房屋安全自动化监测方案

房屋安全自动化监测技术1.房屋安全监测及其必要性2.常见房屋安全问题及其产生的原因2.1温度裂缝是由温度变化引起的变形裂缝，温度的变化会引起材料的热胀、冷缩，当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时，墙体就会产生温度裂缝。最常见的温度裂缝是在混凝土平屋盖房屋顶层两端的墙体上，如门窗洞边的正八字斜裂缝，平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖（块）灰缝的水平裂缝，以及水平包角裂缝（包括女儿墙）。导致平屋顶温度裂缝的原因是，顶板的温度比其下的墙体高得多，而混凝土顶板的线胀系数又比砖砌体大得多，故顶板和墙体间的变形差，在墙体中产生很大的拉力和剪力。剪应力在墙体内的分布为两端较大，中间渐小，顶层大，下部小。温度裂缝是造成墙体早期裂缝的主要原因。这些裂缝一般经过一个冬夏之后才逐渐稳定，不再继续发展，裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。2.2地基不均匀沉降随着地下空间的开展，以及地下水等较为复杂地质结构，导致地基不均匀沉降。房屋表现在墙体中下部区域的斜裂缝。建筑中部压力相互影响高于边缘处，且边缘处非荷载区地基对荷载区下沉有剪切阻力作用，故地基受到上部传递的压力时，地基反力在边缘区较高，引起地基的沉降变形呈凹形。这种沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小的弯曲．结构中下部受拉，端部受剪，当端部的剪应力较大时，墙体由于剪力形成的主拉应力破裂，裂缝通过窗口的两个对角向沉降较小的方向倾斜。垮塌的梁带动周围预制板一起下落，预制板的下落导致其相邻的梁失去侧向支撑，在地震作用下向掉落预制板一侧发生偏移；发生侧移的梁又导致其上下的墙体损毁、倒塌、墙体垮塌后，导致其他墙体压力增大，引发结构连续倒塌后，出现大面积垮塌，另外，倒塌梁下部和门窗角部开裂较严重。梁下部开裂是由于梁在水平力作用下有发生转动的趋势，会导致周围砖墙开裂；而门窗角部开裂是由于角部应力集中导致。墙体中下部区域的水平裂缝。由于墙体中上部受压并形成“拱”作用，墙体裂缝越靠近地基和门窗越严重，且中下部开裂区上侧的墙体有自重下坠作用，造成垂直方向拉应力。当垂直方向拉应力超过块材与砂浆之间的粘结强度时，就形成了水平裂缝。2.3结构物应力变化早期房屋结构因其建筑年代久远，建筑材料经过长期老化性能衰减，不合理使用、拆改承重结构等因素，导致整体性差，结构松散，一旦受外力如震动、地基沉降影响，将对安全使用造成巨大隐患，因此对于鉴定为C\D级的危房。2.4沿海城市风荷载的破坏风是紊乱的随机现象，对建筑物的作用十分复杂，是结构设计中必然考虑的因素。随着经济的发展,近年来高层建筑尤其是体型复杂的超高层建筑得到了蓬勃的发展。一般而言，高层建筑物占地面积少，建筑面积大，造型独特，相对集中。这一特点使得高层建筑物在人口稠密的大城市迅速发展。但是高层建筑物上风荷载也越来越大，导致水平荷载不断增大。因此，高层建筑物需要较大的承载力和刚度来解决水平荷载的问题。特别是对于沿海城市房屋建筑，长期受风荷载作用，一方面引起建筑物表面风化，海风、海水中携带的盐分加速了钢结构和结构钢筋的腐蚀；另一方面，风荷载是一种非周期性的动荷载，对建筑物特别是古旧建筑物的结构安全产生很大的影响，长期作用会降低结构承载力，加速建筑裂缝的发展，降低结构寿命。2.5附近工地施工的不利影响随着我国经济的快速发展和旧城区改造推进新建房屋的规模越来越大建筑物相邻间的距离也越来越近，常常会出现新建房屋施工对周边建筑物产生不利影响尤其是对一些建造时间久、建筑标准低民房的影响尤为严重。主要有：桩基的影响，各类挤土桩的施工对周围房屋地基产生扰动；深基坑开挖施工中，如果没有采用刚度较大的基坑支护结构，基坑变形大，会使周边房屋产生倾斜、开裂；施工过程中降水会使周边房屋地基沉降；施工中的振动可能导致附近地基土液化；新建房屋的荷载导致地基沉降引起周边建筑物的沉降或倾斜。3.监测依据（1）《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）；（2）《工程测量规范》（GB50026-2007）；（3）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；（4）《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）；（5）《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99）；4.分项监测方案及其原理4.1建筑物不均匀沉降4.1.1传统人工监测手段由于各种原因，建筑地基可能产生不均匀沉降，这时需要对建筑物进行长期有效的实时监测，设置必要的安全预警值。常见的方法是用水准仪进行观测监测，水准仪监测步骤如下：①、建立水准控制网根据工程的特点布局、现场的环境条件制订测量施测方案，由建设单位提供的水准控制点(即基准点)根据工程的测量施测方案和布网原则的要求建立水准控制网。要求：(1)在建筑物周围布置三个以上水准点（即工作基准点），水准点的间距不大于100米。(2)在场区内任何地方架设仪器至少后视到两个水准点，并且场区内各水准点构成闭合图形，以便闭合检校。(3)各水准点要设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外，水准点的布设要符合二等水准测量的要求。根据工程特点，建立合理的水准控制网，与基准点联测，平差计算出各水准点的高程。②、建立固定的观测路线由场区水准控制网，依据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布点图，确定沉降观测点的位置。在控制点与沉降观测点之间建立相对固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处作好标记桩，保证各次观测尽量沿统一路线。③、沉降观测首次观测在观测点安稳固后开始。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求高，施测时用精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后取平均值。观测周期按照前述观测时间的要求进行。④、将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。从而确定出沉降量。⑤、统计表汇总(1)、根据各观测周期平差计算的沉降量，列统计表，进行汇总；(2)、绘制各观测点的下沉曲线；(3)根据沉降量统计表和沉降曲线图，预测建筑物的沉降趋势，将建筑物的沉降情况及时的反馈到有关单位或部门，正确地指导施工。4.4.2自动化监测手段传统方法在运用上有很多局限性。比如周边事物的遮挡，天气影响，人为误差，报告编写繁琐等。然而恶劣天气的往往是危险最大的时候，利用自动化的采集方案就可以避免这些问题，先介绍下最新式液压式静力水准仪。液压式静力水准仪依据连通管原理的方法，用液压静力水准仪内的压敏传感器测量每个测点相对与端头液位罐相对高差，再设定某个相对稳定的测点为基准点，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉陷量。沉降计算方式：测点：初始测量值—当前测量值=沉降变化值基点：初始测量值—当前测量值=基点变化值沉降变化量计算：沉降变化值--基点变化值X-1=最终沉降值该产品采用镁铝合金外壳设计，外观尺寸高111.3*90.8*52产品采用比较人性化的预留透明观察孔，可随时查看当前的液体的位置以及有无液态气泡，同时设计有弹压自锁排液装置，当有气泡时可随时进行排气处置，操作简单快捷人性化设计，接线口采用航空插头，具有非常高的防水特性整体防护等级IP67，联通管接口采用标准的启动连接件连接，抗压等级达到2MPa，整个传感器设计防水防震、具备特种条件下使用。使用寿命高达5年以上，并且可以重复使用一致性高，内置嵌入式式航空高精度硅压传感芯片。量程可达0.2~2000mm，精度±0.2mm，分辨率0.001mm，绝对满足现场实际工程的测量要求。组成部分也很简单，如下：储液罐，连通管，静力水准仪，采集主机，GPRS上传模块（DTU）测点分布情况数据采集流程情况精力水准仪安装前注意事项要求：1、安装前对基点选择的要求，要求基点原理测点距离尽可能的＞15m相对稳定无振源干扰。落差不大于2m。测点之间的间距根据设计要求进行布置。2.安装前对传感器进行ID地址确认，并且记录在PC机软件内，将所所有要安装的传感器联机测试10分钟，安装时按照ID编号的顺序和测点位置确定传感器。传感器示意图连通管连接方式3、测点传感器采用膨胀螺栓固定安装并且要求固定牢固，然后将液体连通管串联至每个测点传感器，基点、储液罐相连接闭合，液体接口处螺丝锁死固定要求无漏液。4、气压平衡管采用液体联通管同样连接方式串联，然后和基点、储液罐联通。传感器的信号线连接方式：5、通信电缆的连接，线缆采用双绞屏蔽PU4*0.4防滑电缆，颜色分白色信号-黄色信号+黑色12v-红色12v+采用接线盒按照线缆的颜色对应连接至接线盒，连接方式采用穿蓝测点基地串联方式通信、然后与采集仪相连。6、液体的添加不同的监测环境所对液体的要求也不一样，推荐两种液体，第一种为自来水，蒸馏水、一般采用该类液体首先要确定环境温度变换不大于10度，液体的膨胀系数子啊控制范围之内不会结冰上冻。7、防冻液+自来水、比例1:1该液体一般用在北方寒冷地区温度范围-20°-30°使用。主要目的防止液体结冰上冻。8、液体的添加有储液罐一处添加，添加液体时后端测点传感器气门打开保证能够有空气排出液体添加时应保证连通管、传感器内尽可能的没有气泡。气泡的最大直径不大于2mm。这样传感器的稳定相更有保障。气泡的排出方法，采用气门下压即可排出。4.2建筑物倾斜监测4.2.1建筑物倾斜传统监测方案传统人工的观测方法很多，利用全站仪、经纬仪、水准仪、激光铅直仪等。常用方法有：1投点法。观测时，应在底部观测点位置安置水平读数尺等量测设施。在每测站安置经纬仪投影时，应按正倒镜法测出每对上下观测点标志间的水平位移分量，再按矢量相加法求得水平位移值(倾斜量)和位移方向(倾斜方向)；2测水平角法。对塔形、圆形建筑或构件，每测站的观测应以定向点作为零方向，测出各观测点的方向值和至底部中心的距离，计算顶部中心相对底部中心的水平位移分量。对矩形建筑，可在每测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角或上层观测点与下层观测点之间的夹角，以所测角值与距离值计算整体的或分层的水平位移分量和位移方向；3前方交会法。所选基线应与观测点组成最佳构形，交会角宜在60°～120°之间。水平位移计算，可采用直接由两周期观测方向值之差解算坐标变化量的方向差交会法，亦可采用按每周期计算观测点坐标值，再以坐标差计算水平位移的方法。4激光铅直仪观测法。应在顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向。作业中仪器应严格置平、对中，应旋转180°观测两次取其中数。对超高层建筑，当仪器设在楼体内部时，应考虑大气湍流影响；5测定基础沉降差法。在基础上选设观测点，采用水准测量方法，以所测各周期基础的沉降差换算求得建筑整体倾斜度及倾斜方向。4.2.2建筑物倾斜自动化监测方案与沉降监测相同，传统的方法也存在很多局限性，不能实时的准确的反应出现场实际情况。倾斜自动化的监测方案：倾斜仪测记法。可采用电子倾斜仪进行观测。倾斜仪应具有连续读数、自动记录和数字传输的功能。监测建筑上部层面倾斜时，仪器可安置在建筑顶层或需要观测的楼层的楼板上。监测基础倾斜时，仪器可安置在基础面上，以所测楼层或基础面的水平倾角变化值反映和分析建筑倾斜的变化程度。采用进口核心控制单元，采用电容微型摆锤原理。利用地球重力原理，当倾角单元倾斜时，地球重力在相应的摆锤上会产生重力的分量，相应的电容量会变化，通过对电容量处量放大，滤波，转换之后得出倾角。角度输出计算公式：角度=(输出电流－零点位置电流)÷角度灵敏度角度灵敏度=输出电流范围÷角度测量范围例：±30°测量范围16mA输出电流范围角度灵敏度=16÷60=0.266666mA/°目前市面上的超高精度倾角仪，分辨率可达0.0005°，精度达0.001°，温漂为0.0007°/℃,产品输出RS232，RS485和CAN总线多种接口可选，可以方便的集成到用户的使用环境中。通过无线采集设备实时采集数据，把监测数数据传输至处理中心，通过分析数据得出结论。通过分布式物联网技术研发的房屋倾斜变形监工具，以远程无线的方式实时被观测房屋倾斜变形动态变化，为房屋解危工作决策提供辅助支持。安装注意事项设备安装包含前端监测设备的安装、客户端监控