高層建筑結構健康監測的研究與應用分析

【摘要】 本文主要是對建筑結構健康監測的研究以及應用進行分析研究，進而提出了以下方面的內容。

【關鍵詞】 高層建筑；結構；健康監測；研究；應用；分析

引言：對于結構檢測來說，其主要是一種檢測的技術，能夠更好的評價施工質量和建筑工程結構的性能，其檢測的方法主要是有人工現場測量、試驗和無損檢測，而對于大型的高層建筑僅僅采用檢測的方式已經是不能夠滿足結構安全性需要，要采取結構的安全性監測，因此通過有線或者是無線的手段采集和處理數據，進而診斷出健康的情況。

1.高層建筑結構的相關特點

1.1高層建筑結構特點

在高層項目中，其具有著耗資多和占地面積大、施工時間長和耐久性要求高等特點，使用期間受環境影響材料容易老化損傷，容易發生危險事故，災情難以控制，這樣也能夠更好的突出其結構安全的保證以及滅情預警的重要性。

在高層建筑中，可以分成為施工期間、運營期間以及老化施工期間，其主要是考慮高豎向變形差異，因為其承重構件的豎向變形差異會直接影響施工質量，徐變和收縮因素，高層建筑中混凝土材料受到徐變和收縮應力的影響，從而使其將會產生彈性的變形會有著附件的變形，同時也會隨著時間逐步增加，所以是不可忽略的，施工過程引起的結構形式改變，會引起內力和變形的變化所以高層建筑不僅進行設計時的理論分析，還要實施全而監測，以此來對施工的實際情況進行掌握。

在高層建筑中，因為受到水平荷載的而影響，因此對其風力比較敏感，風對高層結構的破壞主要為在風作用下出現裂縫或殘余變形，建筑外部裝修部分如玻璃幕墻、裝飾的破壞，在風振作用下產生擺動，將會引起人們的不適應，，產期風荷載作用下的疲勞破壞等除了風荷載外，高層建筑還要注意材料老化、構件損傷等方面的問題。

1.2高層建筑監測內容和要點

在高層建筑講課體系檢測中，其主要是根據建筑結構的特點所開發出來的，主要的監測內容有氣候、結構荷載以及結構響應監測施工階段主要隨著施工進度安裝傳感器和采集傳輸設各，主要以人工操作為主，將監測數據導入數據管理系統，經過分析后和設計要求相對比，以此來能夠及時的采取糾錯的措施，同時也能夠根據工程進度有計劃的做好各種條件的計算，提供各階段的監測報告使用階段通過中心服務器調用數據管理系統數據，對結構進行狀態識別和安全性評定，其中主要是包括了安全評定以及整體安全的評定。

在高層結構檢測系統中，其主要是能夠同時的滿足施工期和運營期的特點，并且所需要檢測的項目必須要同時包括施工期和運營期間的檢測內容，能夠將兩個時期的監測數據實行無縫連接，保證施工期間的數據服務于運營期，施工時埋設好監測點，并且其預留出的監測元件以及施工階段和使用階段很多檢測的內容都是相同的，施工階段是控制危險，使用階段則是發現危險，兩者相互結合才能構成完整的安全監控體系。

2.高層建筑施工階段分析

2.1施工過程的分析

關于施工過程中的分析能力，進而能夠做好施工監控的依據，同時也能夠作為引導以及優化測點的布置，指導施工中結構標高和構件長度的控制以往的建筑結構分析時荷載以分階段施加的力式累加，這種力式忽略了施工階段對上部結構的影響，存在較大的誤差，其主要是采用了有限元軟件進行計算，其分析過程中只是對已經是施工階段進行分析，采不影響未施工結構，每個階段完成后程序將結果累加到當前階段中，能夠更好的接近于實際的情況。

在施工中，其混凝土將會隨著時間的推移，進而受到收縮等方面的影響，澆筑后強度逐漸增強，一段時間后才能達到最大值，所以混凝土的彈性變形會比理論分析值略小由徐變引起的變形與荷載成線性關系，對于高強度的混凝土來說，其應變將會比較小，并且荷載作用一個月后將會是徐變發展成為總徐變的一半，二年到五年之后才進行驗收。

以某高層建筑為例，施工順序為先核心筒后框架，基本進度為每六天完成普通樓層一層，設各和避難層十天完成一層，核心筒內混凝土樓板滯后核心筒一層，巨柱滯后核心筒三層，外部樓板要滯后巨柱兩層后裝部件和伸臂要在主體完成后進行。

2.2構件豎向變形分析

在對高層建筑進行施工中，將會受到比較大的豎向荷載，進而會產生彈性變形，然而隨著時間脫衣將會增加混凝土構件出現徐變，建筑結構標高會與設計標高產生一定的差異，處理不當會成為安全隱患，影響施工質量豎向變形的變化，一般采用補償的力式進行處理，在施工中豎向預留一定的尺寸，進而能夠更好的保證實際的標高和設計標高的意志，施工預留的高度主要是根據施工前變形以及施工后變形和施工總變形綜合分析得到的。

2.3關于構件應力分析

在施工的過程中，其應用應該是沒有辦法能夠通過結構設計理念計算控制的，由于混凝土構件將會出現徐變以及收縮，上部的荷載將會不斷的增加，混凝土澆筑前后鋼結構的構件內力不斷變化，建筑結構的構件應力都處于相對復雜的狀態。

對于核心筒來說，在施工中各個角度主要是由剪力墻連接構成桶裝的結構，進而迎風而和背風而分別承受拉力和壓力，在豎向荷載和水平荷載共同作用下背風而的構件總壓力較大外框架部分柱之間是由析架連接，腰析架負責水平力的傳遞，因此其整體性是比較差的，在施工的過程中也會使這個部分的應用產生一定的波動。

3.結構健康監測系統設計

3.1結構健康監測系統的框架

在對工程進行健康監測時，其目的就是保證結構的施工以及運營的安全性，同時也能夠更加熟練的掌握掌握結構的整體使用狀態變化，為結構的安全評定提供技術支持，其基本的思路主要是為在自動化數據采集的基礎上，通過監測結構的受力和變形狀態，推斷結構的特性變化，探測和評價結構的損傷，從而評估結構構件和整體的安全使用狀態。

對于健康監測的系統步驟來說，其主要會根據結構的受力機制進而采用的材料來確定監測的內容以及檢測的位置，根據監測項日和監測內容選擇傳感器，建立傳感器系統進行數據采集，設計監測數據傳輸系統，設計監測數據的存儲和管理，并且對其所得到的數據進行分析，使其能夠進行安全評價以及預警。

3.2監測項日及傳感器測點位置

對于氣象監測來說，主要是包括溫度、氣壓以及濕度等方面的內容，監測點應該要設立在筒施工界面，同時要隨著施工進度調整位置，風環境的監測包括風速、風向等，采用剛性固定支架安裝在核心筒施工界而處，地震監測屬于荷載監測，記錄地震荷載及歷程，其主要是采用了強震儀以及觸發力式進行實時的監測，風壓監測傳感器裝在幕墻表而處，關鍵位置的應力和應變監測包括巨柱、核心筒、伸臂析架、腰析架、斜撐、塔冠和桅桿支座等。在此之外，還有溫度的監測以及動力特性的監測等。

總結：在對高層建筑結構進行監測中，其主要是針對特定的建筑進行監測，根據對特定的土木工程項目進行實時監測，以此更好的保障建筑工程質量和使用者的安全。并通過從數據采集、無線網絡傳輸等各個方面進行設計，這樣能夠更加方便的對建筑監測體系進行快速的構建，以此來避免重復開發等問題。并將設計的通過的結果運用到實際的建筑結構的案例中進行測試，取得良好的效果。

參考文獻：

[1]申國軍，董秀良，羅玉堂.超高層建筑結構健康監測研究[J].科技視界，2014，27：94+153.

[2]張其林.大型建筑結構健康監測和基于監測的性態研究[J].建筑結構，2011，12：68-75+38.

[3]李宏男，高東偉，伊廷華.土木工程結構健康監測系統的研究狀況與進展[J]. 力學進展，2008，02：151-166.