武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程技術(shù)方案

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)

健康監(jiān)測工程

技術(shù)方案

武漢理工大學(xué)

武漢馬房山理工工程結(jié)構(gòu)檢測有限公司

2014年10月

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

目錄

1.工程概況............................................................1

2.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的目的和意義............................................2

3.監(jiān)測參考依據(jù)........................................................2

4.監(jiān)測系統(tǒng)的簡介......................................................3

4.1監(jiān)測系統(tǒng)組成..................................................3

4.1.1傳感器系統(tǒng)....................................................3

4.1.2數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)............................................3

4.1.3數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)............................................6

4.1.4結(jié)構(gòu)性能評估系統(tǒng)..............................................8

4.2監(jiān)測系統(tǒng)功能..................................................8

5.健康監(jiān)測內(nèi)容..........................................................9

5.1荷載及作用監(jiān)測................................................9

5.1.1地震作用監(jiān)測..................................................9

5.1.2風(fēng)荷載監(jiān)測....................................................9

5.1.3溫度監(jiān)測.....................................................10

5.2結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測.................................................10

5.2.1位移監(jiān)測.....................................................10

5.2.2加速度監(jiān)測...................................................10

5.2.3應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測.................................................10

5.3結(jié)構(gòu)及構(gòu)件狀態(tài)監(jiān)測...........................................11

5.3.1標(biāo)高監(jiān)測.....................................................11

5.3.2垂直度監(jiān)測...................................................11

5.3.3沉降監(jiān)測.....................................................11

5.4監(jiān)測測點(diǎn)分區(qū).................................................11

6.施工過程健康監(jiān)測...................................................13

6.1結(jié)構(gòu)施工過程分析.............................................13

6.1.1目的..........................................................13

6.1.2方法..........................................................14

6.2施工過程監(jiān)測的內(nèi)容...........................................14

I

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

6.3施工過程風(fēng)作用監(jiān)測...........................................15

6.3.1施工過程風(fēng)速監(jiān)測.............................................15

6.3.2施工過程風(fēng)壓監(jiān)測.............................................18

6.4施工過程溫度、濕度及氣壓監(jiān)測.................................22

6.4.1簡述.........................................................22

6.4.2儀器設(shè)備.....................................................23

6.4.3測點(diǎn)布置.....................................................23

6.4.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................25

6.4.5監(jiān)測系統(tǒng)布置.................................................25

6.5施工過程位移監(jiān)測（GPS部分）..................................25

6.5.1簡述.........................................................25

6.5.2儀器設(shè)備.....................................................26

6.5.3測點(diǎn)布置.....................................................28

6.5.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................28

6.5.5儀器的安裝...................................................28

6.6施工過程位移監(jiān)測（傾角儀部分）...............................29

6.6.1簡述.........................................................29

6.6.2儀器設(shè)備.....................................................30

6.6.3測點(diǎn)布置.....................................................31

6.6.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................32

6.6.5監(jiān)測系統(tǒng)布置.................................................32

6.6.6傳感器安裝...................................................32

6.7施工過程加速度監(jiān)測...........................................33

6.7.1簡述.........................................................33

6.7.2儀器設(shè)備.....................................................33

6.7.3測點(diǎn)布置.....................................................35

6.7.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................36

6.7.5現(xiàn)場傳輸.....................................................36

6.8施工過程應(yīng)變監(jiān)測.............................................37

6.8.1簡述.........................................................37

6.8.2儀器設(shè)備.....................................................37

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

6.8.3測點(diǎn)布置.....................................................38

6.8.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................47

6.8.5監(jiān)測系統(tǒng)布置.................................................47

6.8.6傳感器安裝...................................................47

6.9施工過程標(biāo)高監(jiān)測.............................................50

6.9.1簡述.........................................................50

6.9.2監(jiān)測控制網(wǎng)的建立.............................................50

6.9.3儀器設(shè)備.....................................................51

6.9.4測量方法及測點(diǎn)布置...........................................52

6.9.5監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................54

6.10施工過程垂直度監(jiān)測...........................................54

6.10.1簡述......................................................54

6.10.2監(jiān)測控制網(wǎng)的建立..........................................54

6.10.3儀器設(shè)備..................................................54

6.10.4測量方法及測點(diǎn)布置........................................55

6.10.5監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率........................................55

6.11施工過程沉降監(jiān)測.............................................56

6.11.1簡述......................................................56

6.11.2儀器設(shè)備..................................................56

6.11.3測點(diǎn)布置..................................................56

6.11.4監(jiān)測時(shí)間和頻率............................................56

7.運(yùn)營階段健康監(jiān)測.....................................................57

7.1運(yùn)營階段監(jiān)測的內(nèi)容...........................................57

7.2運(yùn)營階段地震作用監(jiān)測.........................................58

7.2.1簡述.........................................................58

7.2.2儀器設(shè)備.....................................................58

7.2.3測點(diǎn)布置.....................................................59

7.2.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................60

7.3運(yùn)營階段風(fēng)作用監(jiān)測...........................................61

7.3.1運(yùn)營階段風(fēng)速監(jiān)測.............................................61

7.3.2運(yùn)營階段風(fēng)壓監(jiān)測.............................................61

III

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

7.4運(yùn)營階段溫度監(jiān)測.............................................62

7.4.1簡述.........................................................62

7.4.2施工階段至運(yùn)營階段監(jiān)測的過渡與連接...........................62

7.4.3監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................62

7.5運(yùn)營階段位移監(jiān)測（GPS部分）..................................62

7.5.1簡述.........................................................62

7.5.2施工階段至運(yùn)營階段監(jiān)測的過渡與連接...........................62

7.5.3監(jiān)測系統(tǒng)布置.................................................62

7.5.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................63

7.6運(yùn)營階段加速度監(jiān)測...........................................63

7.6.1簡述.........................................................63

7.6.2施工階段至運(yùn)營階段監(jiān)測的過渡與連接...........................63

7.6.3監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................63

7.7運(yùn)營階段應(yīng)變監(jiān)測.............................................64

7.7.1簡述.........................................................64

7.7.2施工階段至運(yùn)營階段監(jiān)測的過渡與連接...........................64

7.7.3測點(diǎn)布置.....................................................64

7.7.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率...........................................64

7.8運(yùn)營階段標(biāo)高監(jiān)測.............................................64

7.8.1測點(diǎn)布置.....................................................64

7.8.2監(jiān)測時(shí)間和頻率...............................................64

7.9運(yùn)營階段沉降監(jiān)測.............................................65

7.9.1測點(diǎn)布置.....................................................65

7.9.2監(jiān)測時(shí)間和頻率...............................................65

8.結(jié)構(gòu)性能評估系統(tǒng).....................................................65

8.1結(jié)構(gòu)實(shí)測分析.................................................65

8.1.1結(jié)構(gòu)模態(tài)分析.................................................65

8.1.2風(fēng)荷載分析...................................................66

8.2結(jié)構(gòu)理論分析.................................................66

8.2.1結(jié)構(gòu)有限元分析...............................................66

8.2.2結(jié)構(gòu)模型修正.................................................66

IV

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

8.3結(jié)構(gòu)性能評估..................................................67

9.特殊工況的預(yù)警......................................................67

10.測點(diǎn)匯總...........................................................68

V

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

1.工程概況

武漢綠地中心位于武昌濱江商務(wù)核心區(qū)域，與漢口百年外灘隔江相望，地理位置優(yōu)越，

是武漢新一輪城市發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。武漢綠地中心由1棟主塔樓、1棟辦公輔樓、1棟公寓

輔樓及裙樓組成。其中，主塔樓總建筑面積約為40萬平方米，總高度超過606米以上，地

上125層，地下6層，是一幢集辦公、酒店、公寓等多功能于一體的超高層建筑，一個(gè)獨(dú)

特塔冠和穹拱位于塔樓頂部，凸顯塔樓獨(dú)特的建筑風(fēng)格。建成后的綠地中心將是華中第一

高樓，成為武漢市的標(biāo)志性建筑。

為了有效地承擔(dān)水平力（風(fēng)荷載和地震荷載），武漢綠地中心主塔樓采用核心筒+外伸桁

架+（外周）巨型框架結(jié)構(gòu)體系（如圖1.1-1所示），包括強(qiáng)大的組合剪力墻、微傾的巨型

SRC組合柱和曲線型的環(huán)帶桁架，形成了多道設(shè)防的布置特征。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置和幾何形

狀都經(jīng)過了精心地優(yōu)化以滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，同時(shí)與建筑設(shè)計(jì)達(dá)到完美的結(jié)

合。

外伸臂

圖1.1-1武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)體系組成圖

1

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

2.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的目的和意義

建成后的武漢綠地中心主塔樓是超高層建筑的典型代表，是武漢市、乃至華中地區(qū)的

標(biāo)志性建筑。它的安全運(yùn)營具有極其重要的社會意義和政治意義。建立相應(yīng)的健康監(jiān)測系

統(tǒng)對保證結(jié)構(gòu)在施工過程以及運(yùn)營期間的安全、適用具有重大作用。

1)即時(shí)了解結(jié)構(gòu)施工過程中的結(jié)構(gòu)性狀，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目過程的有效控制；

2)監(jiān)測武漢綠地中心主塔樓全壽命周期內(nèi)的結(jié)構(gòu)性狀，發(fā)現(xiàn)荷載及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的異常

和結(jié)構(gòu)損傷，確保結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全；

3)預(yù)警武漢綠地中心主塔樓的極端災(zāi)害事件,評判災(zāi)害事件造成的損傷程度及部位,

為業(yè)主進(jìn)行災(zāi)害應(yīng)急管理提供決策依據(jù)；

4)為武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)運(yùn)營階段的檢查和維護(hù)方案提供信息和依據(jù)；

5)實(shí)測獲得的地震和結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)將指導(dǎo)未來的超高層建筑設(shè)計(jì)，也為超高層建筑

結(jié)構(gòu)新技術(shù)的研究提供重要參考。

3.監(jiān)測參考依據(jù)

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的建立參考以下資料：

《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001,2009年版)

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)

《工程測量規(guī)范》(GB50026-2007)

《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2007)

《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314-2009)

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)

《公共建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)

施工總包單位的施工組織計(jì)劃

甲方提供的圖紙及其他相關(guān)資料

2

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

4.監(jiān)測系統(tǒng)的簡介

為實(shí)現(xiàn)武漢綠地中心大廈全生命周期不同階段的結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)包

括施工階段監(jiān)測系統(tǒng)及使用階段監(jiān)測系統(tǒng)。施工階段性能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了與使

用階段性能監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)性，各類傳感器的布置在滿足施工監(jiān)測系統(tǒng)的要求下兼顧了結(jié)

構(gòu)使用階段性能監(jiān)測系統(tǒng)的要求。

4.1監(jiān)測系統(tǒng)組成

4.1.1傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)包括了所有感知結(jié)構(gòu)環(huán)境、結(jié)構(gòu)荷載、結(jié)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的傳感器元件

及網(wǎng)絡(luò)。傳感器系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)最前端的部分。根據(jù)所測量物理量的不同，傳感

器可分為環(huán)境變化、荷載作用、結(jié)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)四種類型。

通過傳感器選型，所有傳感器的選擇不低于技術(shù)要求，在GPS位移傳感器的選擇上，

還更保證了技術(shù)的先進(jìn)性。所以，施工監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是：傳感器的技術(shù)參數(shù)先進(jìn)可靠，

其布設(shè)完全滿足監(jiān)測技術(shù)要求，且可用于運(yùn)營期間結(jié)構(gòu)監(jiān)測，不影響工程施工，有嚴(yán)格可

行的成品保護(hù)措施。

4.1.2數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)包括了對傳感器系統(tǒng)獲得的信息進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行測量信息傳輸?shù)牟糠?。?shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元和

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)收集和傳送系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備完善、可靠，數(shù)

據(jù)采集不影響工程施工;信號傳輸過程中衰減少且不受外界影響;數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)性能穩(wěn)定、

信號隔離好、滿足多通道及高速采集要求，實(shí)施方案完備、合理。

數(shù)據(jù)采集方案包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件、軟件以及它們的集成技術(shù)的選擇和開發(fā)，同

時(shí)包含不同類型信號的采集。我們分述如下。

1）數(shù)據(jù)采集硬件

對于加速度傳感器、風(fēng)速儀和風(fēng)壓傳感器等動(dòng)態(tài)信號，由于其采樣頻率較大，傳感器

數(shù)量較多，數(shù)據(jù)量也隨之急劇增加，分布式總線傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足其傳輸需要，因此，

3

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

我們選擇基于板卡的集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來滿足信號傳輸?shù)囊?。其具有專用定時(shí)和同步

線、有關(guān)環(huán)境和EMC（電磁兼容性）的測試性能。另外，PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的微

軟公司操作系統(tǒng)，利用PXI構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以提供更大的測試覆蓋范圍，并且縮

短測試時(shí)間。高速的數(shù)據(jù)吞吐能力等完全滿足傳感器動(dòng)態(tài)信號的采集要求。同時(shí)，為節(jié)省

和簡化布線，基于分布式的靜態(tài)信號也可以通過具有RS-485轉(zhuǎn)換功能的PXI卡接入PXI

系統(tǒng)，然后同其他信號一起接入現(xiàn)場工控機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖4,1-1所

示。本系統(tǒng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)，兼容目前的所有PXIbus儀器，并可隨時(shí)擴(kuò)展，其多板同步

觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范和多種同步機(jī)制保證了傳感器信號的同步采集。本系統(tǒng)采用多機(jī)箱擴(kuò)

展總線MXI—3來連接多個(gè)PXI機(jī)箱,最多可以連接254個(gè)底板，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20Mb/s。

圖4.1-1系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)框圖

4

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

縱上所述，本硬件系統(tǒng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：開放性、擴(kuò)展性、通用性，可滿足綠地中

心結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的所有要求。

2）數(shù)據(jù)采集軟件

構(gòu)造一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，基本硬件系統(tǒng)確定后，就可以通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功

能，軟件是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，選擇正確的軟件系統(tǒng)可以最大限度發(fā)揮硬件的性能，這

種通過符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高性能模塊化硬件作為系統(tǒng)平臺，與靈活的軟件技術(shù)結(jié)合在一起，

建立起功能強(qiáng)大的基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集解決方案被稱之為虛擬儀器技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)

充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，提供測量數(shù)據(jù)的分析和顯示功能。用戶

可以根據(jù)自己的需要靈活組合，大大提高了使用效率，減少了投資，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

的缺點(diǎn)。

綠地中心結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)采用WindowsNT作為系統(tǒng)框架。WindowsNT系統(tǒng)框架定義基

于流行的IBMPC體系結(jié)構(gòu)及其兼容機(jī)的系統(tǒng)，它規(guī)定了對系統(tǒng)控制器模塊和PXI外設(shè)模

塊的系統(tǒng)要求。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)與施工監(jiān)測系統(tǒng)相同，如圖4.1-2所示。

圖4.1-2系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自上而下分為應(yīng)用程序?qū)?、儀器驅(qū)動(dòng)層、和I/O接口層，應(yīng)用程序?qū)咏⒘?/p>

使用儀器的可視化、交互式集成開發(fā)環(huán)境，提供了數(shù)據(jù)的顯示、存儲、分析以及和其他分

析軟件接口的功能；儀器驅(qū)動(dòng)層保證了系統(tǒng)硬件在WindowsNT框架下被正常驅(qū)動(dòng)正常工

作；VISA是系統(tǒng)軟件的I/O接口層，VISA用作系統(tǒng)中PXI系統(tǒng)配置、插槽計(jì)數(shù)、觸發(fā)總

線的儀器特性的軟件接口，并提供了PXI至所有傳感器的連接。

在上述系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序?qū)拥拈_發(fā)軟件的選擇至關(guān)重要，這方面常用的軟件

有LabVIEW、LabWindows/CVLVB、VEE、BridgeVIEW等。其中美國NI公司的LabVIEW

5

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

虛擬儀器軟件開發(fā)平臺具有基于G語言的圖形化的編程方式。與其他軟件相比，它更容易

創(chuàng)建功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析應(yīng)用程序是工程人員開發(fā)虛擬儀器常用的一種軟件工

具。它有以下特點(diǎn)：（1）具有圖形化的編程方式，基于G語言來開發(fā)；（2）提供豐富的數(shù)

據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)；（3）提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行，

同時(shí)提供獨(dú)具特色的執(zhí)行工具，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷；（4）32位的編譯器生成32

位的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速執(zhí)行；（5）囊括了PCLGPIB、

PXLVXLRS-232/485.USB等各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)；（6）提供大量

與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，諸如DLL、DDE、ActiveX等。綠地中心結(jié)構(gòu)監(jiān)測系

統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中采用LabVIEW作為程序開發(fā)臺。

4.1.3數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)直接對測量信息進(jìn)行處理和分析，并在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀態(tài)

進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。必要時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)控制，發(fā)布災(zāi)害預(yù)警信息。

施工監(jiān)控的一個(gè)目標(biāo)就是及時(shí)根據(jù)測量得到的結(jié)果，對施工過程給出指導(dǎo)性建議。圖

4.1-3是本項(xiàng)目組對某工程的施工卸荷過程的桿件應(yīng)力跟蹤結(jié)果，由于準(zhǔn)確的報(bào)告了卸荷的

構(gòu)件內(nèi)力變化過程，得到了甲方的高度贊賞。

M

-RM

主

V

N

圖4.1-3施工監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理與控制

眾所周知，傳感器信號自傳感器產(chǎn)生開始，到進(jìn)入最終的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要經(jīng)過A/D

轉(zhuǎn)換、傳輸、采集、存儲以及處理等多個(gè)階段，在這個(gè)過程中不可避免地會受到各種外部

噪聲、系統(tǒng)誤差等的影響，并且由于其他原因，傳感器本身有可能產(chǎn)生不正確的信號，因

此，在這個(gè)過程中需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種必要的處理以保證最終數(shù)據(jù)的正確性。圖4.1-4為

數(shù)據(jù)處理的具體流程。下面對各部分逐一詳述。

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

圖4.1-4數(shù)據(jù)處理與存儲流程

1）異常數(shù)據(jù)判斷分析

由于各種惡劣天氣、空氣濕度、雷電以及過往各種車輛等外界因素的影響，傳感器子

系統(tǒng)及其后續(xù)的硬件傳輸采集系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不可避免地會出現(xiàn)各種異常的工作狀態(tài)，

甚至出現(xiàn)故障，這些現(xiàn)象反應(yīng)在計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)上，就有可能出現(xiàn)諸如異常峰值、異常

波動(dòng)、信號微弱、信號超出測量范圍以及無信號等現(xiàn)象，但這種情況下也不能排除此類現(xiàn)

象為傳感器對外界荷載的真實(shí)反應(yīng)，因此，在數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，進(jìn)行存儲和處理之前，

首先需要通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的作用為，對短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生的異常數(shù)

據(jù)進(jìn)行報(bào)警，要求現(xiàn)場技術(shù)人員對查看現(xiàn)場狀況，檢查傳感器的工作狀態(tài)以及相應(yīng)傳輸線

路和數(shù)據(jù)采集硬件的工作狀態(tài)，但采集系統(tǒng)仍正常工作。在此過程中，對偶然的，瞬時(shí)的

異常數(shù)據(jù)一般不作處理和存儲。通過這種機(jī)制可以極大縮小發(fā)現(xiàn)和處理問題的時(shí)間，最大

限度的減少損失，對整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

2）數(shù)據(jù)濾波去噪方法

首先，在信號傳輸?shù)乃兄虚g環(huán)節(jié)中，任何電流的存在都會產(chǎn)生熱噪聲及其他噪聲，

產(chǎn)生信號的傳感器和處理信號的儀器設(shè)備都能將這些噪聲引入信號之中。其次，由于傳感

器受外部環(huán)境干擾源類型多而復(fù)雜，如交流電源及其諧波干擾，雷電、無線電等的射頻干

擾、電臺電視臺的信號干擾等等，因此，在數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫之前需要進(jìn)行去除噪聲預(yù)處理。

通常情況下噪聲可分為以下幾種：（1）白噪聲：白噪聲，白噪聲在所有場合下功率譜

均是平坦的，但其幅值分布并不明確，任一白噪聲函數(shù)的總功率與其自功率譜存在固定關(guān)

系，白噪聲還可細(xì)分為高斯白噪聲和均勻白噪聲。高斯白噪聲最常見來源于電子儀器熱噪

聲，其產(chǎn)生是不可避免的。（2）有色噪聲：對統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的白噪聲進(jìn)行濾波，所得到的功率

頻譜的形狀是由濾波器的傳遞函數(shù)來決定的，一般地說，數(shù)字濾波算法產(chǎn)生的樣本與白噪

聲樣本不同，它所產(chǎn)生的樣本是相關(guān)的，具有非白色的頻譜。低頻成分較為豐富的稱為紅

色噪聲，高頻成分較為豐富的稱為藍(lán)色噪聲。（3）脈沖噪聲：脈沖噪聲（即突發(fā)噪聲）是

突然發(fā)生的一種噪聲，如雷電，電火花等，其能量在時(shí)間上比較集中，它在數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)上的

分布規(guī)律比較復(fù)雜。這種噪聲無論在數(shù)學(xué)描述或測量上均有困難，它不像高斯噪聲那樣為

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

我們所認(rèn)識，但這卻是儀器儀表使用中常見的一種噪聲。其他常見的還有諸如窄帶隨機(jī)噪

聲與寬帶隨機(jī)噪聲等類型。從信號處理的角度來說，一方面由于噪聲是一個(gè)隨機(jī)過程，在

這個(gè)過程中不管噪聲已被觀察了多少時(shí)間，都無法確定地推斷出它的未來的瞬時(shí)值。另一

方面，由于噪聲能夠用統(tǒng)計(jì)的方法加以描述，因而在某種程度上可以將混雜在有用信號中

的噪聲去除，或者說將信號從噪聲中提取出來。分析信號特征以便去除噪聲或進(jìn)行其他后

續(xù)分析，通?？梢酝ㄟ^時(shí)域處理或頻域處理來實(shí)現(xiàn)。在時(shí)域和頻域里的信號處理主要包括

以下內(nèi)容：（1）譜分析和譜估計(jì)，用于分析頻譜特征；（2）濾波，用來提取頻譜感興趣的

部分；（3）采樣數(shù)據(jù)的抽取和內(nèi)查；（4）信號的相關(guān)分析。在信號處理領(lǐng)域中，以上各部

分都有著密切的關(guān)系。其中，濾波技術(shù)常用來從噪聲中提取感興趣的信號，也可用來阻擋

或允許信號中某些頻率分量的通過。根據(jù)所要濾除的頻率范圍來分，濾波器可以分為低通

濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器，我們可以根據(jù)所感興趣的信號的特征來

決定使用何種類型的濾波器。

在本系統(tǒng)中，信號的濾波和去噪均通過硬件方式實(shí)現(xiàn)，即主要采用濾波器，加速度傳

感器和風(fēng)速儀的數(shù)據(jù)應(yīng)該硬件濾波后，再進(jìn)入A/D卡，進(jìn)一步進(jìn)行錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的判斷等，最

后存入數(shù)據(jù)庫中。

4.1.4結(jié)構(gòu)性能評估系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)性能評估系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分。結(jié)合設(shè)計(jì)單位提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信

息、分析模型和監(jiān)測系統(tǒng)獲得的實(shí)測監(jiān)測信息，系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行綜合的精細(xì)化結(jié)構(gòu)特性分

析、結(jié)構(gòu)響應(yīng)預(yù)測、結(jié)構(gòu)參數(shù)及損傷識別、結(jié)構(gòu)性能評估及分析結(jié)果可視化。

結(jié)構(gòu)性能評估系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)及設(shè)備可靠先進(jìn)，能詳細(xì)分析原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對

結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行評估，評估方案及評估成果完備、詳盡。

結(jié)構(gòu)性能評估系統(tǒng)的具體內(nèi)容請見第8章。

4.2監(jiān)測系統(tǒng)功能

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)如下功能目標(biāo)：

?能夠?qū)Y(jié)構(gòu)使用過程中的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、氣壓等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步監(jiān)測；

?能夠?qū)Y(jié)構(gòu)使用過程中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件局部應(yīng)變、結(jié)構(gòu)樓層加速度響應(yīng)、結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)

致位移狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測;

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

?能夠?qū)Y(jié)構(gòu)使用過程中的地震動(dòng)及結(jié)構(gòu)的局部風(fēng)壓進(jìn)行實(shí)時(shí)同步監(jiān)測；

?可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性監(jiān)測和狀態(tài)識別，得到結(jié)構(gòu)自振頻率、振型、阻尼比等；

?能夠?qū)Y(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)過程中的工作狀態(tài)進(jìn)行同步監(jiān)測記錄，并實(shí)時(shí)顯示；

?能夠?qū)Y(jié)構(gòu)使用過程中的應(yīng)力超界、振動(dòng)幅值超界進(jìn)行報(bào)警；

?能夠?qū)Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的動(dòng)力特性改變進(jìn)行報(bào)警；

?能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)響應(yīng)狀況連續(xù)穩(wěn)定的監(jiān)測；

?具備數(shù)據(jù)挖掘功能，可對大量數(shù)據(jù)集進(jìn)行尋找和分析，提取和校驗(yàn)數(shù)據(jù)、創(chuàng)建與調(diào)

試模型、對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢以及維護(hù)數(shù)據(jù)挖掘模型的有效性；

?中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理功能（存儲、打印、顯示等）。

5.健康監(jiān)測內(nèi)容

武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測主要包括兩個(gè)階段工作：施工過程的監(jiān)測和運(yùn)營階

段監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容主要包括：地震作用監(jiān)測、風(fēng)荷載監(jiān)測、位移監(jiān)測、加速度監(jiān)測、溫度

監(jiān)測、應(yīng)變監(jiān)測、標(biāo)高監(jiān)測、傾斜監(jiān)測和沉降監(jiān)測。

5.1荷載及作用監(jiān)測

5.1.1地震作用監(jiān)測

通過在塔樓設(shè)置兩臺強(qiáng)震儀獲得塔樓的平動(dòng)地震動(dòng)輸入，以進(jìn)行地震作用監(jiān)測。一臺

強(qiáng)震儀放置于塔樓基礎(chǔ)大底板的中央，一臺強(qiáng)震儀放置在主體結(jié)構(gòu)頂層的中心，用于自動(dòng)

記錄地震在基礎(chǔ)以及塔樓頂部的三個(gè)分量上的振動(dòng)。第三臺強(qiáng)震儀可放在周邊的自由場上。

如果該地區(qū)自由場上已布置強(qiáng)震儀，且可以根據(jù)需求提取得到數(shù)據(jù)，可以考慮共用自

由場的強(qiáng)震儀，這樣可以合理利用資源。地震作用監(jiān)測應(yīng)與結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)監(jiān)測相結(jié)合，

以建立起有效的荷載-響應(yīng)關(guān)系，以及地震作用后結(jié)構(gòu)的損傷識別及健康性態(tài)評估。

5.1.2風(fēng)荷載監(jiān)測

布置風(fēng)速監(jiān)測傳感器獲得塔樓頂部不同方向的來流風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。至少共配備2臺

風(fēng)速儀（一臺機(jī)械式，一臺超聲式）進(jìn)行風(fēng)速的監(jiān)測。在建筑立面，應(yīng)考慮沿建筑高度方

向均勻設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的風(fēng)壓測量裝置。風(fēng)荷載監(jiān)測應(yīng)與結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)監(jiān)測相結(jié)合，以建

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

立起有效的荷載-響應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)施工過程的結(jié)構(gòu)應(yīng)有姿態(tài)判別、強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害的預(yù)警，以及風(fēng)

荷載作用下結(jié)構(gòu)的損傷識別及性態(tài)評估。

5.1.3溫度監(jiān)測

觀測塔樓環(huán)境的溫度變化，包括日溫度變化和季節(jié)溫度變化。沿建筑物立面高度設(shè)置

5個(gè)測量區(qū)，用以測量不同建筑高度的溫度分布與變化；并且測點(diǎn)沿建筑的平面四周布置，

用以測量不同建筑立面情況下的溫度分布與變化。

5.2結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測

5.2.1位移監(jiān)測

結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測擬在塔樓主體結(jié)構(gòu)的中心布置二個(gè)全球定位系統(tǒng)（GPS）。用于監(jiān)測主體

結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載以及可能產(chǎn)生的地震作用下的水平位移絕對值。沿塔樓高度方向，在關(guān)鍵樓

層處布置傾角儀，用于監(jiān)測房屋中心點(diǎn)處的水平位移，因此應(yīng)布置在核心筒連續(xù)的豎向墻

體上。同時(shí)結(jié)合加速度儀的布置，可以得到結(jié)構(gòu)整體的實(shí)時(shí)響應(yīng)，實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)的整體性

狀。

5.2.2加速度監(jiān)測

結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是反映結(jié)構(gòu)性狀的一個(gè)最重要、最直接的性能指標(biāo)。在關(guān)鍵樓層布置加

速度儀不僅可以獲得結(jié)構(gòu)的自振周期、頻率以及阻尼，而且可以實(shí)時(shí)記錄結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載、

地震荷載作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。對于超高層建筑，前5階反應(yīng)及前15階模態(tài)是最為重要的。

因此，動(dòng)力響應(yīng)傳感器數(shù)量及布置應(yīng)能獲取使用階段狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的前五階X向平動(dòng)、Y向

平動(dòng)和前三階扭轉(zhuǎn)，不少于15階模態(tài)的周期、振型和阻尼比。

5.2.3應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

測量塔樓關(guān)鍵構(gòu)件的應(yīng)變，關(guān)鍵構(gòu)件包括：

1）伸臂桁架和環(huán)帶桁架的關(guān)鍵部位的上弦、下弦和斜腹桿

2）典型層巨柱的鋼骨、鋼筋和混凝土，交叉斜撐與巨柱相連的應(yīng)力復(fù)雜部位

3）典型層核心筒的角部暗柱、核心筒內(nèi)埋鋼板和混凝土的關(guān)鍵部位

4）典型層的角部暗柱鋼骨、墻身鋼筋和混凝土

5）巨柱間的交叉斜撐

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

6）特殊樓層的水平桁架、梁

7）穹拱及塔冠鋼結(jié)構(gòu)

5.3結(jié)構(gòu)及構(gòu)件狀態(tài)監(jiān)測

5.3.1標(biāo)高監(jiān)測

在施工階段，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償技術(shù)修正建筑的初始樓面標(biāo)高，使得最終的樓面標(biāo)高

與設(shè)計(jì)標(biāo)高相一致，樓面標(biāo)高補(bǔ)償技術(shù)采用預(yù)測的方式進(jìn)行。一方面，通過考慮材料時(shí)變

效應(yīng)的分析技術(shù)預(yù)測包括收縮徐變和基礎(chǔ)沉降的長期變形量，以及結(jié)構(gòu)豎向恒載引起的變

形量，并在施工階段樓面標(biāo)高預(yù)留80%的長期變形量作為標(biāo)高補(bǔ)償；另一方面，通過對樓

層施工時(shí)的樓面標(biāo)高的監(jiān)測，可以獲得當(dāng)前樓面標(biāo)高的實(shí)際值。

5.3.2垂直度監(jiān)測

為準(zhǔn)確了解和控制塔樓的垂直度，應(yīng)對施工各階段塔樓的傾斜度進(jìn)行監(jiān)測；且在布設(shè)

垂直度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)保證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，并選擇代表性的塔樓傾斜度監(jiān)測點(diǎn)。

5.3.3沉降監(jiān)測

為準(zhǔn)確了解和控制塔樓的沉降，各階段應(yīng)對塔樓的沉降進(jìn)行監(jiān)測。

5.4監(jiān)測測點(diǎn)分區(qū)

根據(jù)武漢地區(qū)的累年年各風(fēng)向頻率及其平均風(fēng)速和最大風(fēng)速圖，如圖541,可知，東

北方向的最大風(fēng)速，平均風(fēng)速以及風(fēng)向頻率都較大。而且武漢位于中國的中部，北半球地

區(qū)建筑物南面屬于朝陽面，在監(jiān)測過程中需要考慮到西曬的因素。綜上，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康

監(jiān)測時(shí)，考慮結(jié)構(gòu)的形式，將武漢綠地中心主塔樓的平面劃分為六個(gè)區(qū)，Al、A2、BK

B2、Cl、C2,具體分區(qū)如下圖5.4-2所示。在進(jìn)行測點(diǎn)布置時(shí)，綜合考慮風(fēng)速、風(fēng)向以及

溫度分布等的影響，選擇A1區(qū)為應(yīng)變重點(diǎn)觀測區(qū)，測點(diǎn)盡量完滿，其它分區(qū)適當(dāng)減少測

點(diǎn)；選擇C1區(qū)為溫度分布重點(diǎn)觀測區(qū)，測點(diǎn)盡量布滿，其它分區(qū)適當(dāng)減少測點(diǎn)。

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

武漢(57494)累年年各風(fēng)向頻率及其平均風(fēng)速和最大風(fēng)速

S

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圖5.4-1武漢(57494)累年年各風(fēng)向頻率及其平均風(fēng)速和最大風(fēng)速

圖5.4-2F1?F66層測區(qū)分區(qū)平面布置圖

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武漢綠地中心主塔樓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工程一技術(shù)部分

6.施工過程健康監(jiān)測

6.1結(jié)構(gòu)施工過程分析

6.1.1目的

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論是針對已建成的完整結(jié)構(gòu)，一次性的施加運(yùn)營階段的各種可能的

荷載，在此基礎(chǔ)上完成結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的驗(yàn)算。多數(shù)情況下，這種方法未考慮施工過程中結(jié)構(gòu)

的安全性以及施工過程中結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力的發(fā)展演變歷程。因此，依據(jù)武漢綠地中心主塔

樓結(jié)構(gòu)的具體施工方案進(jìn)行施工過程的模擬分析就顯得非常必要。

1）確保施工過程結(jié)構(gòu)的安全可控，為制定合理的結(jié)構(gòu)施工方案提供理論佐證

施工過程中結(jié)構(gòu)的形體構(gòu)成、邊界條件、外部荷載等均在不斷的發(fā)生變化，與傳統(tǒng)結(jié)

構(gòu)設(shè)計(jì)所描述的結(jié)構(gòu)狀態(tài)不完全一致，甚至差異顯著。因此，施工過程的模擬分析成為對

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的補(bǔ)充，根據(jù)模擬分析結(jié)果可以評價(jià)施工方案，保證施工過程的安全、可控，

實(shí)現(xiàn)竣工結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求的目的。

2）與監(jiān)測結(jié)果相互印證、評估施工過程中的結(jié)構(gòu)性狀

監(jiān)測關(guān)注的是當(dāng)前結(jié)構(gòu)的實(shí)際現(xiàn)狀。結(jié)構(gòu)施工過程的模擬分析可以預(yù)測結(jié)構(gòu)施工過程

中的受力狀態(tài)和幾何形態(tài)，該理論分析結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)指明了結(jié)構(gòu)應(yīng)有的狀態(tài)，與監(jiān)測結(jié)果

進(jìn)行對比、印證，就可以更全面、準(zhǔn)確的評估結(jié)構(gòu)的當(dāng)前性狀。當(dāng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與應(yīng)有

狀態(tài)出現(xiàn)偏差時(shí)，經(jīng)過偏差分析可以確定預(yù)期應(yīng)調(diào)整的方向。

3）預(yù)測結(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律，采取工程措施保證竣工結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求

塔樓結(jié)構(gòu)在施工過程中會受到各種因素（如溫度、風(fēng)荷載、施工荷載以及混凝土收縮

徐變等）的影響，特別是當(dāng)塔樓建造到一定高度時(shí)，這種影響累積的結(jié)構(gòu)位移會給結(jié)構(gòu)初

始安裝姿態(tài)的確定帶來困難，即構(gòu)件的放樣、制作將非常復(fù)雜。此外，不同區(qū)域結(jié)構(gòu)變形

的差異會使相關(guān)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安裝內(nèi)力，這種安裝內(nèi)力也會為未來運(yùn)營期的結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。

通過施工過程的模擬分析，預(yù)測結(jié)構(gòu)的位形及內(nèi)力響應(yīng)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，采取工程措施

使竣工結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)和內(nèi)力狀況最大限度地逼近設(shè)計(jì)要求。

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6.1.2方法

結(jié)構(gòu)施工過程的模擬分析首先要應(yīng)用非線性有限元工具（如ANSYS、ABAQUS等）、

依據(jù)設(shè)計(jì)資料建立精確的有限元模型，然后再根據(jù)具體的施工組織設(shè)計(jì)，制定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)

計(jì)算方案，借助多步驟分析、單元生死等功能，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝（或拆除）、施工荷

載的變化、結(jié)構(gòu)邊界的轉(zhuǎn)換等過程的模擬，從而預(yù)測施工過程中結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力響應(yīng)。

6.2施工過程監(jiān)測的內(nèi)容

1）風(fēng)荷載監(jiān)測

包括兩部分內(nèi)容，其一是指塔樓頂部在結(jié)構(gòu)主體封頂至施工結(jié)束工程竣工階段，針對

建筑物所承受風(fēng)荷載作用的監(jiān)測。其二是指塔樓某部分在該部分施工結(jié)束至工程竣工期間

內(nèi)該部分建筑物在承受外部風(fēng)荷載作用下的表面風(fēng)壓的監(jiān)測。

2）溫度監(jiān)測

設(shè)置五個(gè)溫度測量層，本項(xiàng)監(jiān)測是指施工全周期內(nèi)，測量層各測量點(diǎn)在該層施工完畢

至工程竣工階段，針對結(jié)構(gòu)表面和結(jié)構(gòu)體內(nèi)溫度變化的監(jiān)測。

3）位移監(jiān)測

是指建筑物各個(gè)關(guān)鍵位移控制點(diǎn)，包括塔體以及塔頂?shù)?，在該關(guān)鍵點(diǎn)施工完畢至全部

結(jié)構(gòu)竣工期間內(nèi)，各施工階段該關(guān)鍵點(diǎn)各向位移的監(jiān)測。此項(xiàng)監(jiān)測采用兩種方法分別進(jìn)行：

GPS以及傾角儀系統(tǒng)。各種方法的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析與融合。

4）加速度監(jiān)測

主要是指結(jié)構(gòu)在竣工投入使用后，各加速度監(jiān)測點(diǎn)隨在結(jié)構(gòu)運(yùn)營期間加速度響應(yīng)的監(jiān)

測。動(dòng)力響應(yīng)傳感器數(shù)量及布置應(yīng)能獲取使用階段不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的X向平動(dòng)、Y向

平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，周期、振型和阻尼比。傳感器類型以加速度計(jì)為主、輔以必要的速度及位移

傳感器作為校核。

5）應(yīng)變監(jiān)測

是指施工全周期內(nèi)，測量層各監(jiān)測點(diǎn)在該層施工完畢至工程竣工階段，針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件

隨施工過程應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測。

6）標(biāo)高監(jiān)測

是指施工全周期內(nèi)，針對塔體各層各關(guān)鍵點(diǎn)隨施工過程結(jié)構(gòu)標(biāo)高的監(jiān)測。

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7）垂直度監(jiān)測

是指施工全周期內(nèi)，針對塔體各關(guān)鍵點(diǎn)隨施工過程垂直度的監(jiān)測。

8）沉降監(jiān)測

是指施工全周期內(nèi)，針對塔樓基礎(chǔ)以及塔體各關(guān)鍵點(diǎn)隨施工過程沉降的監(jiān)測。

6.3施工過程風(fēng)作用監(jiān)測

6.3.1施工過程風(fēng)速監(jiān)測

6.3.1.1簡述

為了獲得結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下響應(yīng)的關(guān)鍵輸入作用，進(jìn)行風(fēng)速的觀測是至關(guān)重要的。施工

階段的風(fēng)速監(jiān)測不僅可以獲得關(guān)鍵大風(fēng)天氣的風(fēng)荷載的輸入，也可以為結(jié)構(gòu)性狀的了解與

結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析提供重要的參數(shù)。

由于風(fēng)速是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)過程，對于風(fēng)速的觀測一般需要了解三個(gè)方向的風(fēng)速輸入,

因此針對風(fēng)速的監(jiān)測擬采用三維超聲風(fēng)向風(fēng)速儀和機(jī)械風(fēng)向風(fēng)速儀。施工階段由于結(jié)構(gòu)高

度在不斷變化之中，因此測點(diǎn)的位置也隨之不斷變化。在有大風(fēng)來臨時(shí)，將測點(diǎn)布置在結(jié)

構(gòu)最高點(diǎn)。

6.3.1.2儀器設(shè)備

超聲風(fēng)速儀選擇GillWindMasterPro型超聲風(fēng)速儀。超聲波風(fēng)速儀的基本原理是利用

超聲波探頭發(fā)射的超聲波信息獲得風(fēng)荷載的相關(guān)信息。超聲波風(fēng)速儀可以測量脈動(dòng)風(fēng)及風(fēng)

的攻角，即可以得到脈動(dòng)風(fēng)的風(fēng)速譜。GillWindMasterpro型超聲風(fēng)速儀是由英國Gill公

司生產(chǎn)，在航空、農(nóng)業(yè)、體育等各個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。我們先后將其應(yīng)用于多個(gè)工程實(shí)

地的三維風(fēng)觀測，其特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、采樣頻率較高、分辨率高。GillWindMasterpro型

超聲風(fēng)速儀外觀如圖6.3-1所示，其主要性能指標(biāo)列于表6.3-1。三維超聲風(fēng)速儀的缺點(diǎn)是

在大雨過程中，出現(xiàn)大量的誤碼，導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。

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圖6.3-lGillWindMasterPro型超聲風(fēng)速儀

表6.3-lGillWindMasterpro超聲風(fēng)速儀主要參數(shù)

分辨率±0.01m/s

1.5%(<20m/s)

風(fēng)速UV精度

3%(20m/s<u<60m/s)

W精度3%

分辨率1°

風(fēng)向±2°(<25m/s)

精度

±4°(25m/s<d<60m/s)

機(jī)械式風(fēng)速儀選擇RMYoung05103,風(fēng)速儀的主要參數(shù)如表6.3-2所示。05103風(fēng)速

儀為美國RMYoung公司生產(chǎn)，傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了儀器的簡單化和輕重量結(jié)構(gòu)，使

用的材料是剛硬的抗紫外熱塑性塑料，不銹鋼以及電鍍鋁。熱塑性塑料可以抵抗來自海洋

空氣環(huán)境和大氣污染的侵蝕。05103風(fēng)速儀不受雨的影響，在大雨過程中能夠正常使用。

05103機(jī)械式風(fēng)速儀的安裝緊鄰超聲風(fēng)速儀，如圖6.3-2所示。

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圖6.3-2安裝在大樓頂部的風(fēng)速儀

表6.3-205103風(fēng)速儀的主要參數(shù)

項(xiàng)目參數(shù)

風(fēng)速范圍0-100m/s

精度±0.3m/s

風(fēng)向0-360

精度±3。

溫度—50?50℃

采樣頻率>10Hz

模擬輸出電流信號

6.3.1.3測點(diǎn)布置

在施工階段，為了保證測試數(shù)據(jù)的精確度，兩種類型的風(fēng)速儀將考慮安裝在施工塔吊

的頂部，獲取大風(fēng)條件下主塔樓所在位置的風(fēng)速、風(fēng)向、湍流度、陣風(fēng)因子、湍流積分尺

度、湍流功率譜等邊界層特性。

6.3.1.4監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率

大風(fēng)的監(jiān)測與其他類型的監(jiān)測不同，只有大風(fēng)來臨時(shí)對風(fēng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測才具有實(shí)際意

義。因此對于施工階段的風(fēng)速監(jiān)測采取有大風(fēng)氣候時(shí)進(jìn)行觀測，并初步以7m/s為風(fēng)速監(jiān)測

的控制風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)。

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6.3.1.5監(jiān)測系統(tǒng)布置

施工期間風(fēng)速儀采用臨時(shí)太陽能電池或蓄電池供電，采用相應(yīng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)

的動(dòng)態(tài)采集。風(fēng)速儀有兩種信號輸出方式，一種為直接電壓輸出，另一種為直接輸出RS

-485數(shù)字信號；由于前者需要外部激勵(lì)電源，因此，本方案采用RS-485總線傳輸方式，

因這種傳輸方式最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)1200m。因此確定風(fēng)速儀的設(shè)置位置距離數(shù)據(jù)采集設(shè)備

的距離不宜超過1200m。

6.3.1.6設(shè)備安裝與布線

設(shè)備的安裝采用臨時(shí)風(fēng)速安裝支架，固定在施工最高位置處。需要在施工位置最高位

置處設(shè)置預(yù)埋件以固定風(fēng)速安裝支架。

6.3.2施工過程風(fēng)壓監(jiān)測

6.3.2.1簡述

結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載，最終以風(fēng)壓的形式作用在結(jié)構(gòu)上，因此針對風(fēng)壓的監(jiān)測具有重要的

意義。施工期間由于玻璃幕墻結(jié)構(gòu)沒有完全施工完畢，因此風(fēng)壓的監(jiān)測只針對已經(jīng)完工的

玻璃幕墻部分進(jìn)行。

6.3.2.2儀器設(shè)備

風(fēng)壓傳感器的性能指標(biāo)主要包括精度、量程、頻響特性、工作環(huán)境和重量。根據(jù)綠地

中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，風(fēng)壓傳感器擬采用Setra268型風(fēng)壓傳感器，此類傳感器具有尺寸小、高

固有頻率、抗震、抗沖擊及寬溫度范圍等特點(diǎn)，是理想的風(fēng)壓實(shí)測產(chǎn)品；傳感器樣式如圖

6.3-3所示，其性能指標(biāo)列于表6.3-30風(fēng)壓傳感器需要粘接在綠地中心大樓的玻璃幕墻上，

直接測量記錄局部風(fēng)壓。圖