1、前言

    近（jìn）年來（lái），我國土木建築快速發展，設計並興建了大量的（de）高層建築（zhù）、電視塔以及大（dà）跨度橋梁等高聳結構物（wù）。例如迪拜塔162層、828米（mǐ）高，世界（jiè）第一高樓；日本東京晴空塔，高（gāo）度為634.0米；廣州塔，又稱“小蠻腰”、高600米（mǐ），小蠻腰（yāo）的最細處在66層；美國紐約世貿中心約541米；台北（běi）101大樓高509米；上海環球金融中心高492m，上海中心大（dà）廈設計高度632m等。在強風、地震和溫度變化等作用下，高聳結構容易產生過大的變形，從（cóng）而危（wēi）及結構安全。此外，超高層建築在安全、環保、節能（néng）等方麵均麵臨很多問題。2007年8月4日，在建的上海環球金融中心發生火災事（shì）故，2009年2月9日晚央視（shì）新（xīn）大樓發生大火等，再次引發了人們對超高層建築（zhù）公共安全的關注。對高聳結構進（jìn）行實時監（jiān）測和（hé）診斷，及時（shí）發現結構損傷，對可（kě）能出現的災害進行預測，被證明是有效的方法。

    2、結構變形監測

    許多高層建築（zhù）在出（chū）現危險之前都常常發生較大的（de）變形，因而（ér）分（fèn）析高層建（jiàn）築變形規律、對高層建築的變化趨勢進行有（yǒu）效預測對高層建築安全監控、確保高層建築安全運營具有重要意（yì）義。高層結構（gòu）的位移監測一般（bān）包括沉降監測、水平位移監測和傾斜變形監（jiān）測，其分析的傳統方法多局限於離散（sàn）監（jiān）測點的（de）位移分（fèn）析。建築（zhù）物變形多為整體變形,是多種（zhǒng）因素的綜合（hé）影響結果，高層建築結構應采取新的監測方式定期的實現結構整體變形狀態的監測（cè）。

    1）施工過程中沉降及水平位移監測

選用徠卡TPS1200係列全站儀，測點分為控製點、後視點和監測點。控製點應建立在穩定區內的地麵上，最好是（shì）同一觀測網中的不同點，具體（tǐ）數量根據（jù）觀測需要而定，坐標可以是以被監測建築物（wù）主軸線建立的（de）局部坐標係下的坐標。後視點（diǎn）應（yīng）選擇（zé）一（yī）個固（gù）定點，並且使得每次觀測的數據具有可比性，且減少日照對後（hòu）視點的影響。監測點（diǎn）應分層設置（zhì）組成監測麵，每（měi）個監測麵的監測點應設在包括角柱在內的混凝土立柱上，且盡量（liàng）設在同一平麵內，其數量應據具體情況而定,多設為宜。

    2）施工過程中結構整體垂直度監測

    《混凝土結構工程施工質量驗收規範》中明確規（guī）定：施工中的高層建（jiàn）築必須進行垂直度（dù）監測，且高層現澆混（hún）凝土結構全高垂直（zhí）度允許偏差不得超過H/1000且≤30mm。

    常用的垂直度監測方（fāng）法主要有三種：吊錘線法、經緯（wěi）儀投測法和（hé）激光鉛垂儀投測法。前兩種方法具有儀器設備簡單、施（shī）工方法簡便的優點，被施工單位（wèi）廣泛采用；但這些方法（fǎ）受外界風力（lì）、場地條件影響較大，精度也較低；激光鉛垂儀投測法的優點是方便、快捷、直觀，對施工場地沒有特（tè）殊的要求，但預留孔洞的大小在施工中不易掌握，在建築（zhù）物上方遮擋物（防護網）較多時也不易使（shǐ）用。隨著高精度全站儀中（zhōng）新技術的出現，比如（rú）帶有無棱鏡測距功能、可以用反射片代替反光鏡等，這些（xiē）技（jì）術提（tí）高了施工過程中結構垂（chuí）直度的監測。

    3、應力應變監測

    通過理論模型計算，歸（guī）納出結構關鍵受（shòu）力杆件以（yǐ）及損傷識別需（xū）要的敏感性杆件進行（háng）應力應變的監測。由於強度是結構安全性的（de）基本條件，若應力應（yīng）變超出了材料的強度極限，結（jié）構一定處在不安全狀態（tài）；另一（yī）方麵，通過（guò）關鍵杆件的應力應變識別可以方便的確定結構的損傷程度。目前常用（yòng）的應力（lì）應（yīng）變傳感器有電阻式、振弦式（shì）、光線光柵式等。

圖1 金屬電阻絲應變片

 圖2 BGK4000型應變計示意圖

    4、結構環境監測

    風荷載是建築的設（shè）計荷載之一,也是（shì）高層建築、高聳結構的主要荷（hé）載之一,曆史（shǐ）上因風（fēng）振造（zào）成的工程結構坍塌事故時有發（fā）生(美（měi）國塔科馬港灣上（shàng）的第一座塔科馬橋就是在竣工四個月後的1940年11月7日毀（huǐ）於68千米/小時的風振)。

高層建築結構的環境監測主要是溫度監測和風荷載的監測。大體積混凝土由（yóu）於其體積龐大，一次性澆（jiāo）築（zhù）量大，工程條件複雜，水（shuǐ）泥放熱速度提高，因而如果施工措施控製不力，極易（yì）產生各種（zhǒng）混凝土結構裂縫，輕者會影響（xiǎng）混（hún）凝土的耐久性，重（chóng）者還會嚴重影響混（hún）凝土的（de）力學性能。因此，對大體積混凝土裂縫進行（háng）有效的預防，成為工程界普遍關注的課題。研究表明，對水泥硬化過程中的溫度進行控（kòng）製，可有效防止（zhǐ）裂縫的發生。

    5、監測係統的建立

   結構（gòu）健康監測是一種新（xīn）的結構（gòu）無損（sǔn）檢測技術，是從實測的結構動（dòng）力效應（yīng）信號中提取結構的參數或與結構參數有關的指標並由此推斷結構的損（sǔn）傷，是傳統結構動（dòng）力學的（de）反問題，是傳感器技術、信號處理技術、結構動力學、概（gài）率統計、自動控製和數據庫等技術的（de）交（jiāo）叉領域。一般包括以下幾個部分。圖3為（wéi）施工過程（chéng）監測（cè）流（liú）程圖。

    （1）傳（chuán）感器係統，包括傳感器元件（jiàn）的選擇和傳感（gǎn）器網絡在結構中的優化布置方（fāng）案（àn）；

    （2）數（shù）據（jù）采集和分析係統，一般包（bāo）括強大的采集儀器和（hé）計算機係（xì）統；

    （3）監控中心，實現診斷功（gōng）能的各種軟硬件，包（bāo）括結構中損傷位置、程度類（lèi）型識別的最佳判據。傳感器監測的實時信號通過信號采集（jí）裝（zhuāng）置送（sòng）到監控（kòng）中心，進行處理和判斷，從而對結構的（de）健康狀態進行評估。

      圖3 施工過程監測流程圖

      5、結（jié）論（lùn）

    結構施工（gōng）過程的健康監測是一個涉及變形、應力、振動、施工環境（jìng）等多方麵因素實時監測、分（fèn）析、判斷（duàn）的過程。我們應根據不同（tóng）過（guò）程的結構（gòu）特點、施工方法及現場環境特點等選擇合適的監（jiān）測方法（fǎ），從（cóng）而準確經濟安全的完成施工過程的安全檢測工作。高層（céng）乃至超高層建築其建設目的是解決居住（zhù）問題，在有限的空間中合理實現最大化的利用，因此我們不能盲目一味的發展高層超高層建築，隨著時代的發展，把更多的精力投入（rù）到高層超高層建築的（de）安全和居住的舒適（shì）性能（néng）上。

    參考文獻：

    [1]熊海貝.超高層結（jié）構（gòu）健康（kāng）監測係統概（gài）述[J].結構（gòu）工程師，2006

    [2]孫鴻敏,李宏男.土木工程（chéng）結構健康監測研究進展[J].防災減災工程學報，2003

    [3]範峰,王化傑等.超高層施工監測（cè）係統的（de）研發與應用[J].建築結構學報，2011

    [4]周耀.地鐵車站結構健康監（jiān）測研究[D].北京：北京交通大學博士（shì）論文，2008