复杂建筑结构健康监测的重要性
更新时间:2021-04-10 17:51
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结构健康监测最早应用于大坝、桥梁等大型土木设施,近几年来开始应用于建筑结构。很多工程实例表明:对于有局部损伤的建筑结构,监测数据是最可靠的关于结构性态的直接信息,基于这一信息可以对结构的性能进一步研究和了解,并在此基础上确定后续工作。
1复杂建筑结构建筑设计的特征随着社会经济的发展,全国各地大型公共建筑趋于用复杂的造型引起民众的关注,形态各异的造型势必要依靠极其复杂的结构支撑,其复杂性主要体现在以下几方面:(1)超高近些年,城市摩天指数被不断刷新,超高层建筑虽然极大地解决了城市拥挤问题,但却增加了更多的安全隐患。何谓超高层建筑?《民用建筑设计通则》规定:建筑高度超过100m时,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。(2)平面及竖向不规则《建筑抗震设计规范》中列举了建筑形体及其构件布置的平面、竖向不规则的主要类型,并明确规定:不规则的建筑应按规定采取加强措施;特别不规则的建筑应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;严重不规则的建筑不应采用。(3)造价高为了实现造型独特、形体复杂的建筑设计,结构设计、施工及使用期间的维护等都需要比常规建筑投入更多的人力、机械、新技术、新材料,这些都大大提高了建筑物的造价。
2建筑结构健康监测系统的组成健康监测系统包括下列几部分:传感系统、数据采集和处理系统、通讯系统、监控中心和报警设备。2.1传感器系统传感器系统包含对建筑结构所受外部作用和在外部荷载作用下的效应的实时探测传感技术和器件。结构的内力是反映结构受力情况最直接的参数,跟踪结构在建造和使用阶段的内力变化,是了解结构形态最直接的途径,也是判断结构效应是否符合设计计算预期值的最有效方式。另外,对结构关键部位的应力情况进行监测,可以确保结构的安全性。2.2数据采集及传输系统数据采集与传输系统从传感器读取数据并传输至子站,再由子站传输至中心路由器和服务器,用户或管理单位可通过网络远程读取和显示数据。传感器至子站、子站至路由器的数据传输可采用无线、有线、光纤等方式。2.3数据处理与分析系统数据处理与分析系统承担对监测所获取的结构荷载及其效应数据进行处理与在线分析的功能。2.4结构预警系统结构预警系统可根据数据处理与分析系统的结果,分类分层次显示建筑结构的状态性能。结构的监测数据可分为荷载作用和作用效应两大类,预警系统可对二者是否在设计预期范围内及超出预期值情况进行评分,并依此来评定结构的性态。3建筑结构健康监测的重要性建筑结构检测并非只对“危房”才有必要,如果对建筑结构健康监测意识不强,可能会导致违反相关建设法律法规而引起不必要的处罚,甚至会在建筑结构安全性不满足要求的情况下继续使用而酿成事故。为此,笔者选择常见的两种需要进行建筑结构监测的情形作简单介绍。3.1原建筑结构改变使用要求该情形较为常见,最普遍的就是加层和改变原建筑的使用功能。(1)加层由于城市工业化和商业化的迅速发展,城市建设用地日趋紧张,有些已建成的建筑物已经不能适应日益繁荣的物质、文化需求,使用空间受到限制,需要进一步扩大使用面积。在这种情况下建筑加层堪比雨后春笋。但房屋加层势必增加建筑结构的荷载,为保证原结构受力构件,特别是竖向受力构件和基础满足强度、刚度和稳定性的要求是保障整个建筑结构继续正常使用的根本。这就需要结构检测技术的鉴定,根据鉴定结果对结构某些构件或部位进行加固,从而保证建筑结构的正常使用。(2)改变使用功能改变原建筑的使用功能,即改变其用途。新的用途首先会产生新的荷载。另外,新的使用功能会导致原结构布局的改变,如:拆除或削弱了部分承重构件或改变了承重构件的使用状态。为确保改造后的建筑结构的安全性,对其进行结构检测不容忽视。3.2遭受较大自然灾害或偶然事故对建筑结构影响较大的自然灾害或偶然事故有地震、水灾、火灾、撞击、爆炸等。以震后未损毁的建筑为例,为了解此类建筑的实际性能,就需要利用结构检测技术对其进行整体动力性能的检测和内力检测。通过检测数据与计算结果比较分析,判别结构构件的刚度、内力在震后是否变化,支座有无内部损伤等。以此对需要修复和加固的结构构件和部位进行及时有效地加固处理。
综上所述,为保证复杂高层建筑结构建筑设计的安全性及经济性,除合理的结构设计、科学的施工及正常的使用,对其在施工运营期间进行系统实时地评定与监测,以提升其整体质量,明确其存在的安全隐患,做到有针对性地加固和合理维护,提升复杂建筑结构的整体安全性具有重要作用。
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