田雪

摘要：本文在闡述對大型建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測的必要性的基礎(chǔ)上，分析了大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的構(gòu)成，并通過案例對基于監(jiān)測的建筑結(jié)構(gòu)性態(tài)開展了研究和探討，以期進(jìn)一步提高對建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測的認(rèn)識(shí)，確保大型建筑的質(zhì)量和安全，同時(shí)為中職學(xué)校建筑工程教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：大型建筑結(jié)構(gòu) 健康監(jiān)測 案例分析 建筑工程教學(xué)

中圖分類號(hào)：TU317 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5349（2016）15-0243-02

在我國建設(shè)中國特色社會(huì)主義事業(yè)的進(jìn)程中，國民經(jīng)濟(jì)水平快速提升，國家文明形象越來越有影響力，尤其以城市現(xiàn)代化建設(shè)的成就而彰顯，高樓大廈林立，具有城市標(biāo)志性的大型建筑物從大城市到中小城市甚至到縣級(jí)城市都已經(jīng)不足為奇。而且就目前來說，城市建設(shè)的規(guī)模還在擴(kuò)大，大型建筑物還在一批又一批的拔地而起，成為城市建設(shè)和城市現(xiàn)代化的一道亮麗的風(fēng)景線。不言而喻，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市現(xiàn)代化進(jìn)程的步伐加快，國人對大型建筑的需求旺盛，特別是大型建筑在人們的眼中已經(jīng)成為了城市形象和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的代表，即便選擇為家居購置住處，也都不再稀罕曾經(jīng)的低矮樓房，都在瞄準(zhǔn)具有大都市品位的摩天大樓和以大型建筑物成片構(gòu)成的具有現(xiàn)代化水準(zhǔn)的家居環(huán)境。然而隨著大型建筑的不斷增建和增多，潛在的安全問題也隨之增加。因?yàn)榇笮徒ㄖY(jié)構(gòu)所使用的材料會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)老化現(xiàn)象，另外，大型建筑物更易受到大風(fēng)、火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害與人為破壞的影響，所以對大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測很重要，不能忽視，對大型建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測是對人們的生命財(cái)產(chǎn)負(fù)責(zé)，更是建筑企業(yè)對社會(huì)責(zé)任的應(yīng)有擔(dān)當(dāng)。針對于中職學(xué)校建筑工程專業(yè)教育教學(xué)來說，即要從專業(yè)技術(shù)上加強(qiáng)教學(xué)，亦需要從專業(yè)責(zé)任感上給予學(xué)生以足夠的培育和強(qiáng)化。

一、大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的必要性

（一）積極探討和豐富結(jié)構(gòu)工程理論，在理論指導(dǎo)實(shí)踐的意義上確保大型建筑結(jié)構(gòu)的安全

理論指導(dǎo)實(shí)踐，建筑結(jié)構(gòu)理論是大型建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)的技術(shù)支撐和物質(zhì)支撐，大型建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)必須在嚴(yán)格遵守其建筑結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行，這是不能違背的客觀規(guī)律。從目前我國所積累所遵循所教學(xué)的結(jié)構(gòu)工程理論來看，多是在足尺模型或數(shù)值模型方面，在實(shí)踐檢驗(yàn)與證明方面較為缺失，落后于國外先進(jìn)的結(jié)構(gòu)工程理論，對大型建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)的指導(dǎo)也存在缺陷和不足。對于這種現(xiàn)狀必須改變，從業(yè)界到理論界都應(yīng)積極探討和豐富結(jié)構(gòu)工程理論，積極在實(shí)踐中探索，通過進(jìn)行大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，完善結(jié)構(gòu)工程理論，提高大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測體系，更好地為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行服務(wù)，確保大型建筑結(jié)構(gòu)的安全。

（二）質(zhì)量可靠和安全是大型建筑結(jié)構(gòu)的首要保障，加強(qiáng)大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測意義重大

質(zhì)量可靠和安全是大型建筑結(jié)構(gòu)的首要保障，這需要大型建筑的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、檢測、排查隱患、加大安全措施等各個(gè)環(huán)節(jié)予以實(shí)施和落實(shí)，更需要加強(qiáng)對大型建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。從目前來看，我國對大型建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測多數(shù)是進(jìn)行常規(guī)變形監(jiān)測，時(shí)間周期長、時(shí)效性差，無法達(dá)到大型建筑結(jié)構(gòu)安全的要求，這讓大型建筑結(jié)構(gòu)的安全面臨著嚴(yán)峻的形勢，所以，加強(qiáng)大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測意義重大，有利于及時(shí)、有效地為大型建筑結(jié)構(gòu)提供安全的環(huán)境，排查與糾正存在的安全隱患問題，最大限度地在異常情況時(shí)減少生命財(cái)產(chǎn)的損失，在這方面還需要投入更大的重視程度和實(shí)施力度。

二、大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的構(gòu)成

建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測主要是對建筑結(jié)構(gòu)外部負(fù)荷進(jìn)行檢測，從建設(shè)開始到整個(gè)使用時(shí)期，包括了傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)構(gòu)預(yù)警四個(gè)子體系。[1]

（一）傳感器體系

建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器體系通過利用對風(fēng)速、溫度、振動(dòng)和位移等進(jìn)行實(shí)時(shí)探測的技術(shù)和設(shè)備組成自身體系和實(shí)施過程，對風(fēng)速監(jiān)測利用風(fēng)速儀；對地震可采用地面運(yùn)動(dòng)加速儀，對建筑物實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和記錄；對溫度可采用數(shù)學(xué)溫度儀，對建筑結(jié)構(gòu)晝夜溫差、向陽背陽差異以及四季溫差進(jìn)行監(jiān)測，通過一系列數(shù)據(jù)的監(jiān)測，通過貫徹和分析各項(xiàng)數(shù)值的變化對建筑結(jié)構(gòu)的健康程度進(jìn)行預(yù)測。

（二）數(shù)據(jù)采集和運(yùn)輸體系

傳感器體系獲得數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)采集和運(yùn)輸體系對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并上傳到站點(diǎn)，下一步通過站點(diǎn)再上傳至數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中，數(shù)據(jù)的上傳可以通過無線、有線等途徑和方式，這樣建筑管理單位或監(jiān)測部門可以實(shí)時(shí)通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和監(jiān)測，為下一步數(shù)據(jù)的處理和分析做好充足的準(zhǔn)備，進(jìn)一步確保大型建筑結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量。

（三）數(shù)據(jù)處理和分析體系

數(shù)據(jù)采集和運(yùn)輸至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器后，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析進(jìn)而獲得建筑結(jié)構(gòu)的健康情況。數(shù)據(jù)的處理和分析的流程主要包括數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)讀入與編輯、分析項(xiàng)目和計(jì)算與繪圖等步驟，開展錯(cuò)誤數(shù)據(jù)解釋、數(shù)據(jù)幅顯示、數(shù)據(jù)時(shí)域顯示、頻域顯示和頻數(shù)計(jì)數(shù)等分析，全面獲得數(shù)據(jù)的價(jià)值，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)的處理和分析掌握大型建筑結(jié)構(gòu)健康的狀態(tài)，并為下一步結(jié)構(gòu)預(yù)警和糾正做好準(zhǔn)備。

有學(xué)者這樣論述：“在大型建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，要對大量不同類型的傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理.基于Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)各傳感器的分類、采集的時(shí)間，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效地對采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、查詢及異常數(shù)據(jù)的預(yù)警處理”。[2]這些都說明，大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理和分析體系是科學(xué)的嚴(yán)密的，需要通過專業(yè)的信息化的數(shù)據(jù)手段和數(shù)據(jù)信息平臺(tái)來進(jìn)行。

（四）結(jié)構(gòu)預(yù)警體系

根據(jù)對數(shù)據(jù)處理和分析的結(jié)果，對大型建筑結(jié)構(gòu)健康的情況進(jìn)行判斷。處理后的數(shù)據(jù)包括了對大型建筑結(jié)構(gòu)負(fù)荷作用以及效果兩個(gè)類別，其中通過對負(fù)荷作用閾值的設(shè)置，分為預(yù)期內(nèi)和超出預(yù)期兩種；在效果方面，又可分為上、中、下三種，通過設(shè)置一定的權(quán)重，依據(jù)處理后的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行判斷是在預(yù)期內(nèi)還是超出預(yù)期，綜合兩者的判斷后，若都在預(yù)期內(nèi)，則為健康，若都超出預(yù)期范圍，則大型建筑結(jié)構(gòu)存在安全問題，需要進(jìn)行預(yù)警和糾正，進(jìn)而保證使用者的人身財(cái)產(chǎn)安全。[3]

三、基于監(jiān)測的建筑結(jié)構(gòu)性態(tài)案例分析

（一）大型建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后監(jiān)測

對大型建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后監(jiān)測，案例選取了大型體育場，體育場使用的是穹頂屋面，且按照規(guī)定和要求安裝了結(jié)構(gòu)監(jiān)測體系。索力監(jiān)測是穹頂屋面狀態(tài)關(guān)鍵的指標(biāo)，在發(fā)生火災(zāi)第一時(shí)間內(nèi)需要對索拉力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在發(fā)生火災(zāi)后，通過前后數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)變化較小，說明造成的影響較小，不影響以后的正常使用。

（二）大型建筑結(jié)構(gòu)在臺(tái)風(fēng)后監(jiān)測

臺(tái)風(fēng)過后，由索網(wǎng)-鋼管桁架構(gòu)建而成的展覽館的鋁板被吹落，依照結(jié)構(gòu)健康測試體系，對風(fēng)速、風(fēng)壓、索拉力等進(jìn)行分析，通過對前后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)構(gòu)內(nèi)部力在正常范圍內(nèi)，但是在風(fēng)吸力的作用下，由于施工質(zhì)量存在問題，導(dǎo)致了展覽館鋁板被破壞。[4]這說明大型建筑結(jié)構(gòu)不能缺少臺(tái)風(fēng)后監(jiān)測這一環(huán)，這是由大型建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)所決定。

（三）大型建筑結(jié)構(gòu)在地震后監(jiān)測

為證實(shí)地震對大型建筑結(jié)構(gòu)的影響程度，選取了地震后的體育館進(jìn)行監(jiān)測，在地震中體育館發(fā)生了部分桿件彎曲、限位板損壞等現(xiàn)象。通過振動(dòng)傳感器的布局，進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過所獲得數(shù)據(jù)來看，雖然地震對部分構(gòu)件進(jìn)行了破壞，但整體結(jié)構(gòu)良好，通過加固和修復(fù)可繼續(xù)使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張其林.大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和基于監(jiān)測的性態(tài)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011（12）：68.

[2]林建富，程瀛，黃建亮，程樹輝.大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的海量數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫開發(fā)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2010， 29（12）：55-59

[3]申國軍，董秀良.超高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究[J].科技視界，2014（9）：94.

[4]祝小龍，向澤君.大型建筑結(jié)構(gòu)長期安全健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測繪通報(bào)，2015（11）：76.

責(zé)任編輯：孫 瑤