王亮，张学含
天津凌翔科技有限公司 天津市 300000
摘要：随着高层建筑建设规模的不断扩大，监测手段在高层建筑工程中的应用可以测量建筑结构的健康状况，实时监测高层建筑工程的质量，有效地维护和管理高层建筑工程。本文分析了高层建筑结构健康监测的研究与应用，以供参考。
关键词：高层建筑；结构健康监测；应用
引言
健康监测技术最早应用于航空航天领域，直到20世纪50年代才应用于建筑领域。起初，它主要用于桥梁。在后续的发展过程中，由于其技术水平的不断提高，逐渐被广泛应用于其他建筑中。就建筑结构健康监测技术而言，是目前一种新型的研究内容。然而，它的应用对建筑业的发展有着非常重要的影响，因为它的有效性，及时了解建筑结构，更好地避免安全事故的发生。
1结构健康监测概述
结构健康监测是指通过在施工现场嵌入或粘贴表面传感器的方式，检测神经系统中是否存在损伤结构，并将检测到的建筑结构损伤报告给控制台，以提高建筑结构健康检测的效率。结构健康检测系统的组成部分包括数据采集与处理系统、传感器系统、通信系统、报警设备和监控中心。结构健康监测系统主要应用于大型建筑结构，如大型桥梁、建筑物等。如虎门大桥健康监测系统中，利用GPS动态监测系统对建筑物结构的健康状况进行监测，将建筑物结构的数据从光纤的各个测点传输到GPS接收机。在监控系统的处理系统中，图形工作站和数据库服务器可以通过局域网实现数据传输。然而，由于一些信号线的老化，数据传输效率大大降低，结构健康监测的精度也较低。随着科学技术的发展，传感器技术、信号分析技术、网络通信技术和结构分析理论得到了广泛的应用，建筑结构健康监测的内容也越来越丰富。通过对建筑结构状况的连续实时在线监测，有利于提高建筑结构的安全性，从而提高建筑结构的管理效率。
2建筑结构健康监测与检测的异同分析
建筑结构监测与检测的同一点在于它们具有相同的目的，即通过科学的计算和分析，得到反映建筑结构健康、稳定和安全的指标，进而评价建筑结构的可靠性。在此基础上，预测建筑结构的变化趋势和使用寿命，对城市建筑管理、旧建筑稳定性监测和古建筑保护具有重要意义。
3建筑结构健康监测的意义
对于建筑结构来说，在使用过程中受到各种因素的影响，会对其造成一定的破坏。随着破坏程度的加深，会影响建筑物的正常使用，对城镇建设产生较大影响，直接影响城镇的发展。另外，在使用过程中，受到一些因素的影响，如人为、自然等因素的影响，结构突然发生破坏，因此如何了解实际情况，采取相应的措施进行处理，这是关键内容。通过健康监测技术可以达到这一目的，更好地了解建筑物的结构，明确建筑物结构中存在的问题的位置，更好地保证建筑物结构的稳定性。
4建筑工程结构健康监测系统通用架构
通过对建筑工程结构健康监测系统的实际应用分析，发现不同的结构虽然在结构形式上有差异，在特定的环境和荷载下有其显著的特点，但其监测系统的体系结构基本相同。根据目前的结构分析，结构监测系统主要由五部分组成：1）传感器子系统。该系统主要由传感器和二次仪表组成，能够实时测量工程结构的物理状态。2） 数据采集子系统。从系统组成来看，主要是数据站，一般需要微机控制。在实际应用中，系统的主要功能是采集传感器的原始测量数据。3） 数据通信与传输子系统。系统主要包括服务器端、监控系统局域网和与局域网的干网连接，实现监控数据的通信和传输。4） 监控数据库管理子系统。从系统的组成来看，主要是数据库服务器。数据库管理主要包括监测数据的存储、备份、修改、删除和查询。5） 数据分析处理子系统。系统的主要组成部分是逻辑服务器。利用该系统，数据处理、图形显示、诊断、预警等工作更加有效，对建设项目的具体管理也具有实际效果。
5通用建筑工程结构健康监测系统平台框架设计
根据具体目标设计系统平台框架是非常必要的。在建筑工程通用结构健康监测系统平台框架构建方面，根据目标实现的原则，可采用用户界面层、业务逻辑层和数据层三层结构设计方法。从用户界面层来看，它的主要功能是实现用户与系统的交互，将数据图形或列表清晰地显示在用户面前，为用户提供真实的参考。业务逻辑层主要包括各种方法库模块，是实现数据处理的核心层。对于系统和平台的运行，业务逻辑层提供结构状态评估、预警信息等。数据层是整个系统平台的基础，其主要功能是获取和存储各种信息。从系统设计的角度来看，系统需要建立在开放兼容的基础上，从而为用户提供一个可以根据结构特点定制的系统。因此，在系统设计中采用了XML标准。
6高层建筑结构健康监测系统设计
6.1系统流程设计
根据过程分析，在监测高层建筑工程健康状况时，首先要采集工程相关数据信息，通过建筑内部传感系统采集实时数据，测量建筑工程的温度指标、应力指标和振动指标，并用信号转换的方法将其转换成干净的数据。通过无线通信将信号传输到数据处理中心，再将数据传输到软件进行分析处理，得到高精度的监测数据结果。
6.2系统网络框架
建筑结构健康监测系统的数据采集装置可分别设置在建筑物的不同部位。建筑物传感器用来收集各种数据。同时，采用网络传输方式将采集到的数据传输到应用服务器，再连接数据库存储整个数据资源。通过应用服务器提供功能监控服务，将监控信息传输给客户端，并将客户端与报警系统连接。通过远程访问，可以在系统中添加代理服务器，代理服务器可以访问系统内部，实现内外独立的模式，防止关键数据的泄露和篡改。
7高层建筑结构健康监测系统的应用实践
钢桁架测点布置：（1）挠度测点：GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3等共计布置7个精密水准仪；（2）应变测点：GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3、GHJ-4、GHJ-10等共计布置30个应变计；（3）支座水平位移测点：GHJ-1、GHJ-2与4#楼滑动支座连接处共布置2个测点；（4）测点走线布置：导线的收集和防护采用50mm×100mm的标准线槽，水管、两芯专用屏蔽线、两芯负载线沿桁架下弦水平布置，采集和无线收发系统布置在3#楼泳池辅助设施间。
8建筑结构健康监测范围和质量安全评价
首先，监测范围可分为局部监测和整体监测两类。对于局部监测，大多适用于简单的建筑结构，或能识别出问题在建筑结构中的位置，并进行有针对性的监测。监测方法多为监测人员人工检测。对于一些结构复杂的建筑物，应采用整体检测方法。对于这种监测方法，应配备相应的监测设备，监测范围更广，不仅包括应力、位移等，还包括内力、挠度等。其次，大部分的局部监测都是无损监测，如发射光谱法、回弹法等。对于整体监测，作为结构健康监测技术的核心内容，有模型修剪、动态指纹等方法。
结束语
综上所述，通过对高层建筑结构健康状态实时监测，能直接获取高层建筑结构的健康指标，对可能出现的问题提前预警，实时控制建筑工程质量，可以获取显著成效，可以推广应用到工程建筑中。
参考文献
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