CN109883471A - 玻璃幕墙结构安全性监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃幕墙结构安全性监测方法，包括如下步骤：传感器设置，在玻璃幕墙结构上设置温度传感器、压力传感器、应力传感器、位移传感器；参数测量，测量室内外温差ΔW，玻璃表面压力P，得到玻璃承载力P承，测量龙骨应力值ρ、相对变形值DX；玻璃幕墙结构分区；设置预警值，其中设置预警系数值分别为A、B、C、D；分级分区预警，针对不同的分区设置相同或不同的预警系数值，并在监视器上显示该分区预警颜色。本发明监测数据更为客观和全面、对玻璃幕墙结构的安全性更有保证，且能实时监测预警，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测方法，特别是玻璃幕墙结构安全性监测方法，属于土木工程结构监测技术领域。
背景技术
现代建筑中，玻璃幕墙因为材料相对轻便、施工工艺简单、可轻易建造出形式多样且优雅美观的高层建筑，同时具备良好的防风、防雨等优点，而得到广泛的应用。
现有的玻璃幕墙(特别是隐框玻璃幕墙和全玻幕墙)的玻璃板主要通过粘胶(或称结构胶)粘结固定。而玻璃幕墙长时间服役使用后，其粘胶会出现因老化以及局部脱落等因素所引起的结构损伤，且随着结构损伤程度的加剧，粘胶对玻璃板的粘结力会不断下降，同时，玻璃的固有频率变化率也不断增大。当粘胶的粘结力下降至不足于支撑玻璃板时，玻璃板就会坠落，对公众的生命和财产安全造成严重威胁。另外，玻璃幕墙在外部热辐射(例如太阳辐射或者火焰辐射等)作用下，温度会升高，当温度升高至超过安全范围(一般在夏日的太阳强烈辐射或者火灾火焰辐射下，可能升高至超出安全范围)时，玻璃板，特别是长期服役使用的玻璃板可能出现爆裂，并严重威胁公众的生命和财产安全。
为了防止玻璃幕墙的玻璃板因粘胶结构损伤严重而坠落，检测人员利用玻璃板的固有频率变化率会随粘胶结构损伤程度的加剧而增大的特点，通过检测玻璃板的固有频率变化率来识别粘胶的结构损伤程度，以判断粘胶的结构损伤程度是否超出安全范围，并作出是否对玻璃幕墙进行维护的决定。
现有的检测做法是通过人工定期(例如一个月或者半年等)对玻璃幕墙进行检测，即先现场在待检测玻璃板表面安装加速度传感器，并通过数据线将加速度传感器与现场携带的数据采集装置连接；然后，手持塑胶锤子轻微敲击玻璃板以使玻璃板产生振动，并由数据采集装置通过加速度传感器采集玻璃板的加速度数据；然后，由检测人员将数据采集装置带回检测中心，并将加速度数据导入分析装置进行分析，以得到玻璃板的固有频率变化数据；最后根据得到的玻璃板的固有频率变化数据判粘胶的结构损伤是否超出安全范围，并作出相应的应对措施。
现有的这种检测方式，虽能起到一定程度上预防作用，并能在一定程度上降低玻璃幕墙因粘胶结构损伤过度而坠落的概率。但这种通过人工检测的方式，存在如下不足：1、这种现场安装加速度传感器和数据采集装置采集加速度数据，采集完拆卸并带回检测中心分析的人工检测方式，存在效率低成本高的问题。2、每次检测都要现行安装和拆卸工作，除了效率低之外，对于一些地方，每次检测都需要高空作业，危险性较高。3、定期检测的方式，时间跨度较大(如为一个月、半年甚至一年等)，可能在下一次检测之前，粘胶的结构损伤就已加剧至超出安全范围，并出现玻璃板坠落的情况，仍然存在严重威胁公众的生命和财产安全的可能性。
为了解决上述问题，CN201710545524.2公开了一种玻璃幕墙安全监测系统以及监测方法，其先通过激振装置自动地轻微敲击玻璃板，使加速度传感器和温度传感器自动采集玻璃板的加速度数据和温度数据，并由其第一无线通信模块和第二无线通信模块向外发送；然后通过数据采集装置接收加速度数据和温度数据，并由数据分析装置对数据采集装置接收到的加速度数据和温度数据进行分析，以得出玻璃板的固有频率变化数据和温度变化数据，并在数据显示器上显示，以供监测管理人员观察确定玻璃板的固有频率变化数据和温度数据是否超出设定的安全范围，并及时作出是否需要对目标玻璃幕墙进行维护的决定，从而实现对玻璃幕墙粘胶结构损伤和温度的自动化监测，以节省人力并降低成本。
但没有考虑建筑物不同分区、内外温差、玻璃承载力、钢骨应力以及玻璃幕墙相对变形的中的一种或几种同时作用对结构的影响。因此，研究一种考虑多因素的结构安全性监测方法亟待解决。
发明内容
为解决现有技术的上述不足，本发明提出了一种玻璃幕墙结构安全性监测方法，用以全方位、全角度解决玻璃幕墙结构的安全监测问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
玻璃幕墙结构安全性监测方法，包括如下步骤：
步骤一：传感器设置
在玻璃幕墙结构上设置温度传感器、压力传感器、应力传感器、位移传感器；所述温度传感器包括室外温度传感器以及室内温度传感器，室外温度传感器以及室内温度传感器分别设置于玻璃幕墙外侧和内侧；在玻璃外表面贴设压力传感器；在玻璃幕墙结构的龙骨上贴设应力传感器和用来测量相对变形的位移传感器；
步骤二：参数测量
室外温度传感器测量室外温度W外，室内温度传感器测量室内温度W内，W内-W外即得到室内外温差ΔW；采用压力传感器测量玻璃表面压力P，将玻璃表面压力P乘以玻璃面积得到玻璃承载力P承；采用应力传感器测量龙骨应力值ρ；采用成对的位移传感器测量单块玻璃对角的相对变形值DX；
步骤三：玻璃幕墙结构分区
将玻璃幕墙结构分区；
步骤四：设置预警值
设置室内外温差最大值ΔWMAX；设置玻璃极限承载力P承MAX；设置相对变形最大值DXMAX；设置龙骨最大应力值ρ为龙骨设计承载力ρ设计；设置预警系数值分别为A、B、C、D；
步骤五：分级分区预警
针对不同的分区设置相同或不同的预警系数值；设参数Y为︱ΔW︱或P承或︱DX︱或ρ，设参数最大值YMAX为ΔWMAX或P承MAX或DXMAX或ρ设计；针对不同的参数，当A*YMAX＜Y≤B*YMAX时，在监视器上显示该分区预警颜色为黄色；当B*YMAX＜Y≤C*YMAX时，在监视器上显示该分区预警颜色为橙色；当C*YMAX＜Y≤D*YMAX时，在监视器上显示该分区预警颜色为红色。
进一步地，所述步骤三中，所述分区是按照玻璃幕墙结构的使用功能或楼层分区。
进一步地，采用楼层分区时，第1-3层为第一分区，第4-10为第二分区，第11-20层为第三分区，21层以上为第四分区。
进一步地，所述A为40-60％，所述B为70-90％，所述C为100-110％，所述D为120-130％，其针对玻璃幕墙结构不同分区采用不同的预警系数值并与不同分区相互组合形成不同的分级分区预警方案。
进一步地，所述第一、二、三、四分区中，采用的所述预警系数值A、B、C、D分别为50％、80％、100％以及120％。
进一步地，所述位移传感器成对设置，并对角设置在玻璃四周的龙骨上，用以测量玻璃四周龙骨对角的相对变形。
进一步地，所述室内外温差最大值ΔWMAX为30℃，所述相对变形最大值DXMAX为1cm；所述龙骨设计承载力ρ设计为5MPa。
进一步地，所述步骤五中，将所述步骤二中的数据通过传感器子系统获得，传感器子系统包括步骤二中的各个传感器，数据采集系统采集传感器子系统拾取的数据，通过数据传输系统传输到中心服务器，中心服务器接收数据后，对数据进行判断和预处理，并存入中心服务器的数据管理中心，中心服务器的安全评价系统设置有步骤四的预警值，并调用数据管理中心的数据，进行玻璃幕墙结构分级分区安全评定，评定结构在监控中心的监视器上实时显示，并及时预警。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
本发明从各个角度，即考虑建筑物不同分区、内外温差、玻璃承载力、钢骨应力以及玻璃幕墙相对变形的中的一种或几种同时作用对结构的影响，相对于现有技术的监测方案，其监测数据更为客观和全面、对玻璃幕墙结构的安全性更有保证，且能实时监测预警，自动化程度高，因此具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为玻璃幕墙结构上传感器结构布置示意图；
图2为按照楼层分区示意图；
图3为按照功能分区示意图；
图4为预警系统设置图。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
玻璃幕墙结构安全性监测方法，包括如下步骤：
步骤一：传感器设置
如图1所示，在玻璃幕墙结构上设置温度传感器1、压力传感器2、应力传感器3、位移传感器4。温度传感器1包括室外温度传感器11以及室内温度传感器12，室外温度传感器11以及室内温度传感器12分别设置于玻璃幕墙外侧和内侧。在玻璃5外表面贴设压力传感器2。在玻璃幕墙结构的龙骨6上贴设应力传感器3和用来测量相对变形的位移传感器4。
步骤二：参数测量
室外温度传感器11测量室外温度W外，室内温度传感器12测量室内温度W内，W内-W外即得到室内外温差ΔW。采用压力传感器2测量玻璃表面压力P，将玻璃表面压力P乘以玻璃面积得到玻璃承载力P承。采用应力传感器3测量龙骨应力值ρ。采用成对的位移传感器4测量单块玻璃5对角的相对变形值DX，位移传感器4成对设置，并对角设置在玻璃5四周的龙骨6上，用以测量玻璃5四周龙骨6对角的相对变形。
步骤三：玻璃幕墙结构分区
如图2所示，将玻璃幕墙结构分区。分区是按照玻璃幕墙结构的楼层分区，第1-3层为第一分区，第4-10为第二分区，第11-20层为第三分区，21层以上为第四分区。
步骤四：设置预警值
设置室内外温差最大值ΔWMAX。设置玻璃极限承载力P承MAX。设置相对变形最大值DXMAX。设置龙骨最大应力值ρ为龙骨设计承载力ρ设计。设置预警系数值分别为A、B、C、D。本实施例中，预警系数值A、B、C、D分别为50％、80％、100％以及120％。第一、二、三、四分区的预警系数值A、B、C、D均相同。
步骤五：分级分区预警
如图4所示，将步骤二中的数据通过传感器子系统获得，传感器子系统包括步骤二中的各个传感器，数据采集系统采集传感器子系统拾取的数据，通过数据传输系统传输到中心服务器，中心服务器接收数据后，对数据进行判断和预处理，并存入中心服务器的数据管理中心，中心服务器的安全评价系统设置有步骤四的预警值，并调用数据管理中心的数据，进行玻璃幕墙结构分级分区安全评定，评定结构在监控中心的监视器上实时显示，并及时预警。
对于第一分区：
对于温差监测来说，当50％*ΔWMAX＜︱ΔW︱≤80％*ΔWMAX时，在监视器上显示该分区温差预警颜色为黄色。当80％*ΔWMAX＜︱ΔW︱≤100％*ΔWMAX时，在监视器上显示该分区温差预警颜色为橙色。当100％*ΔWMAX＜︱ΔW︱≤120％*ΔWMAX时，在监视器上显示该分区温差预警颜色为红色。室内外温差最大值ΔWMAX为30℃。︱ΔW︱代表室内外温差绝对值。
对于玻璃承载力来说，当50％*P承MAX＜P承≤80％*P承MAX时，在监视器上显示该分区玻璃承载力预警颜色为黄色。当80％*P承MAX＜P承≤100％*P承MAX时，在监视器上显示该分区玻璃承载力预警颜色为橙色。当100％*P承MAX＜P承≤120％*P承MAX时，在监视器上显示该分区玻璃承载力预警颜色为红色。
对于单块玻璃对角相对变形来说，当50％*DXMAX＜︱DX︱≤80％*DXMAX时，在监视器上显示该分区相对变形预警颜色为黄色。当80％*DXMAX＜︱DX︱≤100％*DXMAX时，在监视器上显示该分区相对变形预警颜色为橙色。当100％*DXMAX＜︱DX︱≤120％*DXMAX时，在监视器上显示该分区相对变形预警颜色为红色。相对变形最大值DXMAX为1cm。︱DX︱代表DX的绝对值。
对于龙骨应力来说，当50％*ρ设计＜ρ≤80％*ρ设计时，在监视器上显示该分区龙骨应力预警颜色为黄色。当80％*ρ设计＜ρ≤100％*ρ设计时，在监视器上显示该分区龙骨应力预警颜色为橙色。当100％*ρ设计＜ρ≤120％*ρ设计时，在监视器上显示该分区龙骨应力预警颜色为红色。龙骨设计承载力ρ设计为5MPa。
同理，对于第二、第三、第四分区来说，其各个监测方案同第一分区。
当上述预警颜色为红色时，预示上述结构随时会发生破坏。
实施例2
本实施例中，如图1、3、4所示，根据结构功能将结构平面分成四个分区，办公区为第一分区，休息区为第二分区，娱乐区为第三分区，会客区为第四分区。第一分区的预警系数值A、B、C、D分别为40％、70％、100％以及120％，第二分区的预警系数值A、B、C、D分别为50％、80％、105％以及125％，第三分区的预警系数值A、B、C、D分别为55％、85％、110％以及130％，第四分区的预警系数值A、B、C、D分别为60％、90％、110％以及130％。其它结构及传感器设置和监测步骤同实施例1，此处不再详述。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。
Claims (8)
1.玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤一：传感器设置
在玻璃幕墙结构上设置温度传感器、压力传感器、应力传感器、位移传感器；所述温度传感器包括室外温度传感器以及室内温度传感器，室外温度传感器以及室内温度传感器分别设置于玻璃幕墙外侧和内侧；在玻璃外表面贴设压力传感器；在玻璃幕墙结构的龙骨上贴设应力传感器和用来测量相对变形的位移传感器；
步骤二：参数测量
室外温度传感器测量室外温度W外，室内温度传感器测量室内温度W内，W内-W外即得到室内外温差ΔW；采用压力传感器测量玻璃表面压力P，将玻璃表面压力P乘以玻璃面积得到玻璃承载力P承；采用应力传感器测量龙骨应力值ρ；采用成对的位移传感器测量单块玻璃对角的相对变形值DX；
步骤三：玻璃幕墙结构分区
将玻璃幕墙结构分区；
步骤四：设置预警值
设置室内外温差最大值ΔWMAX；设置玻璃极限承载力P承MAX；设置相对变形最大值DXMAX；设置龙骨最大应力值ρ为龙骨设计承载力ρ设计；设置预警系数值分别为A、B、C、D；
步骤五：分级分区预警
针对不同的分区设置相同或不同的预警系数值；设参数Y为︱ΔW︱或P承或︱DX︱或ρ，设参数最大值YMAX为ΔWMAX或P承MAX或DXMAX或ρ设计；针对不同的参数，当A*YMAX＜Y≤B*YMAX时，在监视器上显示该分区预警颜色为黄色；当B*YMAX＜Y≤C*YMAX时，在监视器上显示该分区预警颜色为橙色；当C*YMAX＜Y≤D*YMAX时，在监视器上显示该分区预警颜色为红色。
2.根据权利要求1所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：所述步骤三中，所述分区是按照玻璃幕墙结构的使用功能或楼层分区。
3.根据权利要求2所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：采用楼层分区时，第1-3层为第一分区，第4-10为第二分区，第11-20层为第三分区，21层以上为第四分区。
4.根据权利要求3所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：所述A为40-60％，所述B为70-90％，所述C为100-110％，所述D为120-130％，其针对玻璃幕墙结构不同分区采用不同的预警系数值并与不同分区相互组合形成不同的分级分区预警方案。
5.根据权利要求4所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：所述第一、二、三、四分区中，采用的所述预警系数值A、B、C、D分别为50％、80％、100％以及120％。
6.根据权利要求1所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：所述位移传感器成对设置，并对角设置在玻璃四周的龙骨上，用以测量玻璃四周龙骨对角的相对变形。
7.根据权利要求1所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：所述室内外温差最大值ΔWMAX为30℃，所述相对变形最大值DXMAX为1cm；所述龙骨设计承载力ρ设计为5MPa。
8.根据权利要求1所述的玻璃幕墙结构安全性监测方法，其特征在于：所述步骤五中，将所述步骤二中的数据通过传感器子系统获得，传感器子系统包括步骤二中的各个传感器，数据采集系统采集传感器子系统拾取的数据，通过数据传输系统传输到中心服务器，中心服务器接收数据后，对数据进行判断和预处理，并存入中心服务器的数据管理中心，中心服务器的安全评价系统设置有步骤四的预警值，并调用数据管理中心的数据，进行玻璃幕墙结构分级分区安全评定，评定结构在监控中心的监视器上实时显示，并及时预警。
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