赛格大厦晃动引申思考：结构健康监测在高层建筑上的应用

据相关专家解读，通常高层建筑在特殊外部环境（例如强风）作用下会产生比较大的一个振动，但是实际上这个振动不会引起结构的安全问题，这个振动是风的脉动成分激励起工程结构的一个强迫振动的效果。

而赛格大厦出现的情况是不常见的，它是高阶振型被激发起来，而不像一般的大楼的振动，都是低阶振型更容易激发起来。一些超高层大楼的第一振型的周期大约都在5秒到8秒左右，所以如果是很缓慢的一个振动，主要是低阶振型的一个振动。而赛格表现出来的是比较高的一个频率的振动，频率大约是在2Hz左右，所以对应着应该是高阶振型被激发，这是高层建筑的两种主要形态。

经省市专家研判，初步认为造成震颤的原因是多种因素耦合，主要是风的影响，还有地铁运行（两条地铁从楼下经过）和温度的影响（近两天气温升高，温差达8度，对钢结构影响大）。

5月25日，专业机构对赛格大厦的房屋沉降、倾斜率、加速度等情况持续进行实时监测。专家组表示，截至当天中午各项监测数据正常，未超出相应标准要求。

这个事件出现之后，因为不能及时获取第一手结构振动的具体数据，使得相应的数据分析存在一定的困难，对外发布相关信息的时候缺少第一手的资料。同时专家也建议“今后对一些重点工程还是应该要建立他们的监测系统，针对不同的工程对象，它的监测系统可以简单，也可以稍微复杂一些，只是要把一些关键的一些参量能够进行实时监测”。

该监测系统就是指结构健康监测系统，主要是由一批强震仪组成的结构台阵，再加上应变、位移、倾斜、环境等多种传感器组成的一整套健康诊断系统。

结构健康监测是一种监测结构状态和性能而不影响结构本身的方法。结构健康监测利用安装在结构上的若干类型传感器来检测超过允许的性能标准，以及识别和验证结构行为。

我们可以从结构健康监测系统中获取哪些第一手结构振动的数据？这些数据是如何帮助我们分析结构可靠性的？

响应谱分析是计算结构在瞬态激励下峰值响应的近似算法，它是模态分析的扩展。响应谱分析的应用非常广泛，最典型的应用是土木行业的地震响应谱分析，响应谱分析是地震分析的标准分析方法，被应用到各种结构的地震分析中，如大坝、电站、桥梁、房屋建筑等。任何受到地震或其它振动荷载的结构或部件均可以用响应谱分析来进行校核。

工程结构中的一些性能参数，如果超出设计范围，或一定限制，就会对结构造成损伤，如：

上述两种方法，可以有效评估结构的健康情况，及时发现潜在风险，并通过监测软件可以实现自动报警。但是无论是哪种方法，都需要利用安装在结构上的若干加速度传感器来检测超过允许的性能参数，也就是我们常说的结构健康监测(SHM-Structural Health Monitoring)。

在正常使用的条件下，结构性能和健康情况是随着时间推移而逐步降低。当遭遇非正常的外在影响，如地震、拆改房屋、超重使用、相邻建筑工地施工等情况，可能就会对结构造成一定程度的损伤，而影响其可靠性和使用寿命。这些损伤有些是肉眼可见的，有些却是不可见的，而结构健康监测系统可以帮助我们及时评估损伤的范围及程度。在损伤出现的早期就可以及时采取维修/补救措施，保障生命和财产的安全。

从经济角度来讲，在工程结构出现较小损伤时，及时发现并进行维护和处理，能够有效提升使用年限，降低维修费用。

建筑结构的可靠性问题不仅仅存在于正常使用阶段，也普遍存在于建筑结构的整个生命周期，即设计→施工→维护→拆卸→再利用各个环节。因此，需要从结构全寿命的角度考虑结构的安全性、适用性、耐久性，改变长期以来人们重设计轻维护的思想，有利于结构可靠性的提高。

对于建筑结构，其运动方向主要为X轴平移、Y轴平移和X-Y扭转。

在监测过程中，主要采用单轴/双轴/三轴加速度传感器，配合布线及数据采集系统，对建筑结构的平移、扭转、层间位移及反应谱等参数进行监测。

这种采用CAT5e网线布设加速度传感器的监测方法，能够最大限度的减少对既有建筑的影响，安装简单、布设方便。

在这个案例中，可以考虑在每层楼安装传感器，也可以考虑每隔几层楼安装传感器。建筑物的大小和形状将影响需要多少传感器及其位置。衡量结构的变化有多种方法，每个结构都有自己独特的需求。不同的传感器安装在整个建筑的不同关键位置。

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