復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要性

張春梅

（沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院 沈陽(yáng) 遼寧）

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)最早應(yīng)用于大壩、橋梁等大型土木設(shè)施，近幾年來(lái)開(kāi)始應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)。很多工程實(shí)例表明：對(duì)于有局部損傷的建筑結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是最可靠的關(guān)于結(jié)構(gòu)性態(tài)的直接信息，基于這一信息可以對(duì)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)一步研究和了解，并在此基礎(chǔ)上確定后續(xù)工作。

1 復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的特征

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全國(guó)各地大型公共建筑趨于用復(fù)雜的造型引起民眾的關(guān)注，形態(tài)各異的造型勢(shì)必要依靠極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)支撐，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）超 高

近些年，城市摩天指數(shù)被不斷刷新，超高層建筑雖然極大地解決了城市擁擠問(wèn)題，但卻增加了更多的安全隱患。何謂超高層建筑？《民用建筑設(shè)計(jì)通則》規(guī)定：建筑高度超過(guò)100m時(shí)，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。

（2）平面及豎向不規(guī)則[3]

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中列舉了建筑形體及其構(gòu)件布置的平面、豎向不規(guī)則的主要類型，并明確規(guī)定：不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。

（3）造價(jià)高

為了實(shí)現(xiàn)造型獨(dú)特、形體復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及使用期間的維護(hù)等都需要比常規(guī)建筑投入更多的人力、機(jī)械、新技術(shù)、新材料，這些都大大提高了建筑物的造價(jià)。

2 建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括下列幾部分[2]：傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控中心和報(bào)警設(shè)備。

2.1 傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)包含對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所受外部作用和在外部荷載作用下的效應(yīng)的實(shí)時(shí)探測(cè)傳感技術(shù)和器件。結(jié)構(gòu)的內(nèi)力是反映結(jié)構(gòu)受力情況最直接的參數(shù)，跟蹤結(jié)構(gòu)在建造和使用階段的內(nèi)力變化，是了解結(jié)構(gòu)形態(tài)最直接的途徑，也是判斷結(jié)構(gòu)效應(yīng)是否符合設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)期值的最有效方式。另外，對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以確保結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2 數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)從傳感器讀取數(shù)據(jù)并傳輸至子站，再由子站傳輸至中心路由器和服務(wù)器，用戶或管理單位可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程讀取和顯示數(shù)據(jù)。傳感器至子站、子站至路由器的數(shù)據(jù)傳輸可采用無(wú)線、有線、光纖等方式。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)承擔(dān)對(duì)監(jiān)測(cè)所獲取的結(jié)構(gòu)荷載及其效應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與在線分析的功能。

2.4 結(jié)構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)的結(jié)果，分類分層次顯示建筑結(jié)構(gòu)的狀態(tài)性能。結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可分為荷載作用和作用效應(yīng)兩大類，預(yù)警系統(tǒng)可對(duì)二者是否在設(shè)計(jì)預(yù)期范圍內(nèi)及超出預(yù)期值情況進(jìn)行評(píng)分，并依此來(lái)評(píng)定結(jié)構(gòu)的性態(tài)。

3 建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要性

建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)并非只對(duì)“危房”才有必要，如果對(duì)建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)意識(shí)不強(qiáng)，可能會(huì)導(dǎo)致違反相關(guān)建設(shè)法律法規(guī)而引起不必要的處罰，甚至?xí)诮ㄖY(jié)構(gòu)安全性不滿足要求的情況下繼續(xù)使用而釀成事故。為此，筆者選擇常見(jiàn)的兩種需要進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的情形作簡(jiǎn)單介紹。

3.1 原建筑結(jié)構(gòu)改變使用要求

該情形較為常見(jiàn)，最普遍的就是加層和改變?cè)ㄖ氖褂霉δ堋?/p>

（1）加 層

由于城市工業(yè)化和商業(yè)化的迅速發(fā)展，城市建設(shè)用地日趨緊張，有些已建成的建筑物已經(jīng)不能適應(yīng)日益繁榮的物質(zhì)、文化需求，使用空間受到限制，需要進(jìn)一步擴(kuò)大使用面積。在這種情況下建筑加層堪比雨后春筍。但房屋加層勢(shì)必增加建筑結(jié)構(gòu)的荷載，為保證原結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，特別是豎向受力構(gòu)件和基礎(chǔ)滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求是保障整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)繼續(xù)正常使用的根本。這就需要結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)的鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件或部位進(jìn)行加固，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的正常使用。

（2）改變使用功能

改變?cè)ㄖ氖褂霉δ埽锤淖兤溆猛?。新的用途首先?huì)產(chǎn)生新的荷載。另外，新的使用功能會(huì)導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)布局的改變，如：拆除或削弱了部分承重構(gòu)件或改變了承重構(gòu)件的使用狀態(tài)。為確保改造后的建筑結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)不容忽視。

3.2 遭受較大自然災(zāi)害或偶然事故

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響較大的自然災(zāi)害或偶然事故有地震、水災(zāi)、火災(zāi)、撞擊、爆炸等。以震后未損毀的建筑為例，為了解此類建筑的實(shí)際性能，就需要利用結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行整體動(dòng)力性能的檢測(cè)和內(nèi)力檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果比較分析，判別結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、內(nèi)力在震后是否變化，支座有無(wú)內(nèi)部損傷等。以此對(duì)需要修復(fù)和加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和部位進(jìn)行及時(shí)有效地加固處理。

綜上所述，為保證復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟(jì)性，除合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、科學(xué)的施工及正常的使用，對(duì)其在施工運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)地評(píng)定與監(jiān)測(cè)，以提升其整體質(zhì)量，明確其存在的安全隱患，做到有針對(duì)性地加固和合理維護(hù)，提升復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性具有重要作用[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]姜紹飛.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與損傷檢測(cè)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[2]黃俊，等.結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在水下隧道中的應(yīng)用.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2017.

[3]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]姜紹飛.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)-智能信息處理及應(yīng)用.第18屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議.2009.