Você tem a impressão mais forte do arranha-céu de Lakhta Center quando o olha de baixo para cima e parece que está indo para algum lugar no infinito celestial. E só então, e não de perspectivas distantes da cidade, é de tirar o fôlego de altura e poder. E em algum momento da décima volta vem o pensamento - é bom saber exatamente o que eles construíram de maneira sensata e honesta. E duas vezes é bom que tenhamos, monitorando. Desenvolvimento de programadores domésticos, especialmente para o complexo. O mais mágico é evitar a menor possibilidade de más opções de desenvolvimento futuro. Sob gato - tudo sobre como ele funciona.
Qualquer edifício está exposto a muitas forças externas. Diferenças de temperatura e umidade, pressão do vento, pressão da massa de neve, heterogeneidade do solo e sua mudança ao longo do tempo. Em arranha-céus com tamanho, peso e complexidade de design, esse efeito aumenta muitas vezes.
A ocorrência de deformações, zonas de maior estresse da estrutura é perigosa mesmo para pequenas casas de campo, para não dizer arranha-céus, onde as conseqüências de mudanças despercebidas no design são incomparavelmente mais críticas.
Portanto, em todos os arranha-céus modernos, são utilizados sistemas de monitoramento de deformação, envolvendo o uso de toda uma gama de ferramentas de controle.
A lente de aumento neste kit de ferramentas, obviamente, não está incluída, mas muitos sensores estão incluídos. Existem cerca de 3 mil deles no Centro Lakhta, e eles estão localizados em todos os principais elementos estruturais de todas as instalações do complexo.
O maior grupo são os extensômetros localizados na borda frontal da defesa contra deformação. Estes são um dos sensores mais confiáveis e duráveis e, portanto, comuns, usados para medir tensões e tensões. O problema é a simplicidade do design.
De fato, um extensômetro é apenas um pedaço de fio de aço de alta resistência - uma corda esticada dentro de um tubo de metal oco entre dois blocos de extremidade. Quando a estrutura é deformada, a distância entre os blocos finais muda, juntamente com a força de tensão da corda e, consequentemente, a frequência de oscilação. A mudança de estado é convertida em sinais digitais, que são transmitidos ao sistema de monitoramento por meio de multiplexadores e registradores de dados (registradores de dados).
Os extensômetros são soldados a vigas metálicas, moldados em concreto, e a falta da possibilidade de sua manutenção é compensada por uma reserva múltipla de quantidade. É instalado mesmo em minas abaixo do campo de estacas com marcas geodésicas menos 100 m.
ClicávelO sinal de cada um dos 2.500 strain gauges da Lakhta Center é transmitido ao sistema de monitoramento, e mesmo a falha de strain gauges individuais - embora não haja nada especial para quebrar - não afetará particularmente a precisão da imagem geral do estado da estrutura.
ClicávelAs informações dos extensômetros são acumuladas uma vez por hora e transmitidas ao servidor a cada seis horas. Isso é mais do que suficiente para um processo de natureza tão lento quanto a deformação. Uma questão completamente diferente de criar vibrações é o processo rápido e contínuo, e as mudanças nas estruturas também podem ser detectadas alterando as características das vibrações. Para fazer isso, pontos de verificação equipados com acelerômetros - medidores de vibração são organizados a cada poucos andares da torre do Lakhta Center.
O dispositivo é um acelerômetro simples. A carga é fixada em uma mola. O amortecedor suprime vibrações de carga. Quanto maior a aceleração aparente, mais forte a mola é deformada, alterando o instrumentoCom base nas medições, é construída a característica de amplitude-frequência dos elementos estruturais do edifício, e um desvio da norma de frequência ou amplitude é um sinal de que algo deu errado.
Outro tipo de sensores - os inclinômetros - medem o ângulo de inclinação do elemento estrutural no qual estão instalados.
Um moderno complexo de medição é instalado no pináculo da torre do Lakhta Center. Usando a estação GNSS, a posição da torre é rastreada em um sistema de coordenadas bidimensional: o satélite, grosso modo, tira uma foto que a torre desenha com uma torre, dependendo da força e direção do vento.
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A estação meteorológica, por sua vez, avaliará a dependência do estado da estrutura nas leituras de umidade, temperatura, velocidade e direção do vento.
ClicávelUma estação total montada em um arco mede o ângulo de inclinação e a distância com um laser em um ponto de referência, cujo deslocamento em qualquer direção pode indicar uma alteração na localização da estrutura, por exemplo, devido à precipitação.
Mas a principal característica do sistema automatizado Lakhta Center para monitorar estruturas de engenharia não está na variedade e no número de sensores. Qualquer arranha-céu moderno está repleto de sensores e, no Burj Khalifa, eles não são menos. Mas o sistema de análise das informações provenientes dos medidores no supertoll de São Petersburgo é realmente único. Baseia-se em uma comparação constante do estado real dos edifícios do Centro de Lakhta, com base nas leituras dos sensores, com valores de deformação previstos.
O cálculo do estado de tensão-deformação das estruturas é realizado com base em um pacote de software certificado para modelagem de estruturas com base no método
FEM - modelos de elementos finitos da PI Georekonstruktsiya LLC.
O modelo de cálculo dos edifícios é criado juntamente com a fundação e a fundação (massa do solo), uma vez que as partes subterrâneas e acima do solo do edifício trabalham juntas, afetando-se mutuamente. Para criar um modelo de cálculo do edifício, os elementos finitos do sistema são dotados de propriedades de materiais reais com parâmetros mecânicos atuais precisamente especificados.
O modelo FEM é construído usando o modelo 3D de design (BIM), levando em consideração a geometria real do edifício, que pode ser ajustada durante a construção e operação. Ou seja, o modelo BIM original é refinado no modelo interativo e as características dos materiais reais dos quais cada elemento é feito são feitas - classe de concreto, espessura do piso, seção transversal da viga, etc.
Vladimir Lukin, chefe do departamento de estruturas de concreto armado do Centro Lakhta, supervisiona a criação de um projeto para o sistema de monitoramento do complexo do Centro Lakhta :
- A comparação dos dados de monitoramento com um modelo interativo de elementos finitos permite controlar os parâmetros do modelo, a saber: alterar o esquema estrutural de acordo com o curso da construção do edifício, alterar os parâmetros de materiais e estruturas de acordo com a documentação executiva, alterar a magnitude das cargas de acordo com a imagem real do carregamento de estruturas . Assim, o modelo de elementos finitos dos edifícios se adapta à medida que as condições externas mudam e fornece previsões cada vez mais próximas dos valores reais registrados pelos sensores de monitoramento.
Com base na análise estrutural realizada no ambiente de software, todas as versões possíveis do desenvolvimento da deformação são verificadas. Assim, são encontrados limites de emergência das leituras dos sensores, cenários e algoritmos de desenvolvimento de deformação, critérios são desenvolvidos para avaliar a condição técnica real - estabilidade, vida útil e durabilidade residuais, de acordo com as leituras dos sensores de monitoramento estrutural. Os critérios de avaliação incluem desvios absolutos e relativos das estruturas, levam em consideração o comportamento do edifício como um todo.
Dmitry Babichev, Gerente de Projetos, Telros Company :
- Os materiais a partir dos quais o edifício é construído sempre diferem daqueles estabelecidos no modelo de projeto. O que, por sua vez, afeta os desvios das cargas reais em relação às calculadas. O modelo matemático usado no sistema automatizado para monitorar o estado das estruturas de engenharia do Lakhta Center é um modelo de um objeto real. E com base na análise das leituras dos sensores, já é possível afirmar que esse objeto real acabou sendo muito mais rígido que o modelo de design e, portanto, construído com mais do que uma margem séria de segurança.
Layout do equipamento de medição em um esquema de cálculo tridimensionalO modelo FEM é um verdadeiro gêmeo digital. O mesmo que, por exemplo, os gêmeos digitais de naves espaciais que a NASA usa para simular situações no espaço. De fato, lá, coletar informações de sensores usando telemetria também é a única maneira de monitorar a situação, identificar problemas e, depois de analisar e modelar o que está acontecendo em órbita, procurar maneiras possíveis de solucionar problemas.
O sistema de monitoramento de deformação do Lakhta Center monitora a condição das estruturas de suporte de carga em tempo real com uma frequência de pesquisa de até mil leituras por segundo, acumula estatísticas quase desde o início da construção do edifício, monitora as alterações à medida que a carga aumenta e continua a fazê-lo durante a operação. Além disso, o sistema pode ser treinado e, por isso, alterar automaticamente o modelo do edifício, levando em consideração as leituras reais dos sensores.
Fios dos primeiros sensores em pilhas - eles foram instalados no início da construçãoOutra diferença entre o sistema de monitoramento usado no Centro de Lakhta e os análogos de outros arranha-céus é a presença não apenas de um limite de emergência da deformação dos elementos do edifício, mas também de um aviso. Com base no mesmo modelo matemático, levando em consideração o estado real do edifício, é construída uma faixa de valores aceitáveis, nos quais não há desvios em relação aos indicadores de previsão, e uma área de alerta, que, do ponto de vista do SNiP, ainda está longe de ser um estado de emergência, mas entrar nele já é uma razão para assumir responsabilidades gerenciais. decisões.
Zona amarela - desvio de aviso dos valores previstos, vermelho - emergênciaApesar do fato de que todos os dados provenientes dos sensores são analisados automaticamente, as pessoas tomam decisões. O despachante, ao receber um sinal de alarme, informa o oficial de serviço sobre isso, que realiza uma inspeção visual, tira uma foto anexada ao ponto desejado no sistema e prepara um relatório. Este relatório é analisado pelo engenheiro de projeto e decide recalcular o modelo FEM se as razões para a alteração nos parâmetros não forem críticas e estiverem associadas, por exemplo, ao assentamento natural e previsto do edifício. Caso contrário, a notificação será recebida pelo engenheiro-chefe, que pode até decidir sobre a evacuação. Mas, levando em consideração a margem de segurança do Centro de Lakhta, o desenvolvimento de um cenário como esse requer ação externa no nível de um terremoto de seis magnitude. Um sinal de aproximação do limite de emergência do desenvolvimento da deformação é automaticamente transmitido ao Ministério de Emergências.