一、前言
近几年,既有建筑结构安全事故频发,造成了恶劣的社会影响和严重的经济损失。对既有建筑结构的安全状态监控研究成为迫切的需求。真实、及时、准确的监测数据有利于对既有建筑的损伤破坏、性能退化等健康状况作出准确的评估,为建筑结构的安全使用、维护加固或拆除提供科学依据。首先对既有建筑结构安全事故发生的原因及倒塌前的征兆进行了分析,进而总结得到建筑结构倒塌前病害表征;其次,根据病害类别分别匹配相应的监测方法,并分析其实施的可行性;最后,提出一套“人防+技防”的组合技术方案,并列举工程案例予以验证,该技术方案的应用能够达到经济适用、及时预警和减少既有建筑安全事故的发生的目的。二、主要监测项目
1、房屋结构监测
水平位移
监测并分析水平位移的规律性,有利于了解建筑物在内、外荷载和地基变形等因素作用下的状态是否正常,为判断工程安全提供依据。
沉降
对结构沉降监测一般重点关注结构的不均匀沉降,因为结构的不均匀沉降会使得上部结构产生附加变形和附加应力,严重时房屋开裂,直接影响结构安全性。同时其会引起结构出现倾斜,也会引起结构出现裂缝,因此在监测时沉降监测、倾斜监测以及裂缝监测可以相互反映。
倾斜
倾斜是指结构的中心线或者墙、柱顶部的某点,与底部对应点相对偏离的现象。其产生的原因主要有3个方面:①基础的地基应力不均匀或地基承载力不足;②相邻新建筑施工对既有建筑结构的影响,如周边存在深基坑开挖等;③地面水对土体的软化作用。结构发生倾斜变形会使结构产生附加的次应力,结构受力发生变化,荷载重分布,构件的承载力也会因此受到影响,从而导致结构安全性的降低,严重时甚至会导致结构整体失稳而倒塌。
裂缝
荷载 裂缝、温度变化、地基基础变形以及施工质量都会引起结构产生裂缝。建筑结构构件出现裂缝,可能会破坏结构整体性,降低结构刚度,从而影响其承载力。在一般条件下,细微的裂缝并不直接影响结构的安全,但大多数工程的破坏与倒塌是从裂缝扩展开始的。因此,对既有建筑结构安全和正常使用有影响的裂缝都应该进行监测。裂缝监测一般监测裂缝的长度、宽度以及裂缝的位置、走向。
2、周边环境监测
地下水位
地下水位的变化可能直接影响既有建筑的安全:①可能引起地基承载力下降;沉降,如果土质本身不均匀 ②可能引起基础的附加,地下水位下降还将造成地面的不均匀沉降,导致建筑物的倾斜和破坏。
周边地表沉降
对于浅基础的老旧建筑,临近周边地表的持续不均匀沉降会影响其整体稳定性,导致房屋发生倾斜,甚至损坏房屋结构而成为危房。
振动
有的既有建筑周边会存在工程施工的情况,而施工过程中的振动会对建筑物带来一定的影响,可能会导致周边建筑外墙饰面掉落,当动荷载超过一定限制时,会导致基础产生不均匀沉降,结构发生异常变形,从而被破坏。
对既有建筑结构安全监测的目的是为了实时掌握结构情况,及时预警,以保障人民生命财产安全,维护社会稳定性。然而,现有监管技术手段相对落后,缺乏成熟、完善的监测管理方法,难以大面积开展和落实行之有效的结构安全监控管理工作。因此,本文提出了一种既有建筑结构安全智能监测方法——“人防+技防”的监测方案。具体流程如图所示。
1、技防
“技防”是指利用信息化手段,以最优的监测方式对结构关键参数进行监测,及时反馈房屋安全状态,开展房屋实时隐患防治工作。由第 3节分析可知,不同监测项目所适宜的监测方法不同,例如倾角监测更适合采用自动化监测,而裂缝监测更适合用传统人工监测,因此,需要将传统人工监测与自动化监测结合起来,以达到“技防”的目的——控制成本的同时又做到多方面监测。
2、人防
“人防 ”由专业巡查与日常巡查组成。其中,专业巡查是指专业技术人员每年定期对结构、周边环境以及安装的监测设备等进行检查;日常巡查是指社区网格员按照相关要求对结构进行的检查。两者相辅相成,相互补充。通过“技防”可以得到定量的数据,从而进行定量分析;而以目测为主的“人防”更加简便,可以起到定性、补充的作用,以避免片面的分析和处理问题。因此将“人防”和“技防”结合起来,能够全方位地对结构进行安全监测,避免结构安全事故的发生。
3、智将上述方法得到的监测信息上传至房屋安全智能监测云平台,平台可以持续记录结构倾斜、沉降、裂缝变化等变形信息,同时自动绘制出监测成果图,以便专业技术人员对结构状况进行科学分析,当监测数据达到设定的预警值时,立刻进行预警,实现对既有建筑结构的智能化监测。慧监测云平台
四、结论
在环境、外荷载作用下,既有建筑结构产生不均匀沉降、倾斜、开裂等病害将降低结构的稳定性与可靠性,影响结构的正常使用,甚至危害结构的安全。将传统人工监测与自动化监测结合起来,对既有建筑结构的关键参数进行监测,可以实时了解结构的状态,再辅以巡视检查,形成“人防+技防”的全方位监测模式,实现既有建筑结构的安全监控管理,做到及时预警,尽可能减少安全事故的发生。
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