大跨公共建筑屋面結(jié)構(gòu)雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警研究

◎陳光寰 李惠 姜法貞

前言：隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)領(lǐng)域的快速發(fā)展大跨屋面結(jié)構(gòu)工程越來(lái)越多。在公共建筑中的高鐵站屋面結(jié)構(gòu)，機(jī)場(chǎng)及機(jī)庫(kù)屋面結(jié)構(gòu)（如北京大興機(jī)場(chǎng)屋面），體育館，大型游樂(lè)場(chǎng)，展覽館等大跨公共建筑屋面結(jié)構(gòu)日益增多，特別在有降雪的地區(qū)，由于通常大跨建筑結(jié)構(gòu)屋面荷載中雪荷載在結(jié)構(gòu)計(jì)算起主導(dǎo)作用，且近期世界范圍的天氣變化異常，導(dǎo)致大跨結(jié)構(gòu)屋面的雪荷載值嚴(yán)重超標(biāo)，屋面結(jié)構(gòu)倒塌人員傷亡的事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家及人民造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失及不可估量的社會(huì)影響。所以大跨建筑結(jié)構(gòu)屋面雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警及安全防治系統(tǒng)的研究是非常必要的。

一、雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置

大跨建筑結(jié)構(gòu)屋面雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，是一種集測(cè)試、檢查、監(jiān)督、報(bào)警、減災(zāi)、防災(zāi)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括荷載雪荷收集裝置，測(cè)量裝置，數(shù)據(jù)信息傳感裝置，信息識(shí)別處理裝置，雙控報(bào)警裝置及災(zāi)害應(yīng)急處理減災(zāi)防治系統(tǒng)等。

雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警器主要包括收集雪裝置、壓力測(cè)量室、雪荷載界限控制室、數(shù)據(jù)分析判斷裝置，報(bào)警及防災(zāi)裝置。其中防災(zāi)及報(bào)警裝置可以轉(zhuǎn)化成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)，用于無(wú)線移動(dòng)終端接收。方便報(bào)警信息傳遞接收，便于監(jiān)控管理。

當(dāng)大跨公共屋面經(jīng)“雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”的監(jiān)測(cè)確定雪荷載已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)要求屋面處于危險(xiǎn)狀態(tài)并報(bào)警時(shí)，可同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)大跨公共屋面雪災(zāi)自動(dòng)防控系統(tǒng)以減少屋面雪荷載值。消除大跨公共建筑屋面雪荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全的危害并預(yù)留足夠的時(shí)間，保證相關(guān)人員安全撤離。確保公共場(chǎng)所大跨建筑屋面結(jié)構(gòu)及人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

二、雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用

此項(xiàng)技術(shù)結(jié)構(gòu)合理，體積較小，收集自然狀態(tài)下雪荷載準(zhǔn)確、方便、適用。各個(gè)系統(tǒng)職能合理準(zhǔn)確。其操作簡(jiǎn)單，維修快捷，適用性強(qiáng)。雪荷載超限判斷路線明確簡(jiǎn)單。但其超限信息轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)及傳輸較為復(fù)雜，該項(xiàng)技術(shù)需要自動(dòng)控制及網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合并采取無(wú)線傳輸技術(shù)。該系統(tǒng)設(shè)備成本高，但安裝簡(jiǎn)單，維修維護(hù)等運(yùn)行管理方便經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行費(fèi)用較低，在我國(guó)廣大寒冷地區(qū)有較廣泛的應(yīng)用前景及顯著的社會(huì)效益。

雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警設(shè)備，包括外殼、雪荷載收集器、雪荷載收集器滑動(dòng)主框架、支撐系統(tǒng)、雪荷載測(cè)量系統(tǒng)、雪荷載超限控制系統(tǒng)、電力供給系統(tǒng)、雪荷載超限報(bào)警系統(tǒng)、雪荷載超限報(bào)警信息接收及發(fā)送器，雙控關(guān)鍵開(kāi)關(guān)啟動(dòng)及遠(yuǎn)程遙控裝置，雪荷載超限災(zāi)害應(yīng)急處理裝置及輔助消除雪荷載系統(tǒng)。所述的外殼內(nèi)設(shè)有降雪收集盒其尺寸根據(jù)當(dāng)?shù)亟笛顩r確定、雪荷載收集器滑動(dòng)主框架主要是固定雪荷載收集盒的，并盡量減少相互間摩擦阻力以確保雪荷載數(shù)值準(zhǔn)確，支撐系統(tǒng)為整個(gè)結(jié)構(gòu)的主要框架，以確保結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷安全穩(wěn)定，雪荷載測(cè)量系統(tǒng)主要設(shè)置電子壓力感應(yīng)器用以測(cè)量雪荷載值。 雪荷載超限控制系統(tǒng)主要設(shè)置雪荷載超限裝置，雪荷載超限報(bào)警系統(tǒng)主要設(shè)置報(bào)警感應(yīng)敏感元件及信息收集整理判斷中樞，以判斷其超限報(bào)警，并將報(bào)警信息傳送到相關(guān)人員。電力供給系統(tǒng)為整個(gè)裝置供電。關(guān)鍵開(kāi)關(guān)啟動(dòng)及遠(yuǎn)程遙控裝置主要雪荷載超限傳遞及處理功能。 雪荷載超限災(zāi)害應(yīng)急處理裝置主要是控制大跨建筑公共屋面自動(dòng)除雪系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)行除雪，以減少屋面雪荷載消除隱患，確保大跨建筑屋面結(jié)構(gòu)安全。該實(shí)用新型雪荷載超限自動(dòng)報(bào)警器”可避免使廣大寒冷地區(qū)大跨公共建筑屋面結(jié)構(gòu)突發(fā)雪災(zāi)而造成的屋面倒塌嚴(yán)重事故發(fā)生。能夠?qū)ㄖa(chǎn)品使用階段進(jìn)行主動(dòng)健康監(jiān)控，隨時(shí)掌握建筑結(jié)構(gòu)體系的安全健康狀態(tài)。以爭(zhēng)取事中過(guò)程的主動(dòng)控制，而達(dá)到良好的預(yù)期效果。為確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全貢獻(xiàn)力量。

此項(xiàng)技術(shù)需要電力作動(dòng)力，控制可人為或自動(dòng)控制，使用起來(lái)方便；可遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)控，是較為適用的新型大跨建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的裝置。要解決的技術(shù)問(wèn)題是：一種大跨建筑屋面雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)了大跨公共建筑屋面雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了大跨公共建筑屋面雪荷載超限自動(dòng)測(cè)量甄別，自動(dòng)報(bào)警與人力消除災(zāi)害隱患或自動(dòng)消除災(zāi)害隱患的多功能高智能化的大跨建筑結(jié)構(gòu)屋面健康監(jiān)控體系。是一種安裝方便，維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低，自動(dòng)化程度高，可控性強(qiáng)，對(duì)原建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量無(wú)任何影想，一次性安裝永久受益。

大跨公共建筑屋面雪荷載超限災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警裝置，其特征是：包括外殼、屋面頂部雪荷載收集器、雪荷載收集器滑動(dòng)主框架、支撐系統(tǒng)、雪荷載測(cè)量系統(tǒng)，雪荷載超限控制系統(tǒng)，電力供給系統(tǒng)，雪荷載超限報(bào)警系統(tǒng)，雪荷載超限報(bào)警信息接收及發(fā)送器，雙控關(guān)鍵開(kāi)關(guān)啟動(dòng)及遠(yuǎn)程遙控裝置，雪荷載超限災(zāi)害應(yīng)急處理裝置及輔助消除雪荷載系統(tǒng)。

三、總論

屋面頂部雪荷載收集器，主要是根據(jù)建筑屋面的形式特點(diǎn)，決定雪荷載收集裝置的幾何尺寸，特別是裝置的深度尺寸尤為重要，它是滿足雪荷載測(cè)量的充分必要條件。 屋面頂部雪荷載收集器與滑動(dòng)主框架的連接應(yīng)采用滾動(dòng)防寒措施，以確保符合設(shè)計(jì)要求。支撐系統(tǒng)由輕型材料鉚接而成，構(gòu)造簡(jiǎn)捷明快。雪荷載測(cè)量系統(tǒng)主要是力學(xué)測(cè)量裝置和數(shù)字顯示裝置用以測(cè)量及讀取雪荷載的數(shù)據(jù)值，雪荷載超限控制系統(tǒng)是當(dāng)雪荷載超過(guò)限制值時(shí)，該系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)并將雪荷載的超限信息傳遞到雪荷載超限報(bào)警系統(tǒng)，其超限報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算分析判斷得出結(jié)論并報(bào)警。報(bào)警后經(jīng)雪荷載超限報(bào)警信息接收及發(fā)送器傳送到接收端進(jìn)行處理（如自動(dòng)除雪等）以確保建筑結(jié)構(gòu)安全。電力供給系統(tǒng)，是確保整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)力及系統(tǒng)正常運(yùn)行。所述雪荷載超限災(zāi)害應(yīng)急處理裝置及輔助消除雪荷載系統(tǒng)。是指在大跨建筑結(jié)構(gòu)公共屋面無(wú)法進(jìn)行人工消除自然狀態(tài)下的雪災(zāi)時(shí)，必須設(shè)置自動(dòng)控制的屋面除雪系統(tǒng)，用以消除大跨公共建筑屋面雪荷載超限災(zāi)害的發(fā)生。此方案具有原理簡(jiǎn)單使用方便應(yīng)用廣泛，對(duì)我國(guó)寒冷地區(qū)的大跨公共建筑屋面結(jié)構(gòu)體系的減災(zāi)防災(zāi)起到積極促進(jìn)作用。并對(duì)國(guó)家自然災(zāi)害防治系統(tǒng)建設(shè)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。