CN115389153B - 一种高层建筑结构性部件安全监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高层建筑材料物理性能测试领域，尤其涉及一种高层建筑结构性部件安全监测方法及装置，包括：根据风力计算单个竖向结构性部件因风力承受的最大压力；分拣出各高度中长度最大的结构性部件进行试验；计算各结构性部件的共振频率；分别记录各结构性部件的最大形变量；根据预设形变量判定各结构性部件的安全性，同时对不合格的结构性部件进行告警处理。利用收集气候信息计算风力信息并依据风力信息对高层结构各高度的最不利结构性部件进行测试，在有效提升了监测效率的同时，减少了因破坏性试验带来的损失，从而有效降低了试验成本。

Description

一种高层建筑结构性部件安全监测方法及装置

技术领域

本发明涉及高层建筑材料物理性能测试领域，尤其涉及一种高层建筑结构性部件安全监测方法及装置。

背景技术

随着建筑业的发展，高层建筑的材料性能与结构设置也愈加合理，但是近几年出现了大量因高空风力过大导致高层建筑的晃动达到可以目测的地步，为避免此类现象发生，在高层建筑上部设置阻尼器是较为常见的做法；目前常用阻尼器为悬挂配重或消防水池，对于消防水池阻尼器，当其进行检修时，无法起到作用，此时，高空的风力对于高层建筑中工作、生活的人带来了极大心理压力。中国专利申请公开号：CN112880638A公开了一种高层建筑物沉降监测装置及进行沉降监测的方法，利用设置活塞杆的方式，精准的测量每一刻度下沉的时间区间，提高了监测的精度和数据；中国专利申请公开号：CN113252104A公开了一种基于特征分析的高层建筑建设工程项目施工安全监理预警方法，利用设置安全预警参数的方式，进行阈值的设置，从而自动预测安全隐患；中国专利申请公开号：CN113605529A公开了一种超高层建筑钢结构施工安装方法，利用加固组件的设置，能够增加长钢板与短钢板节点连接的强度。

由此可见，上述技术方案存在以下问题：无法在不进行破坏性试验的前提下，对高层建筑的结构性部件进行防晃测试。

发明内容

为此，本发明提供一种高层建筑结构性部件安全监测方法及装置，用以克服现有技术中无法在不进行破坏性试验的前提下，对高层建筑的结构性部件进行防晃测试的问题，从而有效降低试验成本。

一方面，本发明提供一种高层建筑结构性部件安全监测方法，包括：

步骤S1，利用服务器收集当地气候信息，根据气候信息确定高层建筑的承受的最大风力，并根据风力计算单个竖向设置的结构性部件因风力承受的最大压力；

步骤S2，将位于相同高度的竖向设置的所述结构性部件分为一组，并利用所述服务器分别分拣出各组中长度最大的结构性部件进行试验；

步骤S3，利用所述服务器计算各所述结构性部件的共振频率，并分别将共振频率输入监测装置；

步骤S4，利用所述监测装置以所述最大压力为测试压力，以所述共振频率为周期对各所述结构性部件进行撞击试验，并分别记录各结构性部件的最大形变量，同时将各结构性部件的最大变形量上传至所述服务器；

步骤S5，所述服务器根据预设形变量判定各所述结构性部件的安全性，同时针对不合格的结构性部件质量和/或结构进行告警处理。

进一步地，当所述服务器获取高层建筑中各所述结构性部件因风力承受的最大压力时，服务器根据各结构性部件所处的高度进行计算；

在高层建筑中的单个高度上设有若干所述结构性部件，所述服务器将位于第i高度的各结构性部件中长宽比最大的结构性部件记为第i高度的代表部件，其共振频率为Ti，其中，i=1，2,3，…，n，n为高度数量的最大值，所述服务器中设有第一预设共振频率Tα以及第二预设共振频率Tβ，其中0＜Tα＜Tβ，第一预设共振频率Tα为最小安全共振频率，第二预设共振频率Tβ为最大安全共振频率，服务器将Ti与Tα以及Tβ进行比较，以确定结构性部件的安全性，

若Ti≤Tα，所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于低频安全区域，同时判定位于第i高度在常规状况下无安全隐患；

若Tα＜Ti＜Tβ，所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于非安全区域，同时进行撞击实验以确定处于共振频率时位于第i高度的所述结构性部件的稳定性；

若Tβ≤Ti，所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于高频安全区域，同时判定位于第i高度的所述结构性部件在常规状况下无安全隐患。

进一步地，当所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于非安全区域时，服务器控制监测装置以风力的1.2倍为测试压力、以Ti为周期对位于第i高度的结构性部件锤击预设时长，并记录位于第i高度的结构性部件的最大振幅Ai,服务器中有预设振幅阈值Aδ，服务器将Ai与Aδ比较，以判定所述结构性部件振幅的安全性，

若Ai＜Aδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的振幅未超过阈值，同时判断第i个结构性部件安全；

若Ai≥Aδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的振幅超过阈值，并根据按压试验对第i个结构性部件进行进一步判断，以确定位于第i高度的结构安全性。

进一步地，当所述服务器判定对位于第i高度的所述结构性部件进行按压测试时，所述监测装置将撞击锤按压在结构性部件上，并以与第i高度对应的所述最大风力为按压强度、以Ti为周期对第i个、并以预设方向对结构性部件顺次进行按压，服务器记录位于第i高度的结构性部件的最大形变量为Xi，服务器中设有预设形变量阈值Xδ，服务器将Xi与Xδ进行比较，以确定位于第i高度的结构性部件的安全性，

若Xi＜Xδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的按压形变量未超过阈值，同时判断位于第i高度的结构性部件强度合理，并对结构形式进行告警；

若Ai≥Aδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的振幅超过阈值，同时判断材料性能不足，并针对材料性能发出告警。

进一步地，当所述服务器对结构形式进行告警时，所述服务器判断第i个，第i+1个，…，第n个高度的结构形式同样不合理，并不再对第i个，第i+1个，…，第n个高度的结构性部件进行进一步监测。

进一步地，当所述服务器判断材料性能不足时，更换符合第i高度的材料类别进行监测扔无法满足安全性，所述服务器针对结构形式进行告警。

另一方面，本发明提供一种高层建筑结构性部件安全监测装置，其特征在于，包括：

监测架，用以承载待监测的结构性部件；

锤击器，其跨设在所述监测架上，用以对待监测部件进行锤击；

激光测量器，其设置在所述监测架上，用以测量锤击时所述结构性部件的形变量。

进一步地，所述锤击器包含：

若干锤击发动机，其设置在所述监测架上且能够沿轨道移动，用以对锤击器提供动力以带动所述锤击器在监测架上移动；各所述锤击发动机均与所述服务器相连；

锤击连杆，其与各所述锤击发动机相连，用以稳定各所述锤击器，并使各锤击发动机联动；

锤击配重，其安置在所述锤击连杆上，用以调整锤击的力度；

进一步地，所述激光测量器设置在所述监测架侧面，包含若干激光测量头，各激光测量头设置在不同高度上。

进一步地，安全监测装置外还设有服务器，其分别与各所述锤击发动机以及各所述激光测量头相连，用以上传测量数据，并根据服务器的判定对安全监测装置进行适时调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，利用收集气候信息计算风力信息并依据风力信息对高层结构各高度的最不利结构性部件进行测试，在有效提升了监测效率的同时，减少了因破坏性试验带来的损失，从而有效降低了试验成本。

进一步地，利用判定结构性部件共振频率的方式，快速筛选需要进行进一步测试的部件，在有效减少了监测无效工序的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，利用对结构性部件进行锤击的方式，筛选出振幅大的结构性部件进行进一步测试，在有效减少了监测步骤的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，利用对结构性部件进行按压的方式，对结构性部件的材料性能进行判定，在有效提升了监测结果的合理性的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，当监测出结构形式不安全的高度时，将高于该高度的结构形式同样判定为不合格，在有效减少了无效监测的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，当更换材料后依旧不合理的高度，服务器判定结构形式不合理，在有效提升了监测结果准确性的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，利用设置监测架、锤击器以及激光测量器的方式构成监测装置，在有效降低了废料率的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，利用设置若干锤击发动机、锤击连杆以及锤击配重的方式构成锤击器，在有效提升了监测装置的可修复性的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，利用设置若干激光测量头的方式测量结构性部件的形变量，在有效提升了测量可靠性的同时，进一步降低了试验成本。

进一步地，通过将服务器与监测装置的部件相连的方式，在有效提升了监测装置可控性的同时，进一步降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明高层建筑结构性部件安全监测方法的流程图；

图2为本发明高层建筑结构性部件安全监测装置的结构***图；

图3为本发明监测装置的结构大样图；

图4为本发明锤击发动机的内部结构大样图；

其中：1：锤击器；11：锤击发动机；111：电动机；112；电动机从动轮；113；锤击连杆调整孔；114；锤击发动机轮；12：锤击连杆；13：锤击配重；2：待监测结构性部件；3：监测架轨道；4：监测架。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明高层建筑结构性部件安全监测方法的流程图，包括：

步骤S1，利用服务器收集当地气候信息，根据气候信息确定高层建筑的承受的最大风力，并根据风力计算单个竖向设置的结构性部件因风力承受的最大压力；

步骤S2，将位于相同高度的竖向设置的结构性部件分为一组，并利用服务器分别分拣出各组中长度最大的结构性部件进行试验；

步骤S3，利用服务器计算各结构性部件的共振频率，并分别将共振频率输入监测装置；

步骤S4，利用监测装置以最大压力为测试压力，以共振频率为周期对各结构性部件进行撞击试验，并分别记录各结构性部件的最大形变量，同时将各结构性部件的最大变形量上传至服务器；

步骤S5，服务器根据预设形变量判定各结构性部件的安全性，同时针对不合格的结构性部件质量和/或结构进行告警处理。

利用收集气候信息计算风力信息并依据风力信息对高层结构各高度的最不利结构性部件进行测试，在有效提升了监测效率的同时，减少了因破坏性试验带来的损失，从而有效降低了试验成本。

请参阅图2所示，其为本发明高层建筑结构性部件安全监测装置的结构***图。

当服务器获取高层建筑中各结构性部件因风力承受的最大压力时，服务器根据各结构性部件所处的高度进行计算；

在高层建筑中的单个高度上设有若干结构性部件，服务器将位于第i高度的各结构性部件中长宽比最大的结构性部件记为第i高度的代表部件，其共振频率为Ti，其中，i=1，2,3，…，n，n为高度数量的最大值，服务器中设有第一预设共振频率Tα以及第二预设共振频率Tβ，其中0＜Tα＜Tβ，第一预设共振频率Tα为最小安全共振频率，第二预设共振频率Tβ为最大安全共振频率，服务器将Ti与Tα以及Tβ进行比较，以确定结构性部件的安全性，

若Ti≤Tα，服务器判定位于第i高度的共振频率处于低频安全区域，同时判定位于第i高度在常规状况下无安全隐患；

若Tα＜Ti＜Tβ，服务器判定位于第i高度的共振频率处于非安全区域，同时进行撞击实验以确定处于共振频率时位于第i高度的结构性部件的稳定性；

若Tβ≤Ti，服务器判定位于第i高度的共振频率处于高频安全区域，同时判定位于第i高度的结构性部件在常规状况下无安全隐患。

利用判定结构性部件共振点的方式，快速筛选需要进行进一步测试的部件，在有效减少了监测无效工序的同时，进一步降低了试验成本。

具体而言，当服务器判定位于第i高度的共振频率处于非安全区域时，服务器控制监测装置以风力的1.2倍为测试压力、以Ti为周期对位于第i高度的结构性部件锤击预设时长，并记录位于第i高度的结构性部件的最大振幅Ai,服务器中有预设振幅阈值Aδ，服务器将Ai与Aδ比较，以判定结构性部件振幅的安全性，

若Ai＜Aδ，服务器判定位于第i高度的结构性部件的振幅未超过阈值，同时判断第i个结构性部件安全；

若Ai≥Aδ，服务器判定位于第i高度的结构性部件的振幅超过阈值，并根据按压试验对第i个结构性部件进行进一步判断，以确定位于第i高度的结构安全性。

利用对结构性部件进行锤击的方式，筛选出振幅大的结构性部件进行进一步测试，在在有效减少了监测步骤的同时，进一步降低了试验成本。

具体而言，当服务器判定对位于第i高度的结构性部件进行按压测试时，监测装置将撞击锤按压在结构性部件上，并以与第i高度对应的最大风力为按压强度、以Ti为周期对第i个、并以预设方向对结构性部件顺次进行按压，服务器记录位于第i高度的结构性部件的最大形变量为Xi，服务器中设有预设形变量阈值Xδ，服务器将Xi与Xδ进行比较，以确定位于第i高度的结构性部件的安全性，

若Xi＜Xδ，服务器判定位于第i高度的结构性部件的按压形变量未超过阈值，同时判断位于第i高度的结构性部件强度合理，并对结构形式进行告警；

若Ai≥Aδ，服务器判定位于第i高度的结构性部件的振幅超过阈值，同时判断材料性能不足，并针对材料性能发出告警。

利用对结构性部件进行按压的方式，对结构性部件的材料性能进行判定，在有效提升了监测结果的合理性的同时，进一步降低了试验成本。

具体而言，当服务器对结构形式进行告警时，服务器判断第i个，第i+1个，…，第n个高度的结构形式同样不合理，并不再对第i个，第i+1个，…，第n个高度的结构性部件进行进一步监测。

当监测出结构形式不安全的高度时，将高于该高度的结构形式同样判定为不合格，在有效减少了无效监测的同时，进一步降低了试验成本。

具体而言，当服务器判断材料性能不足时，更换符合第i高度的材料类别进行监测扔无法满足安全性，服务器针对结构形式进行告警。

当更换材料后依旧不合理的高度，服务器判定结构形式不合理，在有效提升了监测结果准确性的同时，进一步降低了试验成本。

请参阅图3所示，其为本发明监测装置的结构大样图，包括：

监测架，用以承载待监测的结构性部件；

锤击器，其跨设在监测架上，用以对待监测部件进行锤击；

激光测量器，其设置在监测架上，用以测量锤击时结构性部件的形变量。

监测架4上设置有监测架轨道3，监测架轨道3两段有限位装置，用以防止脱轨；当进行监测时，待监测结构性部件2放置在监测架4上，用以进行锤击试验；锤击器1跨设在监测架上，其中锤击发动机11上设置的轮子在监测架轨道3中，各锤击发动机11由锤击连杆12相连，用以在锤击连杆12上设置锤击配重13，当开始进行锤击试验时，锤击发动机11带动锤击连杆12进行往复运动，此时锤击配重13以预设频率锤击或按压在待监测结构性部件2上。

利用设置监测架、锤击器以及激光测量器的方式构成监测装置，在有效降低了废料率的同时，进一步降低了试验成本。

具体而言，锤击器包含：

若干锤击发动机，其设置在监测架上且能够沿轨道移动，用以对锤击器提供动力以带动锤击器在监测架上移动；各锤击发动机均与服务器相连；

锤击连杆，其与各锤击发动机相连，用以稳定各锤击器，并使各锤击发动机联动；

锤击配重，其安置在锤击连杆上，用以调整锤击的力度；

利用设置若干锤击发动机、锤击连杆以及锤击配重的方式构成锤击器，在有效提升了监测装置的可修复性的同时，进一步降低了试验成本。

请参阅图4所示，其为本发明锤击发动机的内部结构大样图。

锤击发动机11的外壳内设置有电动机111，电动机111由皮带带动电动机从动轮112，用以带动连接锤击连杆调整孔113上连接的锤击连杆，从而带动锤击配重进行转动；当进行按压试验时，锤击发动机轮114沿轨道移动，以对待监测结构性部件进行试验。

具体而言，激光测量器设置在监测架侧面，包含若干激光测量头，各激光测量头设置在不同高度上。

利用设置若干激光测量头的方式测量结构性部件的形变量，在有效提升了测量可靠性的同时，进一步降低了试验成本。

具体而言，安全监测装置外还设有服务器，其分别与各锤击发动机以及各激光测量头相连，用以上传测量数据，并根据服务器的判定对安全监测装置进行适时调整。

通过将服务器与监测装置的部件相连的方式，在有效提升了监测装置可控性的同时，进一步降低了试验成本。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高层建筑结构性部件安全监测方法，其特征在于，包括：

步骤S1，利用服务器收集当地气候信息，根据气候信息确定高层建筑的承受的最大风力，并根据风力计算单个竖向设置的结构性部件因风力承受的最大压力；

步骤S2，将位于相同高度的竖向设置的所述结构性部件分为一组，并利用所述服务器分别分拣出各组中长度最大的结构性部件进行试验；

步骤S3，利用所述服务器计算各所述结构性部件的共振频率，并分别将共振频率输入监测装置；

步骤S4，利用所述监测装置以所述最大压力为测试压力，以所述共振频率为周期对各所述结构性部件进行撞击试验，并分别记录各结构性部件的最大形变量，同时将各结构性部件的最大变形量上传至所述服务器；

步骤S5，所述服务器根据预设形变量判定各所述结构性部件的安全性，同时针对不合格的结构性部件质量和/或结构进行告警处理；

当所述服务器获取高层建筑中各所述结构性部件因风力承受的最大压力时，服务器根据各结构性部件所处的高度进行计算；

在高层建筑中的单个高度上设有若干所述结构性部件，所述服务器将位于第i高度的各结构性部件中长宽比最大的结构性部件记为第i高度的代表部件，其共振频率为Ti，其中，i=1，2,3，…，n，n为高度数量的最大值，所述服务器中设有第一预设共振频率Tα以及第二预设共振频率Tβ，其中0＜Tα＜Tβ，第一预设共振频率Tα为最小安全共振频率，第二预设共振频率Tβ为最大安全共振频率，服务器将Ti与Tα以及Tβ进行比较，以确定结构性部件的安全性，

若Ti≤Tα，所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于低频安全区域，同时判定位于第i高度在常规状况下无安全隐患；

若Tα＜Ti＜Tβ，所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于非安全区域，同时进行撞击实验以确定处于共振频率时位于第i高度的所述结构性部件的稳定性；

若Tβ≤Ti，所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于高频安全区域，同时判定位于第i高度的所述结构性部件在常规状况下无安全隐患；

当所述服务器判定位于第i高度的共振频率处于非安全区域时，服务器控制监测装置以风力的1.2倍为测试压力、以Ti为周期对位于第i高度的结构性部件锤击预设时长，并记录位于第i高度的结构性部件的最大振幅Ai,服务器中有预设振幅阈值Aδ，服务器将Ai与Aδ比较，以判定所述结构性部件振幅的安全性，

若Ai＜Aδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的振幅未超过阈值，同时判断第i个结构性部件安全；

若Ai≥Aδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的振幅超过阈值，并根据按压试验对第i个结构性部件进行进一步判断，以确定位于第i高度的结构安全性；

当所述服务器判定对位于第i高度的所述结构性部件进行按压测试时，所述监测装置将撞击锤按压在结构性部件上，并以与第i高度对应的所述最大风力为按压强度、以Ti为周期对第i个、并以预设方向对结构性部件顺次进行按压，服务器记录位于第i高度的结构性部件的最大形变量为Xi，服务器中设有预设形变量阈值Xδ，服务器将Xi与Xδ进行比较，以确定位于第i高度的结构性部件的安全性，

若Xi＜Xδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的按压形变量未超过阈值，同时判断位于第i高度的结构性部件强度合理，并对结构形式进行告警；

若Ai≥Aδ，所述服务器判定位于第i高度的所述结构性部件的振幅超过阈值，同时判断材料性能不足，并针对材料性能发出告警。

2.根据权利要求1所述的高层建筑结构性部件安全监测方法，其特征在于，当所述服务器对结构形式进行告警时，所述服务器判断第i个，第i+1个，…，第n个高度的结构形式同样不合理，并不再对第i个，第i+1个，…，第n个高度的结构性部件进行进一步监测。

3.根据权利要求2所述的高层建筑结构性部件安全监测方法，其特征在于，当所述服务器判断材料性能不足时，更换符合第i高度的材料类别进行监测扔无法满足安全性，所述服务器针对结构形式进行告警。

4.一种使用权利要求1-3任一项权利要求所述方法的高层建筑结构性部件安全监测装置，其特征在于，包括：

监测架，用以承载待监测的结构性部件；

锤击器，其跨设在所述监测架上，用以对待监测部件进行锤击；

激光测量器，其设置在所述监测架上，用以测量锤击时所述结构性部件的形变量。

5.根据权利要求4所述的高层建筑结构性部件安全监测装置，其特征在于，所述锤击器包含：

若干锤击发动机，其设置在所述监测架上且能够沿轨道移动，用以对锤击器提供动力以带动所述锤击器在监测架上移动；各所述锤击发动机均与所述服务器相连；

锤击连杆，其与各所述锤击发动机相连，用以稳定各所述锤击器，并使各锤击发动机联动；

锤击配重，其安置在所述锤击连杆上，用以调整锤击的力度。

6.根据权利要求5所述的高层建筑结构性部件安全监测装置，其特征在于，所述激光测量器设置在所述监测架侧面，包含若干激光测量头，各激光测量头设置在不同高度上。

7.根据权利要求6所述的高层建筑结构性部件安全监测装置，其特征在于，安全监测装置外还设有服务器，其分别与各所述锤击发动机以及各所述激光测量头相连，用以上传测量数据，并根据服务器的判定对安全监测装置进行适时调整。

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