CN110306734A - 屋面板风揭数据采集装置、防风揭预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种屋面板风揭数据采集装置、防风揭预警方法及系统。屋面板风揭数据采集装置包括感应件、柔性拉索、约束件和换向件。感应件用于感测屋面板掀动情况。柔性拉索张拉在屋面板上且两端分别与屋面板和感应件连接。约束件连接在屋面板上用于将柔性拉索可滑动地保持在屋面板上。换向件连接在屋面板的端侧或屋面板的支座上用于将柔性拉索支起使得感应件对柔性拉索形成悬吊拉力。防风揭预警方法及系统通过屋面板风揭数据采集装置对屋面板的风揭数据进行采集，其能够及时地获取屋面板的风揭破坏情况，提供及时维修的依据，大大减少屋面板的风揭破坏危险。

Description

屋面板风揭数据采集装置、防风揭预警方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑构件技术领域，尤其涉及一种屋面板风揭数据采集装置、防风揭预警方法及系统。

背景技术

随着经济的不断发展，火车站、机场、体育场等大跨度空间结构如雨后春笋般涌现，满足着人们生活、交往与娱乐的需要。同时，这些大跨度空间结构的造型设计往往各具特点，体现了独特的地域和文化特征，从而成为地方标志性的建筑。金属屋面板系统由于其重量轻、可塑性好、施工速度快、整体结构性能优良等特点，在各地的大跨度空间结构建设项目中，得到了广泛的应用。

近年来，大跨度空间结构屋面受大风掀开的事故时有发生，有的结构甚至出现连续多次屋面被风掀起的情况，造成巨大的财产损失、人身安全威胁以及恶劣的影响。一方面是由于受全球气候变化的影响，强台风、强季候风等极端恶劣天气频频出现，风灾现场瞬时风压或局部风压超出屋面设计的抗风等级，从而导致屋面破坏。另一方面，也存在屋面设计、材料选用、构造工艺等各方面的影响因素，其主要体现在以下几点：1)设计标准体系不完善，目前金属屋面系统构造设计的理论研究还不成熟，在相关设计规范中尚没有针对轻型屋面系统抗风连接计算承载力等指标方法；2)设计、生产、施工缺乏衔接，目前设计院比较注重于大跨结构的主体设计，金属屋面系统的构造往往需要厂家二次深化设计；3)其中较常用的直立锁边屋面系统自身的抗风能力缺陷，直立锁边金属屋面系统的上层屋面板之间的连接是靠板与板、板和屋面固定支座相互咬合。直立锁边屋面板面在负风压作用下容易发生较大变形，进而对锁边产生拉扯作用造成松脱，从而导致屋面板与固定支座脱离。

由于以上一系列原因造成屋面的抗风揭能力不足，相关人员针对这个问题进行了大量的研究，提出了各种提高抗风揭能力的措施，如增加夹具。但是目前来说，这些措施并不能很好地解决这个问题，屋面的风揭破坏仍时有发生。

同时因为大跨度空间结构的金属屋面板通常具有范围大、面积广的特点，以及由于其使用的重要性，人不能轻易上屋顶检修，且发生风揭破坏时难以准确识别风揭破坏情况与具体位置，检修难度较大。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种屋面板风揭数据采集装置、防风揭预警方法及系统，其能够及时地获取屋面板的风揭破坏情况，提供及时维修的依据，大大减少屋面板的风揭破坏危险。

为此，本发明的目的通过如下技术方案来实现：

屋面板风揭数据采集装置，包括：

感应件，用于感测所述屋面板掀动情况；

柔性拉索，张拉在所述屋面板上且两端分别与所述屋面板和所述感应件连接；

约束件，连接在所述屋面板上，用于将所述柔性拉索沿预设路径可滑动地保持在所述屋面板上；

换向件，连接在所述屋面板的端侧或屋面板的支座上用于将所述柔性拉索支起使得所述感应件对所述柔性拉索形成悬吊拉力。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述柔性拉索连接在所述屋面板的一侧，所述感应件悬吊于所述屋面板的另一侧。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述感应件为加速度传感器，用于感测其所连接的所述柔性拉索的端部的加速度。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述屋面板风揭数据采集装置还包括悬吊件，所述感应件通过所述悬吊件连接在所述柔性拉索上，所述悬吊件为所述柔性拉索提供张紧力。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述感应件设于所述悬吊件的上表面上。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述悬吊件呈长方体块状，所述柔性拉索与所述悬吊件的上表面四角铰接。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述约束件为圆环，所述屋面板的锁边处设有所述圆环，所述柔性拉索穿设于所述圆环。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述换向件为定滑轮。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述屋面板风揭数据采集装置还包括固定件，所述柔性拉索通过所述固定件连接在所述屋面板上。

作为所述的屋面板风揭数据采集装置的进一步可选的方案，所述屋面板风揭数据采集装置设置在屋面板的檐口天沟交接处、悬挑位置或纵向端部。

作为对上述技术方案的进一步延伸，本发明还提供一种防风揭预警系统，包括数据传输装置、终端以及上述任一种屋面板风揭数据采集装置，所述数据传输装置用于将所述屋面板风揭数据采集装置所采集的风揭数据传递至所述终端；

所述防风揭预警系统包括多个所述屋面板风揭数据采集装置以采集多处所述屋面板的风揭数据。

作为对上述技术方案的进一步延伸，本发明还提供一种防风揭预警方法，包括步骤：

通过多个分布在屋面上的上述任一种屋面板风揭数据采集装置采集多处所述屋面板的风揭数据；

将风揭数据传送至终端；

根据风揭数据判断各处屋面板的风揭破坏情况。

与现有技术相比，本发明的屋面板风揭数据采集装置、防风揭预警方法及系统至少具有如下有益效果：

屋面板风揭数据采集装置通过在屋面板上张拉柔性拉索，将屋面板的掀动情况传递至感应件。屋面板的外缘最为容易发生风揭破坏的位置，通过将感应件悬吊在屋面板的外缘，能够有效地获取屋面板的掀动情况，并通过屋面板掀动情况对屋面板的风揭情况进行判断。屋面板风揭数据采集装置采用了简易的硬件进行合理的配置、组合，达到了对屋面板风揭情况的有效监控，成本低廉，风揭感测效果优异。

防风揭预警方法及系统通过在多处设置屋面板风揭数据采集装置对多处屋面板的风揭数据进行采集从而能够有效地对破坏的屋面板形成定位，并将风揭数据传送至终端，使得高处屋面的风揭数据被地面的维修人员所方便的获取，为维修人员提供准确、及时的维修信息，能够有效地避免因屋面板风揭破坏所产生的财产损失以及人身安全的威胁。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的防风揭预警系统的模块图；

图2示出了本发明实施例提供的屋面板风揭数据采集装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的屋面板风揭数据采集装置局部放大结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的防风揭预警方法的流程图。

主要元件符号说明：

1-感应件；2-柔性拉索；3-约束件；4-换向件；5-固定件；6-悬吊件；

10-屋面板风揭数据采集装置；10a-屋面板；10b-支座；20-数据传输装置；30-终端；

100-防风揭预警系统。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种防风揭预警系统100，适用于对火车站站台、机场、体育场、会展中心等各种大跨度空间结构的屋面板，如金属屋面板的风揭掀动情况进行采集、监控，并将采集的数据传输而出，以使得屋面板的风揭破坏情况被用户/维修人员所获取，对于屋面板的风揭破坏形成预警，为及时维修提供依据。

防风揭预警系统100包括屋面板风揭数据采集装置10、数据传输装置20和终端30。屋面板风揭数据采集装置10用于对屋面板的风揭数据进行采集，数据传输装置20用于将风揭数据传递至终端30。由此，用户通过终端30即可随时获取高处屋面的风揭情况。

防风揭预警系统100包括多个屋面板风揭数据采集装置10以采集屋面板10a多处的风揭数据。通过分段设置的屋面板风揭数据采集装置10，可以较为精确地识别屋面板风揭破坏的位置，省去了检修人员上屋顶后再次排查风揭破坏位置的程序，方便维修人员定点检修。

上述，数据传输装置20可以根据现场环境采用有线传输，通过线缆与终端30连接，也可以采用无线传输，与终端30形成无线通讯连接。终端30可以为移动终端，也可以为固定终端30。本实施例中，数据传输装置20包括无线通讯模块，终端30为移动终端，如手机、平板电脑、笔记本电脑等。终端30作为人机交互装置，提供一种可视化的预警界面，用于接收风揭数据以及对风揭数据进行识别、判断，并将风揭数据或预警情况显示出来。因此，终端30具有存储、识别、判断、预警以及可视化的功能。

终端30中预设有风揭数据的阈值，当终端30接收的风揭数据超过该阈值时，终端30即判断该屋面板风揭数据采集装置10所处的屋面板10a处发生风揭损坏，从而形成预警提示。该预警提示可以为在预警界面上通过区别化显示，如放大、变色、闪烁、霸屏等方式进行提示；也可以通过终端30上的声光部件进行声光提示，如通过扬声器发出警报声或语音提示声，通过闪光灯以亮光或闪烁等方式进行提示，或同时进行声、光提示。由此，通过终端30进行预警，使得维修人员及时进行维修，能够在产生更大面积的损坏前及时地将损坏的屋面板进行重新连接固定。

请一并参阅图2～3，屋面板风揭数据采集装置10包括感应件1、柔性拉索2、约束件3和换向件4。感应件1用于感测屋面板10a掀动情况。柔性拉索2张拉在屋面板10a上且两端分别与屋面板10a和感应件1连接。约束件3连接在屋面板10a上用于将柔性拉索2沿预设路径可滑动地保持在屋面板10a上。换向件4连接在屋面板10a的端侧或屋面板10a的支座10b上用于将柔性拉索2支起使得感应件1对柔性拉索2形成悬吊拉力。

当屋面板10a受较小的风载荷作用时，屋面板10a与支座10b的连接没有受损，屋面板10a/约束件3对柔性拉索2的作用力可以忽略不计，通过换向件4改变柔性拉索2的拉力方向，再将柔性拉索2与感应件1连接，将柔性拉索2沿屋面板10a的拉力转换为沿竖直方向的悬吊拉力。当屋面板10a受大较大的风载荷作用或长期的风载荷作用时，屋面板10a与支座10b的连接处受损，将会导致屋面板10a通过约束件3对柔性拉索2产生向上的作用力，从而导致整根柔性拉索2的受力情况发生改变，进而使得感应件1所感应屋面板10a风揭数据产生较大的变化，此时的风揭数据达到了预警的阈值。

上述，感应件1为加速度传感器，用于感测悬吊方向上的，即竖直方向上的加速度。在风载荷一定的情况下，受损越严重，约束件3对柔性拉索2的作用力越大，加速度波动情况会越大，根据这个特点可以通过加速度传感器测量出加速度数据波动情况来识别屋面板10a风揭破坏情况。屋面板10a的掀动情况通过悬吊于其上的感应件1的竖直加速度进行体现。

在其他的实施例中，感应件1还可以为位移传感器，通过感测柔性拉索2端部的位移来检测屋面板10a的掀动幅度，将感应件1的位置作为屋面板10a的风揭数据。

柔性拉索2是一种拉力传递件，通过牵拉感应件1用于改变感应件1的加速度。柔性拉索2可以是钢丝绳，钢丝绳是一种抗拉能力强，同时具有一定程度抗剪能力的细长材料，以保证系统在运行预警过程中的安全性和可靠性。同时钢丝绳具有一定的变形能力，在风载荷作用过后，通过钢丝的变形来保持屋面板风揭数据采集装置10的平衡状态，保证屋面板风揭数据采集装置10的安全性。

屋面板风揭数据采集装置10还包括固定件5，柔性拉索2通过固定件5连接在屋面板10a上。固定件5连接在屋面板10a上，用于将柔性拉索2的一端固定在屋面板10a上。本实施例中，固定件5呈块状，可以为铁块，可以通过焊接或者螺栓连接的方式固定在屋面板10a上。当然，固定件5的结构还可以为其他，凡是将柔性拉索2连接固定到屋面板10a上的连接结构均落入本固定件5的选用范畴。

柔性拉索2连接在屋面板10a的一侧，感应件1悬吊于屋面板10a的另一侧。由此使得柔性拉索2沿预定方向上张拉在屋面板10a上，尽可能地增大柔性拉索2在屋面板10a上的张拉程度，增加感应件1对屋面板10a的掀动幅度的敏感度，屋面板风揭数据采集装置10能够更为灵敏的采集到屋面板10a的风揭数据。

约束件3用于约束柔性拉索2在屋面板10a上的张拉路径，以及将屋面板10a的掀动有效地传递至柔性拉索2。约束件3为圆环，屋面板10a的锁边处设有圆环，即屋面板10a与支座10b的连接处设有圆环，柔性拉索2穿设于圆环，通过圆环对柔性拉索2形成约束、导向以及力传递的作用。约束件3的分布路径即为柔性拉索2在屋面板10a上的张拉路径，为了保证将屋面板10a的掀动顺畅地传递至柔性拉索2上，柔性拉索2应平直地沿屋面板10a张拉，约束件3的轴线在水平面上的投影落在同一直线上。当然，约束件3结构还可以为其他，凡是将柔性拉索2可移动地保持于屋面板10a上的结构均落入本约束件3的选用范畴。

进一步地，约束件3为铁环，其通过焊接的方式固定于屋面板10a的锁边端部，若屋面板10a锁边位置设有夹具，铁环可以焊接在夹具上。

换向件4将柔性拉索2沿屋面板10a的拉力(通常为水平拉力)转换为竖直拉力，即令感应件1的重力方向与后段柔性拉索2的拉力方向一致。

换向件4可以为定滑轮，其在保证改变柔性拉索2方向的前提下，根据现场条件固定在屋面板10a端部或支座10b上。柔性拉索2绕设于定滑轮上，定滑轮的结构使得柔性拉索2与换向件4之间的滑动摩擦变为滚动摩擦。由此，使得柔性伸缩的移动更为顺畅，减小柔性拉索2的张拉受力的同时，提升柔性拉索2将屋面板10a掀动情况的传递的灵敏度。换向件4可以通过焊接或螺栓连接等方式固定在屋面板10a或支座10b上。

需要说明的是，感应件1的悬吊长度不宜过长，即柔性拉索2的竖直悬吊段的长度应尽量短，从而保证风对感应件1的竖直加速度(感应件1摆动产生的竖直分向的加速度)影响尽量减少。

本实施例中，屋面板风揭数据采集装置10还包括悬吊件6，感应件1通过悬吊件6连接在柔性拉索2上，悬吊件6为柔性拉索2提供张紧力，用于将柔性拉索2绷紧，以使得柔性拉索2能够随着屋面板10a的掀动而对应地产生移动，保证柔性拉索2对屋面掀动情况传递的灵敏度。悬吊件6的重力应大于等于柔性拉索2所需的张紧力，同时悬吊件6具有一定的重力也能够降低风对感应件1所感测的加速度的影响。但为了保证悬吊安全性，悬吊件6的重力不宜过大。

同时，悬吊件6通过悬吊张拉柔性拉索2，其对于屋面板10a的风揭掀动也具有一定的抑制作用。

可以理解的是，若感应件1或感应件总成能够为柔性拉索2提供足够的张紧力，则可以将悬吊件6省去。

进一步地，感应件1设于悬吊件6的上表面上，悬吊件6呈长方体块状，可以为铁块，柔性拉索2与悬吊件6的上表面四角铰接。由此保证悬吊件6能够始终呈悬吊状态，具有水平度较高的上表面，为感应件1提供稳定的感测面，保证感应件1能够准确地检测悬吊件6向上运动的加速度。感应件1可以采用现有的加速度传感器，其上或者悬吊件6上可以设置有数据传输装置20，如无线通讯模块，无线通讯模块将加速度传感器所感测的数据传输至终端30。

感应件总成可以自带蓄电池，通过该蓄电池视线对感应件1、无线通讯模块供电，该蓄电池可以通过定期更换保证其电量；也可以在悬吊件6表面设置太阳能电池板，利用太阳能电池板对蓄电池充电，保证蓄电池能够持续为感应件1供电。

上述，屋面板风揭数据采集装置10应布置于屋面板10a风揭破坏的薄弱位置，如：屋面板10a的檐口天沟交接处、屋面悬挑位置或屋面纵向端部等。在这些位置由内部向边缘张拉柔性拉索2，柔性拉索2可以张拉横跨一块或多块屋面板10a，并通过悬吊件6将感应件1悬吊在边缘处，从而感测该位置上的屋面板10a的风揭情况。

如图4所示，本实施例还提供一种防风揭预警方法，包括步骤：

A.采集加速度响应信号。

加速度响应信号通过屋面板风揭数据采集装置10来采集，其可以通过在屋面板10a的多个不同的位置上设置屋面板风揭数据采集装置10来采集屋面的各段位置的屋面板10a的掀动情况。

本步骤实质上为采集风揭数据，用加速度响应信号来表征风揭数据，在其他的实施例中，还可以采用其他信号如位移信号等来表征风揭数据。

B.将加速度响应信号传递到移动终端。

同理，本步骤的加速度响应信号实质上为风揭信号。通过数据传输装置20将感应件1所感测的加速度信号传递至移动终端，数据传输装置20可以为无线通讯模块。

在其他实施例中，移动终端可以用固定终端30取代。

C.根据加速度响应信号，识别判读各段屋面板10a风揭破坏情况。

同理，本步骤的加速度响应信号实质上为风揭信号。移动终端中预设有加速度信号阈值，其根据加速度响应信号与加速度信号阈值的比较，对屋面板10a风揭破坏情况进行判断，若移动终端所获取的加速度响应信号的值高于系统中预设的阈值，则判断该段的屋面板10a发生风揭损坏，若低于系统中预设的阈值，则判断该段的屋面板10a没有发生风揭损坏。

由此，实现对屋面板10a的风揭破坏情况的预警，使得地面的维修人员能够及时地获知屋面板10a的破坏情况，以及具体的破坏位置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，包括：

感应件，用于感测所述屋面板掀动情况；

柔性拉索，张拉在所述屋面板上且两端分别与所述屋面板和所述感应件连接；

约束件，连接在所述屋面板上，用于将所述柔性拉索沿预设路径可滑动地保持在所述屋面板上；

换向件，连接在所述屋面板的端侧或屋面板的支座上用于将所述柔性拉索支起使得所述感应件对所述柔性拉索形成悬吊拉力。

2.根据权利要求1所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述感应件为加速度传感器，用于感测其所连接的所述柔性拉索的端部的加速度。

3.根据权利要求1所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述屋面板风揭数据采集装置还包括悬吊件，所述感应件通过所述悬吊件连接在所述柔性拉索上，所述悬吊件为所述柔性拉索提供张紧力。

4.根据权利要求3所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述感应件设于所述悬吊件的上表面上。

5.根据权利要求1所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述约束件为圆环，所述屋面板的锁边处设有所述圆环，所述柔性拉索穿设于所述圆环。

6.根据权利要求1所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述换向件为定滑轮。

7.根据权利要求1所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述屋面板风揭数据采集装置还包括固定件，所述柔性拉索通过所述固定件连接在所述屋面板上。

8.根据权利要求1所述的屋面板风揭数据采集装置，其特征在于，所述屋面板风揭数据采集装置设置在屋面板的檐口天沟交接处、悬挑位置或纵向端部。

9.防风揭预警方法，其特征在于，包括步骤：

通过多个分布在屋面上的如权利要求1-8中任一项所述的屋面板风揭数据采集装置采集多处所述屋面板的风揭数据；

将风揭数据传送至终端；

根据风揭数据判断各处屋面板的风揭破坏情况。

10.防风揭预警系统，其特征在于，包括数据传输装置、终端以及如权利要求1-8中任一项所述的屋面板风揭数据采集装置，所述数据传输装置用于将所述屋面板风揭数据采集装置所采集的风揭数据传递至所述终端；

所述防风揭预警系统包括多个所述屋面板风揭数据采集装置以采集多处所述屋面板的风揭数据。