傳感器系統(tǒng)變形監(jiān)測傳感器動力特性監(jiān)測榜感器內(nèi)力監(jiān)測傳感器等數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、通訊設(shè)備數(shù)據(jù)釆集工作站數(shù)粥管理系統(tǒng)噤結(jié)酬測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.結(jié)語目前我國正處于城市化建設(shè)進(jìn)程的高峰期,代化城市建設(shè)的發(fā)展方向。超高層建筑作為城市,響深刻，有效解決了研究不僅滿足現(xiàn)代化參考文獻(xiàn)：1熊海貝，張俊