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1、超高层建筑结构健康监测系统研究与设计摘要：随着工程技的发展和城市化进程的加快，现代建筑结构形式越来越复杂。城市中高层建筑结构的平均高度正在不断提升，由此带来安全问题明显增多，社会对此也越来越关注。为了确保建筑结构正常运行和居民生活安全，必须对建筑结构实施健康监测。文章从超高层建筑结构监测系统应用现状出发，探讨超高层建筑结构健康监测系统研究与设计。关键词：超高层建筑；工程结构；健康监测系统；研究与设计超高层建筑工程的结构安全关系着人类生活和社会经济，一旦发生事故，在危及公众安全的同时，给社会带来不可估量的损失。施工过程中会产生结构数据上的误差，使用中的构件由于老化和腐蚀作用产生结构变化，以及坏境

2、荷载对结构作用与设计值不一致等，都会降低建筑物使用寿命。因此，高层建筑结构除了要满足设计要求外，还要加强对结构性能变化情况的了解。1. 相关概述1.1超高层建筑近年来，随着工程技术和结构理论的完善，建筑结构逐渐朝着多样化、复杂化方向发展。土地资源的紧缺、城市化进程的加快、人口集度的增大，使高层建筑及超高层建筑成为现代建筑行业的发展方向。高层建筑不仅可以有效解决城市土地、人口方面的压力，也成为衡量城市发展的重要标准。超高层建筑具有耗资大、占地面积大、服役时间长、耐久性要求高、事故危害大等特性。超高层建筑结构按时间划分，可分为施工期、运营期、老化期三个阶段。超高层建筑结构在施工期内要考虑竖向变形差

3、异、结构形式改变、徐变收缩等方面的因素。超高层建筑在运营期内除了受风荷载、地震荷载作用外，建筑材料老化、构件损伤等，都会影响建筑物质量和使用周期。1.2结构健康监测系统结构健康监测是利用智能传感设备，通过有线及无线方式采集和处理实时数据，判断结构健康状况，并做出可靠性预测的一项高新技术。健康监测系统由结构安全状态评估与预警系统、数据处理与控制系统、传感器系统三部分组成1健康监测系统的主要作用：第一，健康监测系统作为建筑工程施工中的监控系统，对结构的内部变化、空间方位、施工环境等实施实时监控，按照施工方案进行施工；第二，利用健康监测系统监控已建成结构，对设计理论加以论证，确保施工质量和安全；第三

4、，使用健康监测系统，对于运营期内结构的局部、整体状态进行监控，监测结构损伤情况、耐久力性、演化规律等，准确定位结构损伤位置，并对结构的安全性、耐久性做出评估，及时发现结构的不良状况，并做出补救。2. 超高层建筑结构健康监测技术发展现状超高层建筑结构形式多样、受力体系复杂，对此类建筑实施连续性的监控，是确保建筑施工安全、使用周期的关键。受环境、风荷载、材料老化等方面的影响，建筑结构运营过程中不可避免的出现各种状况，因此务必对整体结构工作状态以及关键部位变形受力情况进行监测。在超高层建筑结构工程施工监测中，根据建筑施工进度实时安装采集传输、传感器等设备，并按工程需要进行数据采集与分析。手持设备及移

5、动监测设备采用人工操作的方式进行监测。随后将人工采集数据直接导入数据库管理系统。在施工过程中，对存入数据库的数据进行分析与处理，将所得数据值与设计结果、目标值相比较，根据偏差情况对实际工作做出相应的调整。此外，需根据工程进度，有目的、有计划的做好计算分析和施工监控准备，确保能够有效应对施工过程中的各种突发状况，并根据要求制定阶段性的方案与报告，用以指后续工作。超高层建筑结构监测系统在使用过程中，利用中心服务器调试数据管理系统的数据，对建筑结构的安全性能、使用状态进行评定。安全评定有整体安全评定和构件安全评定之分,安全评定结果在监控中心显示并存入数据管理系统中。超高层建筑结构在施工期和运营期内都

6、需要实施健康监测，因此在设计健康监测系统时要针对这两个时期内的结构特点进行比分析，确定监测目的，以此为依据建立健康监测系统。（超高层健康监测运营期施T控制事共用传感器|吴环境錘l结雨我监iTln结构响应监测结构响戯监测附加传魚器临时监测中巫*卿縈q»数据管理系统P蛀评定中心服雪器超高层建筑结构健康监测主要流程图3. 超高层建筑结构健康监测系统研究与设计3.1传感器子系统传感器是结构健康监测的基础，通过测量将速度、加速度、应力应变、位移、湿度、温度等数值转换成电子信号直接输出，主要承担系统数据的收集与处理。传感器系统性能的好坏直接决定了监测系统的全面性、准确性和精确性。超高层建筑结构监

7、测系统中的传感器系统必须具备以下条件：性能指标满足健康监测系统检测要求；耐久性和可靠性高；具有一定的扩展性，与通信系统、信息采集系统兼容；不受超高层建筑结构外观和性能的影响。但由于结构形式、使用功能、环境变化等特点，超高层建筑结构健康监测系统与其他工程结构有所不同，实际操作中应根据监测项目和检测参数，合理选择所需传感器23.2数据釆集与传输子系统数据采集与传输子系统具有以下功能：收集并处理传感器所传出数据信息；存储传感器所采集到的数据信息；将数据传送到健康监测系统中。数据采集与传输子系统工作流程为:首先传感器将所监测到的非电量信号转换成电量信号,通过数字模拟转换器，直接将数据传送到计算机系统中

8、。数据采集与传输系统主要包括硬件和软件两部分，其中硬件不仅要满足基本性能要求，还好确保其性价比；软件部分对数据实施集成和管理，有针对、有目的、有重点的将数据信息反馈给监测人员，并通过局域网及互联网完成传输数据处理。3.3结构健康诊断评估与安全预警子系统结构健康诊断评估与安全预警子系统是根据超高层结构实时监测所获取的信息，科学准确、客观有效的对超高层结构常规性能、安全性、耐久性进行评估,为超高层建筑结构的健康维护及管理提供可靠依据，及时发出警报确保人民生命及财产安全。每座建筑结构都具有一定的动力特性，当发生损伤时建筑物自身结构参数就会发生相应的变化，此时利用损伤识别系统了分析建筑损伤情况。3.4

9、数据管理子系统数据管理系统主要是对超高层建筑结构工作状态监测过程中所获取的数据加以存储和管理，能够实现数据查询、删除、修改等操作。数据管理子系统按其分布方式可分为集中式数据库和分散式数据库。集中式数据库顾名思义是对数据进行集中式管理，有效解决了数据冗余和不一致性的弊端，但集中式数据库其系统相对较大、操作较为复杂、使用成本高，甚至会造成数据通信的拥堵。分布式数据库内的数据分布在各网络结点上，多数数据处理可直接进行局部处理,数据传输处理速度快，系统负荷均衡分散，数据管理系统的影响较小。传感器系统变形监测传感器动力特性监测榜感器内力监测传感器等数据采集与传输系统数据采集、通讯设备数据釆集工作站数粥管理系统噤结酬测系统结构图4.结语目前我国正处于城市化建设进程的高峰期,代化城市建设的发展方向。超高层建筑作为城市,响深刻，有效解决了研究不仅满足现代化参考文献：1熊海贝，张俊