Obtienes la impresión más fuerte del rascacielos del Centro Lakhta cuando lo miras desde abajo, desde los pies hacia arriba y parece que va a algún lugar al infinito celestial. Y justo entonces, y no desde la perspectiva de una ciudad distante, es impresionante desde la altura y el poder. Y en algún lugar en el décimo giro viene el pensamiento: es bueno saber exactamente lo que construyeron de manera sensata y honesta. Y dos veces es bueno que lo tengamos, monitoreando. Desarrollo de programadores domésticos, especialmente para el complejo. Lo mágico es evitar la más mínima posibilidad de malas opciones de desarrollo futuro. Under cat: todo sobre cómo funciona.
Cualquier edificio está expuesto a muchas fuerzas externas. Diferencias en temperatura y humedad, presión del viento, presión de la masa de nieve, heterogeneidad del suelo y su cambio en el tiempo. En los rascacielos con su tamaño, peso y complejidad de diseño, este efecto aumenta muchas veces.
La aparición de deformaciones, zonas de mayor tensión de la estructura, es peligrosa incluso para pequeñas casas de campo, por no hablar de los rascacielos, donde las consecuencias de los cambios inadvertidos en el diseño son incomparablemente más críticas.
Por lo tanto, en todos los edificios modernos de gran altura, se utilizan sistemas de monitoreo de deformación, que implican el uso de una amplia gama de herramientas de control.
La lupa en este juego de herramientas, por supuesto, no está incluida, pero sí muchos sensores. Hay alrededor de 3 mil de ellos en el Centro Lakhta, y están ubicados en todos los elementos estructurales clave de todas las instalaciones del complejo.
El grupo más grande son los extensómetros ubicados en el borde frontal de la defensa de deformación. Estos son uno de los sensores más confiables y duraderos y, por lo tanto, comunes que se utilizan para medir tensiones y tensiones. La cosa es la simplicidad del diseño.
De hecho, una galga extensométrica es solo una pieza de alambre de acero de alta resistencia: una cuerda estirada dentro de un tubo de metal hueco entre dos bloques finales. Cuando la estructura se deforma, la distancia entre los bloques finales cambia, junto con la fuerza de tensión de la cuerda y, en consecuencia, la frecuencia de oscilación. El cambio de estado se convierte en señales digitales, que se transmiten al sistema de monitoreo a través de multiplexores y registradores de datos (registradores de datos).
Las galgas extensométricas están soldadas a vigas metálicas, fundidas en concreto, y la falta de la posibilidad de su mantenimiento se compensa con una reserva múltiple de cantidad. Se instala incluso en minas debajo del campo de pilotes con marcas geodésicas menos 100 m.
ClickableLa señal de cada uno del orden de 2.500 galgas extensométricas Lakhta Center se transmite al sistema de monitoreo, e incluso la falla de las galgas extensométricas individuales, aunque no hay nada especial que romper allí, no afectará particularmente la precisión de la imagen general del estado de la estructura.
ClickableLa información de los extensómetros se acumula una vez por hora y se transmite al servidor una vez cada seis horas. Esto es más que suficiente para un proceso tan lento en la naturaleza como la deformación. Una cuestión completamente diferente de la construcción de vibraciones es el proceso rápido y continuo, y los cambios en las estructuras también se pueden detectar cambiando las características de las vibraciones. Para hacer esto, los puntos de control equipados con acelerómetros: los medidores de vibración se organizan cada pocos pisos de la torre del Centro Lakhta.
El dispositivo es un acelerómetro simple. La carga se fija en un resorte. El amortiguador suprime las vibraciones de carga. Cuanto mayor es la aceleración aparente, más fuerte se deforma el resorte, cambiando el instrumentoSegún las mediciones, se construye la característica de amplitud-frecuencia de los elementos estructurales del edificio, y una desviación de la norma de la frecuencia o amplitud es una señal de que algo salió mal.
Otro tipo de sensores, los inclinómetros, miden el ángulo de inclinación del elemento estructural en el que están instalados.
Se instala un moderno complejo de medición en la torre de la torre del Centro Lakhta. Usando la estación GNSS, la posición de la aguja se rastrea en un sistema de coordenadas bidimensional: el satélite, en términos generales, toma una imagen que la torre dibuja con una aguja, dependiendo de la fuerza y la dirección del viento.
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La estación meteorológica, a su vez, evaluará la dependencia del estado de la estructura en las lecturas de humedad, temperatura, velocidad y dirección del viento.
ClickableUna estación total montada en un arco mide el ángulo de inclinación y la distancia con un láser en un punto de referencia, cuyo desplazamiento en cualquier dirección puede indicar un cambio en la ubicación de la estructura, por ejemplo, debido a la precipitación.
Pero la característica principal del sistema automatizado Lakhta Center para monitorear estructuras de ingeniería no está en la variedad y el número de sensores. Cualquier edificio moderno de gran altura está repleto de sensores, y en Burj Khalifa no son menos. Pero el sistema de análisis de la información proveniente de los medidores en el supertoll de San Petersburgo es realmente único. Se basa en una comparación constante del estado real de los edificios del Centro Lakhta, basada en lecturas de sensores, con valores de deformación pronosticados.
El cálculo del estado de tensión-deformación de las estructuras se realiza sobre la base de un paquete de software certificado para el modelado de estructuras basado en el método de elementos finitos
FEM- modelos de PI Georekonstruktsiya LLC.
El modelo de cálculo de los edificios se crea junto con los cimientos y los cimientos (masa del suelo), ya que las partes subterráneas y aéreas del edificio trabajan juntas, y se afectan mutuamente. Para crear un modelo de cálculo del edificio, los elementos finitos del sistema están dotados de las propiedades de materiales reales con parámetros mecánicos actuales especificados con precisión.
El modelo FEM se construye utilizando el modelo 3D de diseño (BIM), teniendo en cuenta la geometría real del edificio, que se puede ajustar durante la construcción y la operación. Es decir, el modelo BIM original se refina en el modelo interactivo y se hacen las características de los materiales reales de los que está hecho cada elemento: clase de concreto, espesor del piso, sección transversal de la viga, etc.
Vladimir Lukin, jefe del departamento de estructuras de hormigón armado en el Centro Lakhta, supervisa la creación de un proyecto para el sistema de monitoreo del complejo del Centro Lakhta :
- La comparación de los datos de monitoreo con un modelo interactivo de elementos finitos permite controlar los parámetros del modelo, a saber: cambiar el esquema estructural de acuerdo con el curso de la construcción del edificio, cambiar los parámetros de materiales y estructuras de acuerdo con la documentación ejecutiva, cambiar la magnitud de las cargas de acuerdo con la imagen real de la carga de estructuras . Por lo tanto, el modelo de elementos finitos de los edificios se adapta a medida que cambian las condiciones externas y proporciona pronósticos cada vez más cercanos a los valores reales registrados por los sensores de monitoreo.
En función del análisis estructural realizado en el entorno del software, se verifican todas las versiones posibles del desarrollo de deformación. Por lo tanto, se encuentran límites de emergencia de las lecturas del sensor, escenarios y algoritmos de desarrollo de deformación, se desarrollan criterios para evaluar la condición técnica real: estabilidad, vida residual y durabilidad, de acuerdo con las lecturas de los sensores de monitoreo estructural. Los criterios de evaluación incluyen desviaciones absolutas y relativas de las estructuras, tienen en cuenta el comportamiento del edificio en su conjunto.
Dmitry Babichev, Gerente de Proyecto, Compañía Telros :
- Los materiales con los que se construye el edificio siempre difieren de los establecidos en el modelo de diseño. Lo que, a su vez, afecta las desviaciones de las cargas reales de las calculadas. El modelo matemático que se utiliza en el sistema automatizado para monitorear el estado de las estructuras de ingeniería del Centro Lakhta es un modelo de un objeto real. Y en base al análisis de las lecturas del sensor, ya se puede afirmar que este objeto real resultó ser mucho más rígido que el modelo de diseño, y por lo tanto construido con un margen de seguridad más que serio.
Diseño del equipo de medición en un esquema de cálculo tridimensional.El modelo FEM es un verdadero gemelo digital. Lo mismo que, por ejemplo, los gemelos digitales de naves espaciales que usa la NASA para simular situaciones en el espacio. De hecho, allí, la recopilación de información de los sensores mediante telemetría también es la única forma de monitorear la situación, identificar problemas y, habiendo analizado y modelado lo que está sucediendo en el terreno en órbita, buscar posibles formas de resolver problemas.
El sistema de monitoreo de la deformación del Centro Lakhta monitorea la condición de las estructuras de carga en tiempo real con una frecuencia de sondeo de hasta mil lecturas por segundo, acumula estadísticas casi desde el comienzo de la construcción del edificio, monitorea los cambios a medida que aumenta la carga y continúa haciéndolo durante la operación. Además, el sistema puede ser entrenado y, debido a esto, cambiar automáticamente el modelo de construcción teniendo en cuenta las lecturas reales de los sensores.
Cables de los primeros sensores en pilas: se instalaron al comienzo de la construcciónOtra diferencia entre el sistema de monitoreo utilizado en el Centro Lakhta y los análogos en otros rascacielos es la presencia no solo de un límite de emergencia de la deformación de los elementos del edificio, sino también de advertencia. Basado en el mismo modelo matemático, teniendo en cuenta el estado real del edificio, se construye un rango de valores aceptables en el que no hay desviaciones de los indicadores de pronóstico, y un área de advertencia que, desde el punto de vista de SNiP, todavía está lejos de un estado de emergencia, pero ingresarlo ya es una razón para tomar la gestión decisiones
Zona amarilla: desviación de advertencia de los valores pronosticados, rojo: emergenciaA pesar de que todos los datos provenientes de los sensores se analizan automáticamente, las personas toman decisiones. El despachador, al recibir una señal de alarma, informa al oficial de servicio sobre esto, quien realiza una inspección visual, toma una foto adjunta al punto deseado en el sistema y prepara un informe. El ingeniero de diseño analiza este informe y decide volver a calcular el modelo FEM si los motivos del cambio en los parámetros no son críticos y están asociados, por ejemplo, con el asentamiento natural y previsto del edificio. De lo contrario, la notificación será recibida por el ingeniero jefe, que incluso puede decidir sobre la evacuación. Pero, teniendo en cuenta el margen de seguridad del Centro Lakhta, el desarrollo de tal escenario requiere una acción externa al nivel de un terremoto de seis magnitudes. Una señal de acercarse al límite de emergencia del desarrollo de deformación se transmite automáticamente al Ministerio de Emergencias.