智能结构在建筑工程中应用研究

来源:用户上传      作者:

　　摘    要：正常情况下，大型土木工程结构的使用寿命可以达到几十年甚至上百年。但是，近几年来，我国的地震灾害頻发，对广大人民的生命财产安全造成了极大的威胁。因此，为了解决这个困境，建筑行业要大力发展土木工程智能结构体系，它能够有效地降低自然灾害的影响。所以，加强智能化技术的研究和应用是当前建筑学的热点问题和发展方向。鉴于此，文章对智能结构在建筑工程中应用进行了研究，以供参考。
　　关键词：建筑工程;智能结构;应用研究
　　1  智能土木结构的概述
　　设计师在进行土木工程结构设计中，不断尝试将建筑物的结构设计成一个能够承受一定压力，且具备感知、计算与分析能力的结构，以调整、控制建筑物中的传感器、信号放大器与控制电路，从而满足建筑物自身的自诊断需要，并通过自身的分析，做出自我调整，以改变建筑结构的强度、结构应力分布与刚度，提高建筑物的自我修复能力，让建筑物的功能更加完善，以提高建筑结构的使用性能，这就是建筑结构的智能化。
　　2  智能土木结构的分类
　　在现代建筑结构中应用智能土木结构，根据使用的形式，可细分为嵌入式智能土木结构和智能材料耦合结构等两大类，其中智能材料耦合结构，即通过结构材料的某些特性进行监测，了解材料结构的特性发生了何种变化，方便及时做出相应的调整。而嵌入式智能土木结构则是将传感器安装到钢筋混凝土中，利用计算机软硬件和其他材料仪器来调整建筑物的结构。这种结构设计模式能够在传统建筑的基础上作出改进，不需要研究与分析建筑物的其他性能，就能从传统结构实现智能化结构的过渡。此外，根据目的的不同，智能土木结构都可归类为智能混凝土结构，依据特有功能的分类，可分成自诊断、疲劳寿命预报能力、自愈合功能、应力应变自诊断功能、变形及损伤自诊断功能。因此在实际使用的过程中，设计师需要依据现代建筑结构的特性与具体需要，选择相应的结构，这也是现代建筑结构中智能土木结构分类细致的特性。
　　3  结构损伤及健康检测
　　在建筑的检测环节中，主要分为传统检测手段和现代检测手段两种检测类型。传统的检测手段主要是目测方法，但是在高科技飞速发展的今天，目测法已经逐渐被取代;现代检测手段主要包括声发射技术、X-射线技术以及超声波技术等，这些检测都是以无损检测为核心的技术。无论是传统还是现代的检测手段，由于检测技术受到局部检测覆盖面的限制，导致建筑性能的整体性退化不能被检测和有效的控制;除此之外，在建筑完成并交付使用之后，检测环节几乎就被忽略不计了，这对于建筑结构的后期损伤的检测工作是相当不利的。这些检测手段的瑕疵和问题，在智能化建筑结构体系中都可以得到相应的改善和解决，这和以自感器、自诊断器等新型的智能化传感材料所具有的强大功能是密不可分的，例如在对建筑的整个过程进行实时检测的时候，智能结构体系主要采取的是半导体光纤材料，该材料以它特有的灵敏程度对于结构体系的检测与监测都可以起到重要的作用。智能结构建筑体系主要的检测对象包括以下几个方面：（1）在结构成型之后，常常会因为材料或环境问题而发生裂缝破损现象，这个现象的检测是智能结构建筑体系的基础检测环节;（2）除了材料或环境问题之外，应力影响下也非常容易使结构发生裂缝破损的现象，这个检测也是必不可少的;（3）由于裂缝以及破损问题非常容易造成整体结构产生失稳现象，由于这个原因而造成的建筑灾害层出不穷，所以对于建筑结构给予全面、整体的检测是最为重要、关键的检测环节。
　　4  智能结构在建筑工程中应用
　　4.1  屋顶
　　民用建筑物的屋顶均是直接平面敞开，方便直接与大自然的空间接触。因此在土木智能结构设计的过程中，不仅需要结合屋顶的美观与绿化，还需充分考虑智能建筑的屋顶上安装太阳能电池板、降水收集装置和热能利用装置等设备，以快速吸收、利用自然界的热能量和物质。此外，为了避免这些设施遭到破坏，还需采取相应的措施来处理。
　　4.2  墙体
　　在民用建筑结构设计方面，墙体除了起到隔断与承重作用外，还可在建筑墙体内部预留各种型号不同的接线口，方便在墙体内部空间安装各种控制设施、重力与震动传感器。例如在墙体智能化设计方面，使用镀锌钢丝网作为墙体网格，利用引线连接敏感栅电阻元件和测量电路，并在镀锌钢丝网中安装电阻式应变传感器，一旦墙体遭受到外界环境的损坏时，电阻式应变传感器就会接收重力与振动信号，形成蜂鸣警告，经A/D转换器进行数据预处理后，向物业管理平台与消控中心提交控制系统的数据分析处理结果，管理人员就能通过监控界面上获取相应的预警信号，准确找出遭到破坏的墙体位置和对应业主信号，及时采取相应的措施来处理，避免事件进一步恶化。
　　4.3  地面
　　民用建筑内的地面设计，往往使用预制线槽、地毯地面与架空地面的楼板面层等设计方法来设计。其中架空地面布线的操作简单，地下空间容量较大，有足够的空间布设强弱电走线，适用于已有建筑结构的改造施工。预制线槽的楼板面层设计，有利于设计者在民用建筑室内任何一个位置安装走线接口，并且这种结构设计不会形成高低落差，操作简单、方便，在楼板面层下方10cm的位置内可以合理布置管道与走线。而方块地毯的地面结构设计，可在地毯下方安装布线系统，结合系统对建筑物层高的影响，通过扁平线设计的方式来连接设备，减少建筑电气线路交叉点的分支线路，方便日后维护与管理。但需要注意的是，在安装布线结构、电气设施与室内其他家具时，必须做好电气设备的防静电屏蔽工作，提高设施使用的安全性。
　　4.4  天花板
　　智能民用建筑内的天花板作用是辅助照明灯具、消防喷洒、排气出风设施和烟雾传感设施等出口、走向的布设，保证室内装修的美观性。例如在顶棚综合布线方面，为实现智能土木结构的设计，需要根据《住宅设计规范》的相关要求，将普通住宅层高设为2.8m，住宅顶棚综合布线应根据天花板的吊装高度，设为2.5～2.7m，且考虑到各种管线、照明系统、烟感温感报警器、自动喷淋、送风和回风口等设备设施的布置，需要将智能化住宅的层高控制在3.0～3.3m内，然后开凿线槽综合走线，从而达到住宅智能化设计的目的。
　　4.5  建筑物外部空间
　　民用建筑的外部空间是开放的外部空间，在这一区域的智能化设计过程中，为了营造良好的活动空间，设计师需要根据限定的空间，通过变化标高与应用不同的墙体来创造一定的封闭空间。但考虑到建筑物外部空间具有的流动性与开敞性特性，在实际设计时，设计师需要通过独特的空间布置来设计不同空间的应用功能，营造舒适的空间环境。此外，在建筑物外部空间设计方面，由于外部空间容易受日照范围、生活习俗与城市规划的影响，给业主带来不同的感受，设计师在设计时，需要利用空间不同尺寸的差异将民用建筑的外部空间展现出不同的空间形态，填补已有室内空间的先天缺陷，丰富建筑物外部空间，实现外部空间层次感不同的体现。
　　5  结语
　　综上所述，智能土木结构应用有利于实现建筑的小型化、高功率化与多功能化，通过建筑结构的复合控制、耦合连接元件、传感和驱动系统对建筑结构进行监控，对有效利用太阳能、风振与抵御地震等方面起到促进作用，为人们的工作、生活提供安全、舒适的环境。但要想提高智能土木结构的作用，还需将智能土木结构技术灵活运用到现代建筑结构设计中，实现结构管理、控制的智能化。
　　参考文献：
　　[1] 曾数名.土木工程智能结构体系的研究与发展[J].城市建设理论研究（电子版），2016（11）：2770.
　　[2] 李广.民用建筑中土木智能结构体系设计应用[J].建筑工程技术与设计，2013（2）：82.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14957195.htm