大型建筑结构健康监测和基于监测研究

田雪

摘要：本文在闡述对大型建筑结构进行健康监测的必要性的基础上，分析了大型建筑结构健康监测的构成，并通过案例对基于监测的建筑结构性态开展了研究和探讨，以期进一步提高对建筑结构监测的认识，确保大型建筑的质量和安全，同时为中职学校建筑工程教学提供参考。

关键词：大型建筑结构 健康监测 案例分析 建筑工程教学

中图分类号：TU317 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2016）15-0243-02

在我国建设中国特色社会主义事业的进程中，国民经济水平快速提升，国家文明形象越来越有影响力，尤其以城市现代化建设的成就而彰显，高楼大厦林立，具有城市标志性的大型建筑物从大城市到中小城市甚至到县级城市都已经不足为奇。而且就目前来说，城市建设的规模还在扩大，大型建筑物还在一批又一批的拔地而起，成为城市建设和城市现代化的一道亮丽的风景线。不言而喻，随着社会经济的快速发展，城市现代化进程的步伐加快，国人对大型建筑的需求旺盛，特别是大型建筑在人们的眼中已经成为了城市形象和经济发展水平的代表，即便选择为家居购置住处，也都不再稀罕曾经的低矮楼房，都在瞄准具有大都市品位的摩天大楼和以大型建筑物成片构成的具有现代化水准的家居环境。然而随着大型建筑的不断增建和增多，潜在的安全问题也随之增加。因为大型建筑结构所使用的材料会随着时间的推移而出现老化现象，另外，大型建筑物更易受到大风、火灾、地震等自然灾害与人为破坏的影响，所以对大型建筑结构健康监测很重要，不能忽视，对大型建筑结构进行健康监测是对人们的生命财产负责，更是建筑企业对社会责任的应有担当。针对于中职学校建筑工程专业教育教学来说，即要从专业技术上加强教学，亦需要从专业责任感上给予学生以足够的培育和强化。

一、大型建筑结构健康监测的必要性

（一）积极探讨和丰富结构工程理论，在理论指导实践的意义上确保大型建筑结构的安全

理论指导实践，建筑结构理论是大型建筑结构建设的技术支撑和物质支撑，大型建筑结构建设必须在严格遵守其建筑结构理论的基础上进行，这是不能违背的客观规律。从目前我国所积累所遵循所教学的结构工程理论来看，多是在足尺模型或数值模型方面，在实践检验与证明方面较为缺失，落后于国外先进的结构工程理论，对大型建筑结构建设的指导也存在缺陷和不足。对于这种现状必须改变，从业界到理论界都应积极探讨和丰富结构工程理论，积极在实践中探索，通过进行大型建筑结构健康监测，进一步积累经验和数据，完善结构工程理论，提高大型建筑结构健康监测体系，更好地为社会经济发展进行服务，确保大型建筑结构的安全。

（二）质量可靠和安全是大型建筑结构的首要保障，加强大型建筑结构健康监测意义重大

质量可靠和安全是大型建筑结构的首要保障，这需要大型建筑的设计、施工、监理、检测、排查隐患、加大安全措施等各个环节予以实施和落实，更需要加强对大型建筑结构的健康监测。从目前来看，我国对大型建筑结构的健康监测多数是进行常规变形监测，时间周期长、时效性差，无法达到大型建筑结构安全的要求，这让大型建筑结构的安全面临着严峻的形势，所以，加强大型建筑结构健康监测意义重大，有利于及时、有效地为大型建筑结构提供安全的环境，排查与纠正存在的安全隐患问题，最大限度地在异常情况时减少生命财产的损失，在这方面还需要投入更大的重视程度和实施力度。

二、大型建筑结构健康监测的构成

建筑结构健康监测主要是对建筑结构外部负荷进行检测，从建设开始到整个使用时期，包括了传感器、数据采集、数据处理以及结构预警四个子体系。[1]

（一）传感器体系

建筑结构健康监测传感器体系通过利用对风速、温度、振动和位移等进行实时探测的技术和设备组成自身体系和实施过程，对风速监测利用风速仪；对地震可采用地面运动加速仪，对建筑物实际数据进行检测和记录；对温度可采用数学温度仪，对建筑结构昼夜温差、向阳背阳差异以及四季温差进行监测，通过一系列数据的监测，通过贯彻和分析各项数值的变化对建筑结构的健康程度进行预测。

（二）数据采集和运输体系

传感器体系获得数据后，数据采集和运输体系对相应的数据进行读取并上传到站点，下一步通过站点再上传至数据中心的服务器中，数据的上传可以通过无线、有线等途径和方式，这样建筑管理单位或监测部门可以实时通过局域网或互联网进行数据的读取和监测，为下一步数据的处理和分析做好充足的准备，进一步确保大型建筑结构的安全和质量。

（三）数据处理和分析体系

数据采集和运输至数据中心服务器后，需要对数据进行处理和分析进而获得建筑结构的健康情况。数据的处理和分析的流程主要包括数据检验、数据读入与编辑、分析项目和计算与绘图等步骤，开展错误数据解释、数据幅显示、数据时域显示、频域显示和频数计数等分析，全面获得数据的价值，进而通过数据的处理和分析掌握大型建筑结构健康的状态，并为下一步结构预警和纠正做好准备。

有学者这样论述：“在大型建筑的结构健康监测中，要对大量不同类型的传感器采集到的数据信号进行处理.基于Oracle数据库开发平台，根据各传感器的分类、采集的时间，建立相应的数据库系统。该系统能有效地对采集到的海量数据进行存储、管理、查询及异常数据的预警处理”。[2]这些都说明，大型建筑结构健康监测的数据处理和分析体系是科学的严密的，需要通过专业的信息化的数据手段和数据信息平台来进行。

（四）结构预警体系

根据对数据处理和分析的结果，对大型建筑结构健康的情况进行判断。处理后的数据包括了对大型建筑结构负荷作用以及效果两个类别，其中通过对负荷作用阈值的设置，分为预期内和超出预期两种；在效果方面，又可分为上、中、下三种，通过设置一定的权重，依据处理后的数据对其进行判断是在预期内还是超出预期，综合两者的判断后，若都在预期内，则为健康，若都超出预期范围，则大型建筑结构存在安全问题，需要进行预警和纠正，进而保证使用者的人身财产安全。[3]

三、基于监测的建筑结构性态案例分析

（一）大型建筑结构在火灾后监测

对大型建筑结构火灾后监测，案例选取了大型体育场，体育场使用的是穹顶屋面，且按照规定和要求安装了结构监测体系。索力监测是穹顶屋面状态关键的指标，在发生火灾第一时间内需要对索拉力数据进行分析，在发生火灾后，通过前后数据对比分析，发现变化较小，说明造成的影响较小，不影响以后的正常使用。

（二）大型建筑结构在台风后监测

台风过后，由索网-钢管桁架构建而成的展览馆的铝板被吹落，依照结构健康测试体系，对风速、风压、索拉力等进行分析，通过对前后的各项数据进行对比，结构内部力在正常范围内，但是在风吸力的作用下，由于施工质量存在问题，导致了展览馆铝板被破坏。[4]这说明大型建筑结构不能缺少台风后监测这一环，这是由大型建筑结构的特点所决定。

（三）大型建筑结构在地震后监测

为证实地震对大型建筑结构的影响程度，选取了地震后的体育馆进行监测，在地震中体育馆发生了部分杆件弯曲、限位板损坏等现象。通过振动传感器的布局，进行振动监测数据，通过所获得数据来看，虽然地震对部分构件进行了破坏，但整体结构良好，通过加固和修复可继续使用。

参考文献：

[1]张其林.大型建筑结构健康监测和基于监测的性态研究[J].建筑结构，2011（12）：68.

[2]林建富，程瀛，黄建亮，程树辉.大型建筑结构健康监测的海量数据处理与数据库开发研究[J].振动与冲击，2010， 29（12）：55-59

[3]申国军，董秀良.超高层建筑结构健康监测研究[J].科技视界，2014（9）：94.

[4]祝小龙，向泽君.大型建筑结构长期安全健康监测系统设计[J].测绘通报，2015（11）：76.

责任编辑：孙 瑶