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高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)體系主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)。

高層建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容

高層建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有：

01 環(huán)境與荷載監(jiān)測(cè)，主要包括溫度、濕度、雨量、風(fēng)荷載、地震等；

02 變形監(jiān)測(cè)，主要包括垂直度、水平度、水平位移、豎向位移、基礎(chǔ)沉降等；

03 應(yīng)力監(jiān)測(cè)，主要包括混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力等；

04 振動(dòng)監(jiān)測(cè)，包括結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的水平和豎向加速度，高層建筑在風(fēng)荷載和地震作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和動(dòng)力特性是運(yùn)營階段的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。

廣州塔結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡介

廣州塔是廣州市的地標(biāo)性超高層建筑結(jié)構(gòu)，位于廣州新城市中軸線與珠江景觀軸交匯處，與珠江新城中的“雙子塔”構(gòu)成大三角，與珠江新城南端的廣州市歌劇院、廣東省博物館構(gòu)成小三角。廣州塔高600m，其中主塔高450m，天線桅桿高150m，設(shè)計(jì)使用年限為100年。廣州塔塔體包括37層不同功能的封閉樓層，作為觀光、餐廳、電視廣播中心以及休閑娛樂區(qū)。地下室1層為停車場(chǎng)和管理用房，地下室2層為設(shè)備和倉庫。廣州塔用地總面積約170000m²，總建筑面積約100000m²。

廣州塔的建筑結(jié)構(gòu)是由一個(gè)向上旋轉(zhuǎn)的橢圓形鋼外殼變化生成，相對(duì)于塔的頂、底部，其腰部纖維，體態(tài)生動(dòng)。鋼結(jié)構(gòu)外筒是結(jié)構(gòu)主要的垂直承重及抗側(cè)力構(gòu)件，包括三種類型的構(gòu)件，即立柱、環(huán)梁和斜撐。外筒共有24根柱，由地下2層柱定位點(diǎn)沿直線至塔體頂部相應(yīng)的柱定位點(diǎn)，全部采用鋼管混凝土組合柱。其結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)超高

廣州塔高達(dá)600m，是中國第一高塔，世界第五高塔，在超高層建筑發(fā)展歷史中具有重要意義。

形體奇特

廣州塔以“廣州新氣象”為主題，塔的上部和下部分別是兩個(gè)橢圓，大小橢圓用鋼管混凝土立柱連接起來，然后在中間扭轉(zhuǎn)了45°，非常有動(dòng)感，建筑由不同形狀和不同方向的橢圓結(jié)合而成，形成上升體，從不同的角度看有不同的形狀和效果，形體非常奇特。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜

為了實(shí)現(xiàn)奇特的建筑效果，設(shè)計(jì)采用簡中筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為橢圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外筒為花籃狀鋼結(jié)構(gòu)，兩者之間在局部區(qū)段采用支撐鋼梁和樓層連接，在450m高空設(shè)置150m高的桅桿，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。

廣州塔結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由香港理工大學(xué)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和實(shí)施，2009年完工)。在施工階段，選取12個(gè)關(guān)鍵截面安裝了超過50個(gè)各類傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在運(yùn)營階段，在主塔5個(gè)關(guān)鍵截面安裝了超過280個(gè)各類傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在桅桿選取3個(gè)關(guān)鍵截面安裝了超過80個(gè)各類傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)廣州塔的環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、降雨等)、荷載(風(fēng)和地震)和響應(yīng)(關(guān)鍵部位的受力、水平位移、加速度、傾斜等)。主要包括風(fēng)速儀、加速度計(jì)、傾斜儀、光纖應(yīng)變計(jì)、光纖溫度計(jì)、腐蝕傳感器、埋入式應(yīng)變計(jì)、光纖傾斜儀、地震儀、GPS等。

廣州塔結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

廣州塔結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所使用的傳感器主要有：風(fēng)壓傳感器、位移計(jì)、加速度計(jì)、風(fēng)速儀、振弦式應(yīng)變計(jì)、腐蝕傳感器、傾斜儀、光纖傳感器、工業(yè)數(shù)碼相機(jī)、GPS、氣象儀、地震儀。

相關(guān)傳感器

SM-5A應(yīng)變計(jì)

SM-5A振弦式應(yīng)變計(jì)用于監(jiān)測(cè)應(yīng)變的變化，當(dāng)彈性模量已知時(shí)，可評(píng)估應(yīng)力變化。

SM-5A振弦式表面應(yīng)變計(jì)由一根鋼弦保護(hù)管連接的兩個(gè)端塊組成。一個(gè)電磁線圈放置在位于管子中部的保護(hù)外殼中。施加在應(yīng)變計(jì)上的外力改變了鋼弦的張力，從而改變鋼弦的共振頻率，并被電磁線圈讀取。

MuST FBG 應(yīng)變計(jì)

MuST FBG應(yīng)變計(jì)用于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)。

多個(gè)FBG（光纖布拉格光柵）應(yīng)變計(jì)可以鏈接在一條光纖線路上。用膠粘或點(diǎn)焊的方法，安裝在混凝土、鋼和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上。

MuST FBG溫度計(jì)

MuST FBG 溫度傳感器適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。這款傳感器是傳統(tǒng)電信號(hào)或振弦式溫度傳感器的光纖版本，但完全無源，對(duì)環(huán)境引起的漂移具有固有的不敏感性。

安裝在結(jié)構(gòu)表面上或埋入在混泥土或砂漿中,每條鏈最多12個(gè)傳感器。

SOFO VII讀數(shù)儀（光纖信號(hào)解調(diào)儀）

SOFO VII讀數(shù)儀適合現(xiàn)場(chǎng)使用的可靠、多功能光纖數(shù)據(jù)記錄儀，可測(cè)讀SOFO和FBG傳感器。

SOFO VII是一款能測(cè)量SOFO(干涉測(cè)量)和FBG(光纖布拉格光柵)傳感器的通用讀數(shù)儀（也叫光纖信號(hào)解調(diào)儀）。該系統(tǒng)是為靜態(tài)、長期測(cè)量而設(shè)計(jì)的。每個(gè)通道都可以針對(duì)這兩種技術(shù)中的一種進(jìn)行軟件配置。SOFOVII集成在一個(gè)緊湊的鋼制機(jī)箱中，用于永久安裝在任何需要連續(xù)監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)中。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要是由一批強(qiáng)震儀組成的結(jié)構(gòu)臺(tái)陣，再加上應(yīng)變、位移、傾斜、環(huán)境等多種傳感器組成的一整套健康診斷系統(tǒng)。

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)方向主要為X軸平移、Y軸平移和X-Y扭轉(zhuǎn)。

在監(jiān)測(cè)過程中，主要采用單軸/雙軸/三軸加速度傳感器，配合布線及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的平移、扭轉(zhuǎn)、層間位移及反應(yīng)譜等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

這種采用CAT5e網(wǎng)線布設(shè)加速度傳感器的監(jiān)測(cè)方法，能夠大幅減少對(duì)既有建筑的影響，安裝簡單、布設(shè)方便。

可以考慮在每層樓安裝傳感器，也可以考慮每隔幾層樓安裝傳感器。建筑物的大小和形狀將影響需要多少傳感器及其位置。衡量結(jié)構(gòu)的變化有多種方法，每個(gè)結(jié)構(gòu)都有自己獨(dú)特的需求。不同的傳感器安裝在整個(gè)建筑的不同關(guān)鍵位置。