CN110006676B - 一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法及系统 - Google Patents

一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑健康监测领域，具体一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法，包括获取建筑结构响应参数；获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围；将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能。本发明通过利用现有技术已存在的建筑健康监测系统检测到的建筑结构响应参数，并通过已有规范和指导文件获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围信息，通过判断获取到的建筑结构响应参数的大小所在的数值范围，即可标定出建筑性能即建筑损伤等级，进而实现全面评价建筑结构健康状况。

Description

一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法及系统
技术领域
本发明涉及建筑健康监测领域，特别涉及一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法及系统。
背景技术
现有的建筑健康监测体系，仅根据采集到的数据对建筑性能进行定性描述，而不对建筑结构进行性能化分析，即只根据采集到的数据判断建筑结构是否存在损伤，而不对建筑的损伤程度进行判断，导致无法全面评价建筑结构健康状况。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法，该方法能够对建筑损伤等级进行评定，为全面评价建筑结构健康状况提供基础。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
获取建筑结构响应参数；
获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，实现建筑性能的评估。
与现有技术相比，本发明通过利用现有技术已存在的建筑健康监测系统检测到的建筑结构响应参数，并通过已有规范和指导文件获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围信息，通过判断获取到的建筑结构响应参数的大小所在的数值范围，即可标定出建筑性能即建筑损伤等级，进而实现全面评价建筑结构健康状况。
作为优选，所述建筑结构响应参数包括建筑层间位移角，所述建筑性能包括结构构件损伤等级，所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围包括结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，包括如下步骤：
将所述建筑层间位移角与所述结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对以标定结构构件损伤等级。
作为优选，所述建筑结构响应参数还包括楼层加速度，所述建筑性能还包括非结构构件损伤等级，所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围包括非结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角或楼层加速度的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，包括如下步骤：
将所述建筑层间位移角与所述非结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对以标定非结构构件损伤等级，或将所述楼层加速度与所述非结构构件损伤等级对应的楼层加速度的数值范围进行比对以标定非结构构件损伤等级。
作为优选，所述建筑性能包括结构损伤等级；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
计算结构损伤参数，所述结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类结构构件个数占该类结构构件总数的百分比；
获取结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围；
将所述结构损伤参数与所述结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围进行比对以标定结构损伤等级。
作为优选，所述建筑性能包括非结构损伤等级；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
计算非结构损伤参数，所述非结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类非结构构件个数占该类非结构构件总数的百分比；
获取非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围；
将所述非结构损伤参数与所述非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围进行比对以标定非结构损伤等级。
作为优选，所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级包括轻度损伤、中度损伤、严重损伤；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级超出轻度损伤时，向人机交互界面发送预警信息。
作为优选，还包括如下步骤：
获取结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级对应的修复成本；
根据标定的所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级计算损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和。
本发明另一方面还提供一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估系统，包括：
数据读取模块，用于读取和存储建筑结构响应参数；
数据存储模块，用于存储建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围信息；
性能评估模块，用于将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能。
作为优选，所述建筑性能包括结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级，所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级包括轻度损伤、中度损伤、严重损伤；
所述建筑性能评估系统还包括：
预警模块，用于所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级超出轻度损伤时，向人机交互界面发送预警信息。
作为优选，所述数据存储模块还用于存储所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级对应的修复成本；
所述建筑性能评估系统还包括：
经济损失评价模块，根据标定的所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级，计算损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和。
附图说明
现结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法的流程示意图；
图2是本发明一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估系统的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法，包括如下步骤：
S1、获取建筑结构响应参数；
S2、获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围；
S3、将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，实现建筑性能的评估。
与现有技术相比，本发明通过利用现有技术已存在的建筑健康监测系统检测到的建筑结构响应参数，并通过已有规范和指导文件获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围信息，通过判断获取到的建筑结构响应参数的大小所在的数值范围，即可标定出建筑性能即建筑损伤等级，进而实现全面评价建筑结构健康状况。
优选的，所述建筑结构响应参数包括建筑层间位移角，所述建筑性能包括结构构件损伤等级，所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围包括结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，包括如下步骤：
将所述建筑层间位移角与所述结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对以标定结构构件损伤等级。
优选的，所述建筑结构响应参数还包括楼层加速度，所述建筑性能还包括非结构构件损伤等级，所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围包括非结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角或楼层加速度的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，包括如下步骤：
将所述建筑层间位移角与所述非结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对以标定非结构构件损伤等级，或将所述楼层加速度与所述非结构构件损伤等级对应的楼层加速度的数值范围进行比对以标定非结构构件损伤等级。
下面对结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级的标定过程进行详细说明。
结构构件包括如梁、柱、剪力墙等；非结构构件包括填充墙、门窗、幕墙、吊顶、电梯设备等。
结构构件以层间位移角(θ)为破坏参数，非结构构件以层间位移角(θ)或楼面加速度(a)为破坏参数，非结构构件根据破坏参数可划分为隔墙类、门窗类、吊顶类、普通θ敏感类、普通a敏感类等。建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围如表1所示：
Figure GDA0003043669830000041
表1各类结构构件和非结构构件损伤等级的限值
表1中，L1表示轻度损伤，L2表示中等损伤，L3表示严重损伤，L4表示倒塌状态。
根据获取的建筑结构响应参数如层间位移角的大小，在层间位移角(θ)小于1.00时，表示梁正常，柱也正常；
在层间位移角(θ)大于等于1.00、小于1.50时，表示梁、柱处于轻度损伤等级，即标定梁、柱为L1级；
在层间位移角(θ)大于等于1.50、小于2.00时，表示梁、柱处于中等损伤等级，即标定梁、柱为L2级；
根据获取的建筑结构响应参数如楼面加速度(a)，在楼面加速度(a)小于0.25时，表示普通a敏感类正常；
在楼面加速度(a)大于等于0.25、小于0.50时，表示普通a敏感类处于轻度损伤等级，即标定普通a敏感类为L1级。
以此类推，获得各类结构构件和非结构构件的损伤等级Li，i取1～4。
本发明通过对结构构件和非结构构件的损伤等级的标定，实现建筑性能化分析。
优选的，所述建筑性能包括结构损伤等级；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
计算结构损伤参数，所述结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类结构构件个数占该类结构构件总数的百分比；
获取结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围；
将所述结构损伤参数与所述结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围进行比对以标定结构损伤等级。
优选的，所述建筑性能包括非结构损伤等级；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
计算非结构损伤参数，所述非结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类非结构构件个数占该类非结构构件总数的百分比；
获取非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围；
将所述非结构损伤参数与所述非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围进行比对以标定非结构损伤等级。
下面对结构损伤等级和非结构损伤等级的标定过程进行详细说明。
结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围如表2所示：
Figure GDA0003043669830000051
Figure GDA0003043669830000061
表2结构损伤等级限值
表2中，各个数据表示同一类结构构件的同一损伤级别的损伤个数占该类结构构件总数的百分比。
如，当计算出的损伤等级为L1级的梁的个数占给建筑中所有梁的个数的百分比，大于等于5％以上、小于30％时，表示结构损伤等级为轻微破坏，即标定结构损伤等级为SPL-1级；
当计算出的损伤等级为L2级的梁的个数占给建筑中所有梁的个数的百分比，为50％以上时，表示建筑结构的损伤的等级为严重破坏，即标定结构损伤等级为SPL-3级；
当计算出的损伤等级为L1级的柱的个数占给建筑中所有柱的个数的百分比，为5％以上，表示结构损伤等级为中等破坏，即标定结构损伤等级为SPL-2级，以此类推。表3中，“--”表示无限制值。
同理，根据非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围，即可标定非结构损伤等级NSPL-i，i取1～4，表示损伤的等级。
优选的，作为优选，所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级包括轻度损伤、中度损伤、严重损伤；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级超出轻度损伤时，向人机交互界面发送预警信息。
作为优选，还包括如下步骤：
获取结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级对应的修复成本；
根据标定的所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级计算损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和。
下面对建筑的修复成本的计算过程进行详细说明。
结构构件损伤等级和非结构构件各个损伤等级的修复成本信息如表3所示：
Figure GDA0003043669830000062
Figure GDA0003043669830000071
表3各类结构构件和非结构构件损伤等级对应的修复成本
表2中，C表示构件修复费用与原构件成本的比值。C1表示梁的修复成本比值，各类结构构件或非结构构件的修复成本为：C×成本。如当梁的损伤等级为L1级时，梁的修复成本为0.10×梁的成本；当梁的损伤等级为L2级时，梁的修复成本为0.30×梁的成本；当梁的损伤等级为L3级时，梁的修复成本为0.40×梁的成本；以此类推。
损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和CB的计算公式如下：
Figure GDA0003043669830000072
Figure GDA0003043669830000073
CB＝CS+CNS
j表示结构构件种类，i表示第i件结构构件构件，Cij表示j种类结构构件中第i件结构构件的修复成本，m表示结构构件种类，me表示j种类中结构构件个数；J表示非结构构件种类，I表示第I件非结构构件构件，CIJ表示J种类非结构构件中第I件非结构构件的修复成本，n表示非结构构件种类，ne表示j种类中非结构构件个数。
如图2所示，本发明另一方面还提供一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估系统，包括：
数据读取模块1，用于读取和存储建筑结构响应参数；
数据存储模块2，用于存储建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围信息；
性能评估模块3，用于将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能。
下面以标定结构损伤等级为例，对该建筑性能评估系统进行详细说明。
在该系统中，数据读取模块与现有的建筑健康监测系统连接，并读取和存储建筑健康监测系统检测到的建筑层间位移角的数值信息；性能评估模块将获取的建筑层间位移角的数值与数据存储模块中存储的结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对，确定获取的建筑层间位移角落在哪个结构损伤等级的数值范围内，进而标定出结构构件的损伤等级。
进一步地，所述建筑性能包括结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级，所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级包括轻度损伤、中度损伤、严重损伤；
所述建筑性能评估系统还包括：
预警模块4，用于所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级超出轻度损伤时，向人机交互界面发送预警信息。
进一步地，所述数据存储模块还用于存储所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级对应的修复成本；
所述建筑性能评估系统还包括：
经济损失评价模块5，根据标定的所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级，计算损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和。
其中，所述建筑性能还包括结构损伤等级、非结构损伤等级；所述数据存储模块还用于存储件所述损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围和所述非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围；所述结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类结构构件个数占该类结构构件总数的百分比，所述非结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类非结构构件个数占该类非结构构件总数的百分比。
所述性能评估模块还用于根据标定的结构构件损伤等级、非结构构件损伤等级的个数，计算当前建筑的结构损伤参数和非结构损伤参数；同时，将当前建筑的结构损伤参数与所述结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围进行比对以标定结构损伤等级；将当前建筑的非结构损伤参数与所述非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围进行比对以标定非结构损伤等级。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。

Claims (6)

1.一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取建筑结构响应参数；
获取建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，实现建筑性能的评估；
所述建筑结构响应参数包括建筑层间位移角，所述建筑性能包括结构构件损伤等级，所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围包括结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，包括如下步骤：
将所述建筑层间位移角与所述结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对以标定结构构件损伤等级；
所述建筑结构响应参数还包括楼层加速度，所述建筑性能还包括非结构构件损伤等级，所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围包括非结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角或楼层加速度的数值范围；
将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能，包括如下步骤：
将所述建筑层间位移角与所述非结构构件损伤等级对应的建筑层间位移角的数值范围进行比对以标定非结构构件损伤等级，或将所述楼层加速度与所述非结构构件损伤等级对应的楼层加速度的数值范围进行比对以标定非结构构件损伤等级；
获取结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级对应的修复成本；
根据标定的所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级计算损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和。
2.根据权利要求1所述的建筑性能评估方法，其特征在于，所述建筑性能包括结构损伤等级；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
计算结构损伤参数，所述结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类结构构件个数占该类结构构件总数的百分比；
获取结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围；
将所述结构损伤参数与所述结构损伤等级对应的结构损伤参数的数值范围进行比对以标定结构损伤等级。
3.根据权利要求1所述的建筑性能评估方法，其特征在于，所述建筑性能包括非结构损伤等级；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
计算非结构损伤参数，所述非结构损伤参数是指相同损伤等级的同一类非结构构件个数占该类非结构构件总数的百分比；
获取非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围；
将所述非结构损伤参数与所述非结构损伤等级对应的非结构损伤参数的数值范围进行比对以标定非结构损伤等级。
4.根据权利要求1所述的建筑性能评估方法，其特征在于，所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级包括轻度损伤、中度损伤、严重损伤；
所述建筑性能评估方法还包括如下步骤：
所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级超出轻度损伤时，向人机交互界面发送预警信息。
5.一种基于结构健康监测数据的建筑性能评估系统，基于权利要求1所述的建筑性能评估方法，其特征在于，包括：
数据读取模块，用于读取和存储建筑结构响应参数；
数据存储模块，用于存储建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围信息；
性能评估模块，用于将所述建筑结构响应参数与所述建筑性能对应的建筑结构响应参数的数值范围进行比对以标定建筑性能；
所述数据存储模块还用于存储所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级对应的修复成本；
所述建筑性能评估系统还包括：
经济损失评价模块，根据标定的所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级，计算损伤的结构构件和非结构构件的修复成本的总和。
6.根据权利要求5所述的建筑性能评估系统，其特征在于，所述建筑性能包括结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级，所述结构构件损伤等级和非结构构件损伤等级包括轻度损伤、中度损伤、严重损伤；
所述建筑性能评估系统还包括：
预警模块，用于所述结构构件损伤等级或非结构构件损伤等级超出轻度损伤时，向人机交互界面发送预警信息。
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