智能結(jié)構(gòu)在建筑工程中應(yīng)用研究

魏輝

摘? ? 要：正常情況下，大型土木工程結(jié)構(gòu)的使用壽命可以達(dá)到幾十年甚至上百年。但是，近幾年來，我國的地震災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)廣大人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的威脅。因此，為了解決這個(gè)困境，建筑行業(yè)要大力發(fā)展土木工程智能結(jié)構(gòu)體系，它能夠有效地降低自然災(zāi)害的影響。所以，加強(qiáng)智能化技術(shù)的研究和應(yīng)用是當(dāng)前建筑學(xué)的熱點(diǎn)問題和發(fā)展方向。鑒于此，文章對(duì)智能結(jié)構(gòu)在建筑工程中應(yīng)用進(jìn)行了研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程;智能結(jié)構(gòu);應(yīng)用研究

1? 智能土木結(jié)構(gòu)的概述

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不斷嘗試將建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一個(gè)能夠承受一定壓力，且具備感知、計(jì)算與分析能力的結(jié)構(gòu)，以調(diào)整、控制建筑物中的傳感器、信號(hào)放大器與控制電路，從而滿足建筑物自身的自診斷需要，并通過自身的分析，做出自我調(diào)整，以改變建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布與剛度，提高建筑物的自我修復(fù)能力，讓建筑物的功能更加完善，以提高建筑結(jié)構(gòu)的使用性能，這就是建筑結(jié)構(gòu)的智能化。

2? 智能土木結(jié)構(gòu)的分類

在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用智能土木結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用的形式，可細(xì)分為嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)和智能材料耦合結(jié)構(gòu)等兩大類，其中智能材料耦合結(jié)構(gòu)，即通過結(jié)構(gòu)材料的某些特性進(jìn)行監(jiān)測，了解材料結(jié)構(gòu)的特性發(fā)生了何種變化，方便及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。而嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)則是將傳感器安裝到鋼筋混凝土中，利用計(jì)算機(jī)軟硬件和其他材料儀器來調(diào)整建筑物的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式能夠在傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)上作出改進(jìn)，不需要研究與分析建筑物的其他性能，就能從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能化結(jié)構(gòu)的過渡。此外，根據(jù)目的的不同，智能土木結(jié)構(gòu)都可歸類為智能混凝土結(jié)構(gòu)，依據(jù)特有功能的分類，可分成自診斷、疲勞壽命預(yù)報(bào)能力、自愈合功能、應(yīng)力應(yīng)變自診斷功能、變形及損傷自診斷功能。因此在實(shí)際使用的過程中，設(shè)計(jì)師需要依據(jù)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的特性與具體需要，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這也是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中智能土木結(jié)構(gòu)分類細(xì)致的特性。

3? 結(jié)構(gòu)損傷及健康檢測

在建筑的檢測環(huán)節(jié)中，主要分為傳統(tǒng)檢測手段和現(xiàn)代檢測手段兩種檢測類型。傳統(tǒng)的檢測手段主要是目測方法，但是在高科技飛速發(fā)展的今天，目測法已經(jīng)逐漸被取代;現(xiàn)代檢測手段主要包括聲發(fā)射技術(shù)、X-射線技術(shù)以及超聲波技術(shù)等，這些檢測都是以無損檢測為核心的技術(shù)。無論是傳統(tǒng)還是現(xiàn)代的檢測手段，由于檢測技術(shù)受到局部檢測覆蓋面的限制，導(dǎo)致建筑性能的整體性退化不能被檢測和有效的控制;除此之外，在建筑完成并交付使用之后，檢測環(huán)節(jié)幾乎就被忽略不計(jì)了，這對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的后期損傷的檢測工作是相當(dāng)不利的。這些檢測手段的瑕疵和問題，在智能化建筑結(jié)構(gòu)體系中都可以得到相應(yīng)的改善和解決，這和以自感器、自診斷器等新型的智能化傳感材料所具有的強(qiáng)大功能是密不可分的，例如在對(duì)建筑的整個(gè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的時(shí)候，智能結(jié)構(gòu)體系主要采取的是半導(dǎo)體光纖材料，該材料以它特有的靈敏程度對(duì)于結(jié)構(gòu)體系的檢測與監(jiān)測都可以起到重要的作用。智能結(jié)構(gòu)建筑體系主要的檢測對(duì)象包括以下幾個(gè)方面：（1）在結(jié)構(gòu)成型之后，常常會(huì)因?yàn)椴牧匣颦h(huán)境問題而發(fā)生裂縫破損現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象的檢測是智能結(jié)構(gòu)建筑體系的基礎(chǔ)檢測環(huán)節(jié);（2）除了材料或環(huán)境問題之外，應(yīng)力影響下也非常容易使結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫破損的現(xiàn)象，這個(gè)檢測也是必不可少的;（3）由于裂縫以及破損問題非常容易造成整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，由于這個(gè)原因而造成的建筑災(zāi)害層出不窮，所以對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)給予全面、整體的檢測是最為重要、關(guān)鍵的檢測環(huán)節(jié)。

4? 智能結(jié)構(gòu)在建筑工程中應(yīng)用

4.1? 屋頂

民用建筑物的屋頂均是直接平面敞開，方便直接與大自然的空間接觸。因此在土木智能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，不僅需要結(jié)合屋頂?shù)拿烙^與綠化，還需充分考慮智能建筑的屋頂上安裝太陽能電池板、降水收集裝置和熱能利用裝置等設(shè)備，以快速吸收、利用自然界的熱能量和物質(zhì)。此外，為了避免這些設(shè)施遭到破壞，還需采取相應(yīng)的措施來處理。

4.2? 墻體

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，墻體除了起到隔斷與承重作用外，還可在建筑墻體內(nèi)部預(yù)留各種型號(hào)不同的接線口，方便在墻體內(nèi)部空間安裝各種控制設(shè)施、重力與震動(dòng)傳感器。例如在墻體智能化設(shè)計(jì)方面，使用鍍鋅鋼絲網(wǎng)作為墻體網(wǎng)格，利用引線連接敏感柵電阻元件和測量電路，并在鍍鋅鋼絲網(wǎng)中安裝電阻式應(yīng)變傳感器，一旦墻體遭受到外界環(huán)境的損壞時(shí)，電阻式應(yīng)變傳感器就會(huì)接收重力與振動(dòng)信號(hào)，形成蜂鳴警告，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后，向物業(yè)管理平臺(tái)與消控中心提交控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果，管理人員就能通過監(jiān)控界面上獲取相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)，準(zhǔn)確找出遭到破壞的墻體位置和對(duì)應(yīng)業(yè)主信號(hào)，及時(shí)采取相應(yīng)的措施來處理，避免事件進(jìn)一步惡化。

4.3? 地面

民用建筑內(nèi)的地面設(shè)計(jì)，往往使用預(yù)制線槽、地毯地面與架空地面的樓板面層等設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)。其中架空地面布線的操作簡單，地下空間容量較大，有足夠的空間布設(shè)強(qiáng)弱電走線，適用于已有建筑結(jié)構(gòu)的改造施工。預(yù)制線槽的樓板面層設(shè)計(jì)，有利于設(shè)計(jì)者在民用建筑室內(nèi)任何一個(gè)位置安裝走線接口，并且這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不會(huì)形成高低落差，操作簡單、方便，在樓板面層下方10cm的位置內(nèi)可以合理布置管道與走線。而方塊地毯的地面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可在地毯下方安裝布線系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)對(duì)建筑物層高的影響，通過扁平線設(shè)計(jì)的方式來連接設(shè)備，減少建筑電氣線路交叉點(diǎn)的分支線路，方便日后維護(hù)與管理。但需要注意的是，在安裝布線結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)施與室內(nèi)其他家具時(shí)，必須做好電氣設(shè)備的防靜電屏蔽工作，提高設(shè)施使用的安全性。

4.4? 天花板

智能民用建筑內(nèi)的天花板作用是輔助照明燈具、消防噴灑、排氣出風(fēng)設(shè)施和煙霧傳感設(shè)施等出口、走向的布設(shè)，保證室內(nèi)裝修的美觀性。例如在頂棚綜合布線方面，為實(shí)現(xiàn)智能土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，將普通住宅層高設(shè)為2.8m，住宅頂棚綜合布線應(yīng)根據(jù)天花板的吊裝高度，設(shè)為2.5～2.7m，且考慮到各種管線、照明系統(tǒng)、煙感溫感報(bào)警器、自動(dòng)噴淋、送風(fēng)和回風(fēng)口等設(shè)備設(shè)施的布置，需要將智能化住宅的層高控制在3.0～3.3m內(nèi)，然后開鑿線槽綜合走線，從而達(dá)到住宅智能化設(shè)計(jì)的目的。

4.5? 建筑物外部空間

民用建筑的外部空間是開放的外部空間，在這一區(qū)域的智能化設(shè)計(jì)過程中，為了營造良好的活動(dòng)空間，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)限定的空間，通過變化標(biāo)高與應(yīng)用不同的墻體來創(chuàng)造一定的封閉空間。但考慮到建筑物外部空間具有的流動(dòng)性與開敞性特性，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師需要通過獨(dú)特的空間布置來設(shè)計(jì)不同空間的應(yīng)用功能，營造舒適的空間環(huán)境。此外，在建筑物外部空間設(shè)計(jì)方面，由于外部空間容易受日照范圍、生活習(xí)俗與城市規(guī)劃的影響，給業(yè)主帶來不同的感受，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)，需要利用空間不同尺寸的差異將民用建筑的外部空間展現(xiàn)出不同的空間形態(tài)，填補(bǔ)已有室內(nèi)空間的先天缺陷，豐富建筑物外部空間，實(shí)現(xiàn)外部空間層次感不同的體現(xiàn)。

5? 結(jié)語

綜上所述，智能土木結(jié)構(gòu)應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)建筑的小型化、高功率化與多功能化，通過建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)合控制、耦合連接元件、傳感和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)有效利用太陽能、風(fēng)振與抵御地震等方面起到促進(jìn)作用，為人們的工作、生活提供安全、舒適的環(huán)境。但要想提高智能土木結(jié)構(gòu)的作用，還需將智能土木結(jié)構(gòu)技術(shù)靈活運(yùn)用到現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)管理、控制的智能化。

參考文獻(xiàn)：

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