大型建筑結構健康監測和基于監測研究

田雪

摘要：本文在闡述對大型建筑結構進行健康監測的必要性的基礎上，分析了大型建筑結構健康監測的構成，并通過案例對基于監測的建筑結構性態開展了研究和探討，以期進一步提高對建筑結構監測的認識，確保大型建筑的質量和安全，同時為中職學校建筑工程教學提供參考。

關鍵詞：大型建筑結構 健康監測 案例分析 建筑工程教學

中圖分類號：TU317 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2016）15-0243-02

在我國建設中國特色社會主義事業的進程中，國民經濟水平快速提升，國家文明形象越來越有影響力，尤其以城市現代化建設的成就而彰顯，高樓大廈林立，具有城市標志性的大型建筑物從大城市到中小城市甚至到縣級城市都已經不足為奇。而且就目前來說，城市建設的規模還在擴大，大型建筑物還在一批又一批的拔地而起，成為城市建設和城市現代化的一道亮麗的風景線。不言而喻，隨著社會經濟的快速發展，城市現代化進程的步伐加快，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成為了城市形象和經濟發展水平的代表，即便選擇為家居購置住處，也都不再稀罕曾經的低矮樓房，都在瞄準具有大都市品位的摩天大樓和以大型建筑物成片構成的具有現代化水準的家居環境。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。因為大型建筑結構所使用的材料會隨著時間的推移而出現老化現象，另外，大型建筑物更易受到大風、火災、地震等自然災害與人為破壞的影響，所以對大型建筑結構健康監測很重要，不能忽視，對大型建筑結構進行健康監測是對人們的生命財產負責，更是建筑企業對社會責任的應有擔當。針對于中職學校建筑工程專業教育教學來說，即要從專業技術上加強教學，亦需要從專業責任感上給予學生以足夠的培育和強化。

一、大型建筑結構健康監測的必要性

（一）積極探討和豐富結構工程理論，在理論指導實踐的意義上確保大型建筑結構的安全

理論指導實踐，建筑結構理論是大型建筑結構建設的技術支撐和物質支撐，大型建筑結構建設必須在嚴格遵守其建筑結構理論的基礎上進行，這是不能違背的客觀規律。從目前我國所積累所遵循所教學的結構工程理論來看，多是在足尺模型或數值模型方面，在實踐檢驗與證明方面較為缺失，落后于國外先進的結構工程理論，對大型建筑結構建設的指導也存在缺陷和不足。對于這種現狀必須改變，從業界到理論界都應積極探討和豐富結構工程理論，積極在實踐中探索，通過進行大型建筑結構健康監測，進一步積累經驗和數據，完善結構工程理論，提高大型建筑結構健康監測體系，更好地為社會經濟發展進行服務，確保大型建筑結構的安全。

（二）質量可靠和安全是大型建筑結構的首要保障，加強大型建筑結構健康監測意義重大

質量可靠和安全是大型建筑結構的首要保障，這需要大型建筑的設計、施工、監理、檢測、排查隱患、加大安全措施等各個環節予以實施和落實，更需要加強對大型建筑結構的健康監測。從目前來看，我國對大型建筑結構的健康監測多數是進行常規變形監測，時間周期長、時效性差，無法達到大型建筑結構安全的要求，這讓大型建筑結構的安全面臨著嚴峻的形勢，所以，加強大型建筑結構健康監測意義重大，有利于及時、有效地為大型建筑結構提供安全的環境，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減少生命財產的損失，在這方面還需要投入更大的重視程度和實施力度。

二、大型建筑結構健康監測的構成

建筑結構健康監測主要是對建筑結構外部負荷進行檢測，從建設開始到整個使用時期，包括了傳感器、數據采集、數據處理以及結構預警四個子體系。[1]

（一）傳感器體系

建筑結構健康監測傳感器體系通過利用對風速、溫度、振動和位移等進行實時探測的技術和設備組成自身體系和實施過程，對風速監測利用風速儀；對地震可采用地面運動加速儀，對建筑物實際數據進行檢測和記錄；對溫度可采用數學溫度儀，對建筑結構晝夜溫差、向陽背陽差異以及四季溫差進行監測，通過一系列數據的監測，通過貫徹和分析各項數值的變化對建筑結構的健康程度進行預測。

（二）數據采集和運輸體系

傳感器體系獲得數據后，數據采集和運輸體系對相應的數據進行讀取并上傳到站點，下一步通過站點再上傳至數據中心的服務器中，數據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測部門可以實時通過局域網或互聯網進行數據的讀取和監測，為下一步數據的處理和分析做好充足的準備，進一步確保大型建筑結構的安全和質量。

（三）數據處理和分析體系

數據采集和運輸至數據中心服務器后，需要對數據進行處理和分析進而獲得建筑結構的健康情況。數據的處理和分析的流程主要包括數據檢驗、數據讀入與編輯、分析項目和計算與繪圖等步驟，開展錯誤數據解釋、數據幅顯示、數據時域顯示、頻域顯示和頻數計數等分析，全面獲得數據的價值，進而通過數據的處理和分析掌握大型建筑結構健康的狀態，并為下一步結構預警和糾正做好準備。

有學者這樣論述：“在大型建筑的結構健康監測中，要對大量不同類型的傳感器采集到的數據信號進行處理.基于Oracle數據庫開發平臺，根據各傳感器的分類、采集的時間，建立相應的數據庫系統。該系統能有效地對采集到的海量數據進行存儲、管理、查詢及異常數據的預警處理”。[2]這些都說明，大型建筑結構健康監測的數據處理和分析體系是科學的嚴密的，需要通過專業的信息化的數據手段和數據信息平臺來進行。

（四）結構預警體系

根據對數據處理和分析的結果，對大型建筑結構健康的情況進行判斷。處理后的數據包括了對大型建筑結構負荷作用以及效果兩個類別，其中通過對負荷作用閾值的設置，分為預期內和超出預期兩種；在效果方面，又可分為上、中、下三種，通過設置一定的權重，依據處理后的數據對其進行判斷是在預期內還是超出預期，綜合兩者的判斷后，若都在預期內，則為健康，若都超出預期范圍，則大型建筑結構存在安全問題，需要進行預警和糾正，進而保證使用者的人身財產安全。[3]

三、基于監測的建筑結構性態案例分析

（一）大型建筑結構在火災后監測

對大型建筑結構火災后監測，案例選取了大型體育場，體育場使用的是穹頂屋面，且按照規定和要求安裝了結構監測體系。索力監測是穹頂屋面狀態關鍵的指標，在發生火災第一時間內需要對索拉力數據進行分析，在發生火災后，通過前后數據對比分析，發現變化較小，說明造成的影響較小，不影響以后的正常使用。

（二）大型建筑結構在臺風后監測

臺風過后，由索網-鋼管桁架構建而成的展覽館的鋁板被吹落，依照結構健康測試體系，對風速、風壓、索拉力等進行分析，通過對前后的各項數據進行對比，結構內部力在正常范圍內，但是在風吸力的作用下，由于施工質量存在問題，導致了展覽館鋁板被破壞。[4]這說明大型建筑結構不能缺少臺風后監測這一環，這是由大型建筑結構的特點所決定。

（三）大型建筑結構在地震后監測

為證實地震對大型建筑結構的影響程度，選取了地震后的體育館進行監測，在地震中體育館發生了部分桿件彎曲、限位板損壞等現象。通過振動傳感器的布局，進行振動監測數據，通過所獲得數據來看，雖然地震對部分構件進行了破壞，但整體結構良好，通過加固和修復可繼續使用。

參考文獻：

[1]張其林.大型建筑結構健康監測和基于監測的性態研究[J].建筑結構，2011（12）：68.

[2]林建富，程瀛，黃建亮，程樹輝.大型建筑結構健康監測的海量數據處理與數據庫開發研究[J].振動與沖擊，2010， 29（12）：55-59

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

[4]祝小龍，向澤君.大型建筑結構長期安全健康監測系統設計[J].測繪通報，2015（11）：76.

責任編輯：孫 瑤