绿地中心主塔楼结构运营阶段健康监测技术方案.docx

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绿地中心主塔楼结构运营阶段健康监测技术方案

绿地中心主塔楼结构运营阶段健康监测技术方案

1.1运营阶段监测的内容

1）地震监测

主要是指结构在竣工投入使用后，结构场地所受地震波的荷载作用的监测。

2）风荷载监测

包括两部分内容，其一是指建筑物在运营期间所承受风荷载作用的监测。

其二是指塔楼建筑物关键部位在运营期间承受外部风荷载作用下的表面风压的监测。

3）温度监测

设置五个温度测量层，本项监测是指在建筑物运营期间，测量层各测量点在各个季节，各个时间段结构表面温度变化的监测。

4）位移监测

是指建筑物各个关键位移控制点，包括塔体以及塔顶等，在建筑运营使用期间各关键点各向位移的监测。

此项监测采用两种方法分别进行：

GPS以及倾角仪系统，并对两种方法的监测数据进行对比分析与融合。

5）加速度监测

主要是指结构在竣工投入使用后，各加速度监测点随在结构运营期间加速度响应的监测。

动力响应传感器数量及布置应能获取使用阶段不同结构状态下结构的X向平动、Y向平动和扭转，周期、振型和阻尼比。

传感器类型以加速度计为主、辅以必要的速度及位移传感器作为校核。

6）应变监测

主要是指结构在竣工投入使用后，测量层各测量点在各个时期，结构构件应力应变的监测。

7）标高监测

主要是指结构在竣工投入使用后，测量层各测量点在各个时期，结构的标高监测。

8）沉降监测

主要是指结构在竣工投入使用后，测量层各测量点在各个时期，基础以及结构的沉降监测。

1.2运营阶段地震作用监测

1.2.1简述

使用阶段强震仪的设置目标是永久性监测结构可能遭遇到的地震，记录大楼基础、顶部以及自由场的地震加速度时程。

为结构的整体分析，以及构件的受力及变形分析提供最直接和必要的荷载输入。

同时为今后大厦的全寿命维护提供技术依据，为超高层的设计与施工提供第一手资料，是必不可少的一个环节。

1.2.2仪器设备

强震观测仪选用GDQJ-2型固态地震动强度记录仪，如图7.21所示，其主要性能指标如表7.21。

根据绿地中心的实际情况，将布置三台强震仪，其中一台布置在结构地下室底板，另一台布置在结构顶部楼面，第三台放置在周边自由场。

主塔楼上的两台强震仪要在一条铅垂线上，自由场的强震仪距离大楼之外约2~3倍最高建筑高度区划外寻找自由场地。

表7.21GDQJ-2型固态地震动强度记录仪的主要性能指标

项目

性能指标

通道数

3通道

采样率

50sps、100sps、200sps和400sps，程序可选

通道延迟

0μs

动态范围

大于120dB

转换精度

24bit

高通滤波

0.01Hz

低通滤波

内置高陡度数字FIR滤波器

记录器满量程

±2.5v

灵敏度

1LSB,在×10增益时大约±7.6μv

噪声

1LSB

传感器接口

3通道接口

测量范围

±2g（±1g）

灵敏度

±1.25V/g

使用温度

-25℃—+50℃

图7.21GDQJ-2型固态地震动强度记录仪

1.2.3测点布置

武汉绿地中心主塔楼结构健康监测系统包含三台强震仪，一台放置于塔楼基础大底板中央（-6层），另一台可放置在周边自由场。

考虑结构地震反应的特点，在可能的情况下将另一台强震仪放置在施工完成的最高楼层处（竣工后放置在第118层），根据施工进度和施工作业面决定，但位置需在塔楼核心筒中心，与塔楼基础大底板中央的强震仪放置在同一竖向垂直线上。

强震仪的布置见图7.22和图7.23所示。

图7.22-6层强震仪平面布置图

图7.23第118层强震仪平面布置图

图中

表示强震仪布置位置。

由于该仪器属精密贵重仪器，在施工中必须做好保护。

周边自由场根据地震台网布置的要求，在规划可能的位置以及建筑群之外约2~3倍最高建筑高度区划外寻找自由场，在自由场设立一台强震仪，时间采用GPS时间钟与塔楼联网，以得到地震自由场的地震波。

1.2.4监测时间和监测频率

强震仪安置妥当后即开展监测，可以先布置底层和自由场的强震仪，已完工且有作业面的相对较高楼层的强震仪安放需与施工单位协商后进行。

一旦安放完毕，即可将数据以数据线传递的方式或无线的方式发送到最近的子站，再发送到总站。

当地面运动超过强震仪触发值，强震仪即开始实时记录，采样频率为250Hz，可实时记录数据，根据内存大小进行记录，并传递到子站，然后通过子站传递到总站。

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为施工完成后第一年每3个月监测一次。

1.3运营阶段风作用监测

1.3.1运营阶段风速监测

1.3.1.1简述

运营阶段风速的观测与施工期间略有不同，主要在于运营阶段结构已经完成，因此测点位置保持不变。

1.3.1.2测点布置

测点的布置需要满足武汉主要大风风向上的数据的准确性，同时还要将塔冠部分的三维绕流对测点的影响控制到最小水平，鉴于此，拟考虑在塔楼顶端布置1个超声波风速仪和一个机械式风速仪。

测点采用可以升降的风观测支架固定在塔冠预埋件上。

同时，风速测点的避雷系统必须与主体结构的避雷系统相连。

1.3.1.3监测系统

运营阶段的风速监测系统的风速仪采用外部供电，采用数据采集设备进行数据的动态采集，并通过局域网系统进行数据传输，并可在控制室进行数据的采集。

1.3.1.4监测时间和监测频率

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为施工完成后第一年每3个月监测一次。

1.3.2运营阶段风压监测

1.3.2.1简述

结构上的风荷载，最终以风压的形式作用在结构上，因此针对风压的监测具有重要的意义。

1.3.2.2施工阶段至运营阶段监测的过渡与连接

施工阶段的风压监测与运营阶段测点相同，因此可以顺利地由施工阶段的监测转换到运营阶段的监测。

1.3.2.3监测系统

风压监测系统由压力探头、微差压传感器、数据采集设备、远程控制电脑组成，其中数据的传输采用局域网传输的方式传输至中央控制室的电脑上。

1.3.2.4监测时间和监测频率

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为施工完成后第一年每3个月监测一次。

1.4运营阶段温度监测

1.4.1简述

建筑物运营期间，测量各测量点在各个季节，各个时间段结构表面温度变化的监测。

监测系统集成在控制中心（总站）的监测与健康预警评估系统中。

按照不同季节、不同时间段进行连续测量。

以期得到建筑物在运营期间的温度变化规律。

1.4.2施工阶段至运营阶段监测的过渡与连接

施工阶段已经将各测点的温度传感器安装完毕，且温度传感器的数据线均已集成在各测量子站的数据采集系统内。

施工阶段是将测量数据以无线方式发送至施工现场的办公室内，运营阶段监控总站已经移置建筑物内的控制室内。

各子站以光缆连接至该总站。

监测数据的采集分析均在此总站内进行。

1.4.3监测时间和监测频率

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为每年4次，每个季度一次。

1.5运营阶段位移监测（GPS部分）

1.5.1简述

全球定位系统（GPS）位移监测主要是掌握大厦结构顶部的位移，研究大厦顶部变形与环境变化（如温度和风）的关系。

1.5.2施工阶段至运营阶段监测的过渡与连接

全球定位系统（GPS）随着结构体的施工而升高，直到结构施工完毕后固定在运营阶段监测系统中所要求的部位。

这样，在施工阶段监测到的数据就可以全部反映在运营安全监测系统中。

1.5.3监测系统布置

全球定位系统（GPS）：

在裙楼顶选择一个不动点布置一台GPS参考站，并在主塔楼顶部塔冠布置两台GPS观测站。

GPS参考站和观测站都设有天线和接收机，参考站校正数据，观测站实时连续监测测点的位移。

原始信号通过接收机接收后，在接收站进行初步处理，由RS232/485连至最近的数据采集子站。

1.5.4监测时间和监测频率

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为施工完成后第一年每3个月监测一次。

1.6运营阶段加速度监测

1.6.1简述

高层建筑自振频率低，即自振周期长，通过利用高灵敏度的传感器、放大器及记录设备，借助于随机信号数据处理的技术，量测环境激励（风荷载）结构物的响应，并分析确定结构物的动力特性。

高层建筑结构在使用运营阶段，受到风荷载等水平荷载作用，为了保证其具有良好的使用条件，应按照相应的国家规范规定控制其顶点加速度以满足舒适度要求，通过测试可以检验实际结构是否满足使用舒适度要求。

同时，运营阶段的结构加速度监测可以获得环境激励下的结构动力特性（包括结构的频率、阻尼比和振型），既可以为结构进行安全性评估，又可以为日后结构的损伤识别积累原始技术资料，同理论对比，验证、修正理论计算结果并提供计算无法得到的阻尼比测试数值。

1.6.2施工阶段至运营阶段监测的过渡与连接

施工阶段已经将各测点的加速度传感器安装完毕，且加速度传感器的数据线均已集成在各测量子站的数据采集系统内。

施工阶段是将测量数据以无线方式发送至施工现场的办公室内，运营阶段监控总站已经移置建筑物内的控制室内。

各子站以光缆连接至该总站。

监测数据的采集分析均在此总站内进行。

1.6.3监测时间和监测频率

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为施工完成后第一年每3个月监测一次。

1.7运营阶段应变监测

1.7.1简述

建筑物运营期间，测量各测量点在各个时间段结构各个构件应力应变变化的监测。

监测系统集成在控制中心（总站）的监测与健康预警评估系统中。

按照不同时间段进行连续测量。

以期得到建筑物在运营期间的结构构件应力变化规律。

并且在构件应力异常的情况下及时提出预警。

1.7.2施工阶段至运营阶段监测的过渡与连接

施工阶段已经将各测点的应变传感器安装完毕，且传感器的数据线均已集成在各测量子站的数据采集系统内。

施工阶段是将测量数据以无线方式发送至施工现场的办公室内，运营阶段监控总站已经移置建筑物内的控制室内。

各子站以光缆连接至该总站。

监测数据的采集分析均在此总站内进行。

1.7.3测点布置

运营阶段应变测点在A1、B1、C1区布置，所有分区的测点布置采用施工阶段应变测点布置中的B1、C1区的布置图布置。

1.7.4监测时间和监测频率

监测频率较施工阶段适当减小，施工完成后第一年每3个月监测一次。

1.8运营阶段标高监测

1.8.1测点布置

在塔楼运营阶段保留一定数量的巨柱与核心筒测点，保留第1、5、10加强层的测点。

以获得巨柱与核心筒的混凝土由于收缩、徐变等长期非荷载效应引起的变形差异，以评估在运营期内塔楼相关性能。

1.8.2监测时间和频率

在运营阶段，标高观测间隔为6个月。

1.9运营阶段沉降监测

1.9.1测点布置

运营期间测点布置同施工期间。

1.9.2监测时间和频率

运营期间进行实时监测，监测报告提交频率为施工完成后第一年每3个月监测一次。