古建筑受荷分析方法与流程

本发明涉及监测方法，具体涉及受荷分析方法。

背景技术：

随着旅游事业的迅猛发展，古建筑景点的游客与日俱增，络绎不绝，往往对古建筑楼体结构的安全性能产生重大影响。对古建筑楼体进行人流量的控制，既能保证结构的安全，还能延长其使用寿命，而如何确定较为安全、合理的登临人流量是目前迫切需要解决的问题。由于古建筑楼体往往没有按照现代的设计理论及规范设计，传统的通过现代结构软件建模分析方法往往会遇到瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供古建筑受荷分析方法，以解决上述至少一个技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种古建筑结构受荷能力分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，确定建筑构件的基本信息，基本信息包括建筑构件的材料种类和截面尺寸；

步骤二，计算建筑构件的应力应变、构件挠度值；

步骤三，在建筑构件的建筑承重受力构件上设置传感系统，传感系统包括应变片和挠度监测设备；

步骤四，对建筑构件进行荷载试验；

步骤五，将传感系统中检测的数据导入matlab软件进行函数拟合，计算出建筑构件的承载能力极限值；

步骤六，根据所得到的承载能力极限值进一步确定建筑构件接纳游客数量的能力上限，从而合理的限制观览人数。

本发明通过事先对现有的建筑构件进行勘察，按照现场实际情况取用合理数据进行理论计算，再通过理论值设计与之相应的加载实验，最后通过实验过程中结构受力的响应通过数学软件拟合出其荷载变形曲线函数，计算出理论的极限承载能力。本发明与现有技术相比，对于没有对应的建筑构件规范以及对于既有承载能力极限值难以估算的问题提供了具体可行的解决思路实施方案。通过理论分析可在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态下完成分析。整个分析过程无损、高效、安全、可靠、成本低。步骤二中应参考当前最新规范通过笔算或者建模进行计算，笔算或者建模均为现有技术，故本专利不详述。

所述步骤一中建筑构件包括建筑承重受力构件，所述建筑承重受力构件可以是梁、柱、楼板、墙体中的至少一种。

本发明根据承重受力构件能够便于统计受力情况。

作为一种方案，当建筑构件为木结构古建筑时，对于木结构古建筑的抗弯构件可采用：m/wn≤fm进行承载力计算，对于其挠度应满足ω≤[ω]，而对于之后的加载实验出于安全起见应满足实际挠度不大于理论允许挠度的二分之一。不同材质有不同的计算公式。

所述步骤三中，应变片可以是电阻应变片、光纤光栅应变计中的任意一种。

所述电阻应变片的敏感栅的长度50mm～100mm之间。优选为80mm。电阻应变片的敏感栅是已有技术故本发明不详述。本发明限制了敏感栅的长度能够适用于木结构和混凝土结构的建筑物。

所述电阻应变片的敏感栅的长度在3mm。本发明限制了敏感栅的长度能够适用于钢筋结构的建筑物。

所述建筑承重受力构件同一高度的横截面上设有至少两个测点，所述横截面呈矩形。优选为建筑承重受力构件的横截面的边缘两侧或边缘四侧相对布置测点。

本发明通过多个测点能够精确检测效果。

所述步骤三中，挠度监测设备可以是位移传感器或者千分表，所述位移传感器的准确度不低于1.0级，所述千分表的最小分度值不大于所测总位移的1.0％，示值允许误差为量程的1.0％。

本发明通过位移传感器或者千分表实现了挠度的检测。

所述步骤四中，荷载试验采用分级加载方式，逐级加载至预定荷载。以保证建筑安全。在加载过程中，若发现建筑构件有新裂纹产生或既有裂纹扩展、构件挠度达到容许挠度50％情况，应立即停止加载。分级加载过程中，每级加载值不应超过0.10qd(qd为理论计算得出的建筑所能承受的极限荷载值)；当达到0.30qd后，每级加载值不宜超过0.05qd；当达到0.40qd时，每级加载值宜取0.025qd，直至加载完成，具体可参照表1执行。

(表1)

每级加载时间宜保持相等，每级持续时间可参照下表进行，在持续时间内，观察、测量目标构件的挠度变形情况，并拍照记录。

在所述步骤四中，使用至少两部测量相机拍照获取建筑构件的受荷信息，在建筑构件上选取至少一个监测点，在建筑构件周边选取至少四个控制点，所述测量相机位于所述建筑构件的前方。

本发明在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态以及部分恶劣环境的条件下完成建筑的受荷监测。

所述控制点设置在建筑构件周边不易发生位移的物体上，或人工建立控制点，或直接选取周边不易移动的物体上有特征的点作为控制点。

在建筑构件外立面选取至少一个监测点并进行标注，或直接选取建筑构件上有明显特征的点位作为监测点。以便于检测。或在建筑构件上设置易观测的物品作为监测点。

所述监测点均匀的布置在建筑构件的外立面上。以便于检测建筑构件整体。

或，为了准确的分析建筑构件每一层面的变化，建筑构件的建筑承重受力构件均被选取或者设置有所述监测点。

所述监测点、所述控制点的标记采用防水设计。且所述监测点、所述控制点的标记能确保长期可靠固定于物体表面。例如led发光元件、涂有荧光层的挂件等。同时还可以便于夜间检测。

所述测量相机可设置成30分钟/次、60分钟/次、120分钟/次、240分钟/次、480分钟/次、960分钟/次，或3600分钟/次观测建筑构件的图像信息。已针对偏移、沉降效率不同的建筑构件。

作为一种方案，测量相机有两台，两台测量相机拍摄的建筑构件的成像面积重叠度在70％～95％之间。成像面积重叠度在70％～95％之间便于以控制点为基础，观察建筑构件上的监测点的位置变化。同时此设计中仅采用两台相机，成本低，当满足重叠度在70％～95％之间时，两台相机之间的距离小，占地小，便于布置。两台相机适用于对称性的建筑，或者直径不大形态简单的塔类建筑。

作为另一种方案，测量相机为8台，8台测量相机环绕在建筑构件外围呈环状，相邻的两台相机间隔45度夹角，相邻两台测量相机的拍摄的图像信息中，建筑构件成像面积重叠度达到70％以上。8台相机监测效果好，对于形体复杂，或者保护级别较高的建筑则8台相机环绕建筑物按照间隔45度夹角来进行全方位监测的效果较佳。

所述步骤五中，将之前所得到的数据输入matlab进行多项式函数拟合，首先通过如下代码确定拟合的多项式的阶数：

在此我们假定误差平方和精度范围为0.1，实际可依据要求改变精度，

在确定拟合阶数后由y1＝polyfit(x，y，c)即可得出拟合的多项式函数。

依据拟合函数即可大致推算出按照试验情况所得到的古建筑极限承载能力。

所述步骤六中按照之前所得到的荷载乘以折减系数换算成人流活荷载来确定人流量的限值。

所述步骤六中，根据承载能力极限值除以游客的平均重量，计算出建筑构件接纳游客的数量。

与传统技术相比，本发明的有益效果：本种古建筑结构受荷能力分析方法，通过事先对于既有古建筑进行勘察，依据合理的现有规范及理论作为参考，按照现场实际情况取用合理数据进行理论计算，再通过理论值设计与之相应的加载实验，最后通过实验过程中结构受力的响应通过数学软件拟合出其荷载变形曲线函数，计算出理论的极限承载能力。方法相对于现有技术，没有对应的古建筑规范以及对于既有建筑承载能力难以估算的问题提供了具体可行的解决思路实施方案。通过理论分析可在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态下完成分析。整个分析过程无损、高效、安全、可靠、成本低。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明测点的一种排布示意图；

图3为本发明测点的另一种排布示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参见图1、图2、图3，一种古建筑结构受荷能力分析方法，包括以下步骤：步骤一，确定建筑构件的基本信息，基本信息包括建筑构件的材料种类和截面尺寸；步骤二，计算建筑构件的应力应变、构件挠度值；步骤三，在建筑构件的建筑承重受力构件上设置传感系统，传感系统包括应变片和挠度监测设备；步骤四，对建筑构件进行荷载试验；步骤五，将传感系统中检测的数据导入matlab软件进行函数拟合，计算出建筑构件的承载能力极限值；步骤六，根据所得到的承载能力极限值进一步确定建筑构件接纳游客数量的能力上限，从而合理的限制观览人数。本发明通过事先对现有的建筑构件进行勘察，按照现场实际情况取用合理数据进行理论计算，再通过理论值设计与之相应的加载实验，最后通过实验过程中结构受力的响应通过数学软件拟合出其荷载变形曲线函数，计算出理论的极限承载能力。本发明与现有技术相比，对于没有对应的建筑构件规范以及对于既有承载能力极限值难以估算的问题提供了具体可行的解决思路实施方案。通过理论分析可在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态下完成分析。整个分析过程无损、高效、安全、可靠、成本低。步骤二中应参考当前最新规范通过笔算或者建模进行计算，笔算或者建模均为现有技术，故本专利不详述。

步骤一中建筑构件包括建筑承重受力构件，建筑承重受力构件可以是梁、柱、楼板、墙体中的至少一种。本发明根据承重受力构件能够便于统计受力情况。作为一种方案，当建筑构件为木结构古建筑时，对于木结构古建筑的抗弯构件可采用：m/wn≤fm进行承载力计算，对于其挠度应满足ω≤[ω]，而对于之后的加载实验出于安全起见应满足实际挠度不大于理论允许挠度的二分之一。不同材质有不同的计算公式。步骤三中，应变片可以是电阻应变片、光纤光栅应变计中的任意一种。电阻应变片的敏感栅的长度50mm～100mm之间。优选为80mm。电阻应变片的敏感栅是已有技术故本发明不详述。本发明限制了敏感栅的长度能够适用于木结构和混凝土结构的建筑物。电阻应变片的敏感栅的长度在3mm。本发明限制了敏感栅的长度能够适用于钢筋结构的建筑物。建筑承重受力构件1同一高度的横截面上设有至少两个测点2，横截面呈矩形。优选为建筑承重受力构件的横截面的边缘两侧或边缘四侧相对布置测点。本发明通过多个测点能够精确检测效果。

步骤三中，挠度监测设备可以是位移传感器或者千分表，位移传感器的准确度不低于1.0级，千分表的最小分度值不大于所测总位移的1.0％，示值允许误差为量程的1.0％。本发明通过位移传感器或者千分表实现了挠度的检测。步骤四中，荷载试验采用分级加载方式，逐级加载至预定荷载。以保证建筑安全。在加载过程中，若发现建筑构件有新裂纹产生或既有裂纹扩展、构件挠度达到容许挠度50％情况，应立即停止加载。分级加载过程中，每级加载值不应超过0.10qd(qd为理论计算得出的建筑所能承受的极限荷载值)；当达到0.30qd后，每级加载值不宜超过0.05qd；当达到0.40qd时，每级加载值宜取0.025qd，直至加载完成，具体可参照表1执行。

(表1)

每级加载时间宜保持相等，每级持续时间可参照下表进行，在持续时间内，观察、测量目标构件的挠度变形情况，并拍照记录。在步骤四中，使用至少两部测量相机拍照获取建筑构件的受荷信息，在建筑构件上选取至少一个监测点，在建筑构件周边选取至少四个控制点，测量相机位于建筑构件的前方。本发明在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态以及部分恶劣环境的条件下完成建筑的受荷监测。

控制点设置在建筑构件周边不易发生位移的物体上，或人工建立控制点，或直接选取周边不易移动的物体上有特征的点作为控制点。在建筑构件外立面选取至少一个监测点并进行标注，或直接选取建筑构件上有明显特征的点位作为监测点。以便于检测。或在建筑构件上设置易观测的物品作为监测点。监测点均匀的布置在建筑构件的外立面上。以便于检测建筑构件整体。或，为了准确的分析建筑构件每一层面的变化，建筑构件的建筑承重受力构件均被选取或者设置有监测点。监测点、控制点的标记采用防水设计。且监测点、控制点的标记能确保长期可靠固定于物体表面。例如led发光元件、涂有荧光层的挂件等。同时还可以便于夜间检测。测量相机可设置成30分钟/次、60分钟/次、120分钟/次、240分钟/次、480分钟/次、960分钟/次，或3600分钟/次观测建筑构件的图像信息。已针对偏移、沉降效率不同的建筑构件。作为一种方案，测量相机有两台，两台测量相机拍摄的建筑构件的成像面积重叠度在70％～95％之间。成像面积重叠度在70％～95％之间便于以控制点为基础，观察建筑构件上的监测点的位置变化。同时此设计中仅采用两台相机，成本低，当满足重叠度在70％～95％之间时，两台相机之间的距离小，占地小，便于布置。两台相机适用于对称性的建筑，或者直径不大形态简单的塔类建筑。

作为另一种方案，测量相机为8台，8台测量相机环绕在建筑构件外围呈环状，相邻的两台相机间隔45度夹角，相邻两台测量相机的拍摄的图像信息中，建筑构件成像面积重叠度达到70％以上。8台相机监测效果好，对于形体复杂，或者保护级别较高的建筑则8台相机环绕建筑物按照间隔45度夹角来进行全方位监测的效果较佳。步骤五中，将之前所得到的数据输入matlab进行多项式函数拟合，首先通过如下代码确定拟合的多项式的阶数：

在此我们假定误差平方和精度范围为0.1，实际可依据要求改变精度，在确定拟合阶数后由y1＝polyfit(x，y，c)即可得出拟合的多项式函数。依据拟合函数即可大致推算出按照试验情况所得到的古建筑极限承载能力。步骤六中按照之前所得到的荷载乘以折减系数换算成人流活荷载来确定人流量的限值。与传统技术相比，本发明的有益效果：本种古建筑结构受荷能力分析方法，通过事先对于既有古建筑进行勘察，依据合理的现有规范及理论作为参考，按照现场实际情况取用合理数据进行理论计算，再通过理论值设计与之相应的加载实验，最后通过实验过程中结构受力的响应通过数学软件拟合出其荷载变形曲线函数，计算出理论的极限承载能力。方法相对于现有技术，没有对应的古建筑规范以及对于既有建筑承载能力难以估算的问题提供了具体可行的解决思路实施方案。通过理论分析可在不伤及建筑物本体，不干扰建筑物自然状态下完成分析。整个分析过程无损、高效、安全、可靠、成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。