CN117272720A - 一种木结构古建筑安全现状评价方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种木结构古建筑安全现状评价方法，包括：获取待评价建筑的CAD图纸、材料特性分析结果以及残损构造勘察结果，并以此构建有限元分析模型；基于有限元分析模型进行建筑受力以及重要性分析，输出模型的分析结果，供用户根据该模型的分析结果在建筑本体上布置相应监测传感器；基于有限元分析模型对建筑进行层次分析，构建多层级的评价体系；根据每一层级中各元素在所在主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于建筑整体的最终权重；获取结构安全监测数据，依据设定的评价标准对最低层级中的各元素进行打分，通过加权和的方法，计算建筑结构安全现状评价分值。通过本申请，能够准确评价木结构古建筑的健康状态。
Description
技术领域
本申请涉及建筑监测技术领域，特别是涉及一种古木建筑结构安全现状评价方法。
背景技术
保护文化遗产能够强化国家共同记忆、建立民族自信和传承彰显民族文化，是国家的重大需求，木结构古建筑作为我国乃至世界独树一帜的物质文化遗产结晶，历经气候变化、人类活动和地震等外部荷载，以及木材老化、疲劳等内部因素数百年甚至上千年的影响，安全性能不断降低，这样进行木结构整体健康状态评估就显得甚为重要。然而，木结构古建筑健康状态评定等级过高，会使维护人员忽视古建现存问题，引发安全事故，造成难以挽回的损失；反之，会造成因采取过度加固防范措施而导致经济浪费。
结构健康监测是指利用现场的无损传感技术，分析通过包括结构响应在内的结构系统特性，达到检测结构损伤或退化的一些变化。近年来，结构健康监测技术在文物建筑保护中的应用越来越受到关注和重视。
现有技术中，通常利用无损传感技术对木结构古建筑的单个构件进行结构监测数据的获取，通过单个构件的监测数据来反应古建筑的健康状态。但是由于每个构件对于古建筑所承担的作用不同，因此对古建筑整体重要程度不同，有的构件从监测数据来看，已经完全损毁；但其对古建筑整体的安全性能并不会造成很大伤害，有些构件从监测数据来看只是轻微损伤，但是，其对古建筑的安全性能造成很大伤害。因此，由单个构件的监测数据并不能准确评价古建筑的健康状况。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，提供一种木结构古建筑安全现状评价方法，用以解决现有技术不能准确评价古建筑的健康状态的问题。
一种木结构古建筑安全现状评价方法，所述方法包括：
获取待评价建筑的CAD图纸、材料特性分析结果以及残损构造勘察结果，并以此构建有限元分析模型；
基于所述有限元分析模型进行建筑受力分析以及重要性分析，输出模型的分析结果，供用户根据该模型的分析结果在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器；
基于所述有限元分析模型对所述建筑进行层次分析，构建多层级的评价体系；
根据每一层级中各元素在所在主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于所述建筑整体的最终权重；
获取结构安全监测数据，依据设定的评价标准对最低层级中的各元素进行打分，通过加权和的方法，计算所述建筑结构安全现状评价分值。
上述方案中，可选地，所述模型的分析结果还包括关于在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器的布置位点参考信息。
上述方案中，可选地，所述对所述建筑进行层次分析，包括：分别构件层面和结构层面进行层次分析。
上述方案中，进一步可选地，所述从构件层面进行层次分析，对最低层级中各元素进行打分时，从各元素的承载力、位移、裂缝、腐朽、虫蛀进行评价。
上述方案中，进一步可选地，所述从构件层面进行层次分析，包括：从木构架之间的连系和木构架的整体变形进行划分。
上述方案中，可选地，所述根据每一层级中各元素在所在主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于所述建筑整体的最终权重，包括：
确定最低层级中的各元素所对应的其它各层级的元素；
将最低层级中的元素与对应的其它各层级的元素的权重相乘，得到最终权重。
上述方案中，可选地，所述获取结构安全监测数据为获取相同时间段的各元素的安全监测数据。
本申请至少具有以下有益效果：
本申请根据对建筑的形制结构和构造特征分析建立结构建筑模型，采用层次分析法，设计针对建筑的结构安全多层级评价体系，结合监测系统采集数据，按构件分项进行对比赋分，根据各结构评定项目的权重分值进行总体计算，输出直观的计算分值，该分值是基于评价各项目在建筑中的重要程度进行计算的，因此能够准确反应建筑的健康状态。以便于建筑管理者直观、有效的了解建筑当前结构安全情况，开展针对性的保护工作。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种木结构古建筑安全现状评价方法的流程示意图；
图2为本申请一个实施例提供的根据评价体系进行评价的示例图；
图3为本申请一个实施例提供的最终评价结果的示例图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种木结构古建筑安全现状评价方法，包括以下步骤：
步骤S101，获取待评价建筑的CAD图纸、材料特性分析结果以及残损构造勘察结果，并以此构建有限元分析模型；
具体地，建筑模型考虑建筑的实际构造特征、材料参数性能、以及残损现状等多方面信息。因此，根据CAD图纸、材料特性分析、残损构造勘察等操作，生成精细化的有限元分析模型。对于建筑中的砖石墙体，模型采用剪刀撑等效的简化方法；对于建筑中的复杂斗拱，模型采用杆件等效的简化方法；对于建筑中的残损情况，模型采用材性调整的简化方法；对于建筑中的榫卯节点，模型采用半刚性节点的简化方法。
步骤S102，基于所述有限元分析模型进行建筑受力分析以及重要性分析，输出模型的分析结果，供用户根据该模型的分析结果在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器；
模型的分析结果包括关于在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器的布置位点参考信息。
在步骤S102中，结合结构安全现状勘察情况，根据建筑模型进行建筑受力、重要性分析，输出模型的分析结果，该分析结果既包含各个构件的受力分析结果、重要性分析结果，同时也包含在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器的布置位点参考信息，工作人员可直接根据在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器的布置位点参考信息在建筑结构本体上设置相应监测传感器，也可以结合受力分析结果以及重要性分析结果进行监测传感器的设置。
具体地，根据建筑模型进行建筑受力、重要性分析，是利用所述建筑模型在静力作用下，分析构件的位移、最大拉应力、最大压应力等指标，并利用这些指标对建筑模型中各构件进行重要性分析，在对建筑模型健康状态存在影响的构件下设置相应的监测传感器；若某构件通过受力分析，其构件性能的改变并不会对建筑模型的健康状况带来任何影响，则评价建筑整体健康状况时，并不关注该构件性能的变化，也不对其进行打分。
步骤S103，基于所述有限元分析模型对所述建筑进行层次分析，构建多层级的评价体系；
具体地，建筑的层次分析将复杂的结构分析评价问题作为一个系统，将评价项分解为多个主题，进而分解为多主题的若干子项，各子项对应评价多条标准，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序和总排序，以作为多主题评价的系统方法。
所述对所述建筑进行层次分析，包括：分别从构件层面和结构层面进行层次分析。
从构件层面对建筑进行分层级分析，确定相应的评价子项，如表1所示：
表1
从结构层面对建筑进行分层级分析，确定相应的评价子项，如表2所示：
表2
步骤S104，根据每一层级中各元素在对应的主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于所述建筑整体的最终权重；
在步骤S104中，建筑的层次分析将评价得分按总体系、各层主题、评价标准的顺序分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再通过加权和的方法，递阶归并各评价标准对总目标的最终权重，此最终权重用于生成评估报告的最终得分。
步骤S105，获取结构安全监测数据，依据设定的评价标准对最低层级中的各元素进行打分，通过加权和的方法，计算所述建筑结构安全现状评价分值。
在步骤S105中，在进行建筑结构安全现状评估时，先获取选定时间段内的结构安全监测数据，结合监测数据，系统根据设定的评价标准分项进行比对、打分，根据各结构评定项目的权重分值进行总体计算，输出建筑结构安全现状评价分值。
如图2所示，根据评价体系，展开各子项评价项目的评价栏，对各项目进行评级选择，并点击保存以保存各项目评级用于生成评分；
上述一种木结构古建筑安全现状评价方法中，根据对建筑的形制结构和构造特征分析建立结构建筑模型，采用层次分析法，设计针对建筑的结构安全多层级评价体系，结合监测系统采集数据，按构件分项进行对比赋分，根据各结构评定项目的权重分值进行总体计算，输出直观的计算分值，该分值是基于评价各构件在建筑中的重要程度进行计算的，因此能够准确反应建筑的健康状态。以便于建筑管理者直观、有效的了解建筑当前结构安全情况，开展针对性的保护工作。
在一个实施例中，所述从构件层面进行层次分析，对最低层级中各元素进行打分时，从各元素的承载力、位移、裂缝、腐朽、虫蛀进行评价。
如表3所示，对木柱构件评价依据如下：
表3
如表4所示，梁架构件评价依据如下：
表4
如表5所示，斗拱构件评价依据如下：
表5
如表6所示，檩条构件评价依据如下：
表6
在一个实施例中，所述从构件层面进行层次分析，包括：从木构架之间的连系和木构架的整体变形进行划分。
在该实施例中，对木构架之间的连系评价依据如表7所示，
表7
对木构架的整体变形评价依据如表8所示，
表8
在一个实施例中，所述根据每一层级中各元素在对应的主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于所述建筑整体的最终权重，包括：
确定最低层级中的各元素所对应的其它各层级的元素；
将最低层级中的元素与对应的其它各层级的元素的权重相乘，得到最终权重。
在该实施例中，如图2所示，先将某建筑按照件层面和结构层面进行划分，然后再分别从构件层面和结构层面进行划分，从构件层面对建筑进行划分，主题层划分为柱、梁架、斗栱、檩条，次主题层将柱继续划分为前檐金柱、下檐柱、山柱、梁架柱，那么要求得前檐金柱对于整体建筑的最终权重，首先要确认前檐金柱在主题层“柱”这一主题下相对于其它元素的权重。如获取前檐金柱：下檐柱：山柱：梁架柱＝2：3：3：2，则前檐金柱的权重为1/5；然后获取前檐金柱所对应其它层级的元素，前檐金柱包含在“柱”这一主题下，因此确定柱相对于同层次其它元素—梁架、斗栱、檩条的权重，如获取得到柱的权重为2/5，，然而柱，包含在“构件层面”这一主题下，确定构件层面相对于同层次其它元素(结构层面)的权重，如计算得到为3/5则前檐金柱相对于整体建筑的最终权重就为(1/5)×(2/5)×(3/5)＝5/125。
在一个实施例中，生成总体系的综合评分，并根据评价得分进行安全等级以及状态判断，同时生成各子项的评分与安全状态描述；如表9所示：
表9
| 评价得分 | 75～100 | 50～75 | 25～50 | 0～25 |
| 评价等级 | 一级 | 二级 | 三级 | 四级 |
| 状态 | 基本安全 | 较安全 | 较危险 | 危险 |
一级为基本安全状态，说明结构性能退化不明显，不影响结构的正常使用；
二级为较安全状态，说明结构发生了性能退化但还处于安全范围内，可以继续使用但需保持观测或请专业机构予以检测；
三级为较危险状态，说明结构已产生了明显的损伤与性能退化，不宜继续正常使用；
四级为危险状态，说明结构出现重大性能退化或构件损伤位移等，需要立即停止使用。
本申请所述的一种木结构古建筑安全现状评价方法的优点在于：
1)发明中根据对建筑的形制结构和构造特征分析，采用层次分析法，设计针对本建筑的结构安全多层级评价体系的方法。
2)各构件评价体系、评价分项及各分项评定标准的设置。
3)根据获取选定时间段内的结构安全监测数据，结合监测数据，系统根据设定的评价标准分项进行比对、打分，根据各结构评定项目的权重分值进行总体计算，输出建筑结构安全现状评价分值的方法。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待评价建筑的CAD图纸、材料特性分析结果以及残损构造勘察结果，并以此构建有限元分析模型；
基于所述有限元分析模型进行建筑受力分析以及重要性分析，输出模型的分析结果，供用户根据该模型的分析结果在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器；
基于所述有限元分析模型对所述建筑进行层次分析，构建多层级的评价体系；
根据每一层级中各元素在所在主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于所述建筑整体的最终权重；
获取结构安全监测数据，依据设定的评价标准对最低层级中的各元素进行打分，通过加权和的方法，计算所述建筑结构安全现状评价分值。
2.根据权利要求1所述的木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述模型的分析结果包括关于在所述建筑的本体上布置相应的监测传感器的布置位点参考信息。
3.根据权利要求1所述的木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述对所述建筑进行层次分析，包括：分别从构件层面和结构层面进行层次分析。
4.根据权利要求3所述的木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述从构件层面进行层次分析，对最低层级中各元素进行打分时，从各元素的承载力、位移、裂缝、腐朽、虫蛀进行评价。
5.根据权利要求3所述的木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述从构件层面进行层次分析，包括：从木构架之间的连系和木构架的整体变形进行划分。
6.根据权利要求1所述的木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述根据每一层级中各元素在所在主题中的权重，得到最低层级中的各元素相对于所述建筑整体的最终权重，包括：
确定最低层级中的各元素所对应的其它各层级的元素；
将最低层级中的元素与对应的其它各层级的元素的权重相乘，得到最终权重。
7.根据权利要求1所述的木结构古建筑安全现状评价方法，其特征在于，所述获取结构安全监测数据为获取相同时间段的各元素的安全监测数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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