大跨公共建筑屋面結構雪荷載超限災害自動報警研究

◎陳光寰 李惠 姜法貞

前言：隨著我國現代化建設領域的快速發展大跨屋面結構工程越來越多。在公共建筑中的高鐵站屋面結構，機場及機庫屋面結構（如北京大興機場屋面），體育館，大型游樂場，展覽館等大跨公共建筑屋面結構日益增多，特別在有降雪的地區，由于通常大跨建筑結構屋面荷載中雪荷載在結構計算起主導作用，且近期世界范圍的天氣變化異常，導致大跨結構屋面的雪荷載值嚴重超標，屋面結構倒塌人員傷亡的事故時有發生，給國家及人民造成嚴重經濟損失及不可估量的社會影響。所以大跨建筑結構屋面雪荷載超限災害自動報警及安全防治系統的研究是非常必要的。

一、雪荷載超限災害自動報警系統設置

大跨建筑結構屋面雪荷載超限災害自動報警系統，是一種集測試、檢查、監督、報警、減災、防災系統。整個系統包括荷載雪荷收集裝置，測量裝置，數據信息傳感裝置，信息識別處理裝置，雙控報警裝置及災害應急處理減災防治系統等。

雪荷載超限災害自動報警器主要包括收集雪裝置、壓力測量室、雪荷載界限控制室、數據分析判斷裝置，報警及防災裝置。其中防災及報警裝置可以轉化成無線網絡接收信號，用于無線移動終端接收。方便報警信息傳遞接收，便于監控管理。

當大跨公共屋面經“雪荷載超限災害自動報警系統”的監測確定雪荷載已經超過設計要求屋面處于危險狀態并報警時，可同時自動啟動大跨公共屋面雪災自動防控系統以減少屋面雪荷載值。消除大跨公共建筑屋面雪荷載對建筑結構安全的危害并預留足夠的時間，保證相關人員安全撤離。確保公共場所大跨建筑屋面結構及人員生命財產安全。

二、雪荷載超限災害自動報警系統的應用

此項技術結構合理，體積較小，收集自然狀態下雪荷載準確、方便、適用。各個系統職能合理準確。其操作簡單，維修快捷，適用性強。雪荷載超限判斷路線明確簡單。但其超限信息轉化成網絡信號及傳輸較為復雜，該項技術需要自動控制及網絡控制相結合并采取無線傳輸技術。該系統設備成本高，但安裝簡單，維修維護等運行管理方便經濟，運行費用較低，在我國廣大寒冷地區有較廣泛的應用前景及顯著的社會效益。

雪荷載超限災害自動報警設備，包括外殼、雪荷載收集器、雪荷載收集器滑動主框架、支撐系統、雪荷載測量系統、雪荷載超限控制系統、電力供給系統、雪荷載超限報警系統、雪荷載超限報警信息接收及發送器，雙控關鍵開關啟動及遠程遙控裝置，雪荷載超限災害應急處理裝置及輔助消除雪荷載系統。所述的外殼內設有降雪收集盒其尺寸根據當地降雪狀況確定、雪荷載收集器滑動主框架主要是固定雪荷載收集盒的，并盡量減少相互間摩擦阻力以確保雪荷載數值準確，支撐系統為整個結構的主要框架，以確保結構簡捷安全穩定，雪荷載測量系統主要設置電子壓力感應器用以測量雪荷載值。 雪荷載超限控制系統主要設置雪荷載超限裝置，雪荷載超限報警系統主要設置報警感應敏感元件及信息收集整理判斷中樞，以判斷其超限報警，并將報警信息傳送到相關人員。電力供給系統為整個裝置供電。關鍵開關啟動及遠程遙控裝置主要雪荷載超限傳遞及處理功能。 雪荷載超限災害應急處理裝置主要是控制大跨建筑公共屋面自動除雪系統，自動進行除雪，以減少屋面雪荷載消除隱患，確保大跨建筑屋面結構安全。該實用新型雪荷載超限自動報警器”可避免使廣大寒冷地區大跨公共建筑屋面結構突發雪災而造成的屋面倒塌嚴重事故發生。能夠對建筑產品使用階段進行主動健康監控，隨時掌握建筑結構體系的安全健康狀態。以爭取事中過程的主動控制，而達到良好的預期效果。為確保人民生命財產安全貢獻力量。

此項技術需要電力作動力，控制可人為或自動控制，使用起來方便；可遠程無線網絡時時對建筑結構進行健康監控，是較為適用的新型大跨建筑結構健康監控的裝置。要解決的技術問題是：一種大跨建筑屋面雪荷載超限災害自動報警裝置，實現了大跨公共建筑屋面雪荷載超限災害自動報警，實現了大跨公共建筑屋面雪荷載超限自動測量甄別，自動報警與人力消除災害隱患或自動消除災害隱患的多功能高智能化的大跨建筑結構屋面健康監控體系。是一種安裝方便，維護和運行費用低，自動化程度高，可控性強，對原建筑結構質量無任何影想，一次性安裝永久受益。

大跨公共建筑屋面雪荷載超限災害自動報警裝置，其特征是：包括外殼、屋面頂部雪荷載收集器、雪荷載收集器滑動主框架、支撐系統、雪荷載測量系統，雪荷載超限控制系統，電力供給系統，雪荷載超限報警系統，雪荷載超限報警信息接收及發送器，雙控關鍵開關啟動及遠程遙控裝置，雪荷載超限災害應急處理裝置及輔助消除雪荷載系統。

三、總論

屋面頂部雪荷載收集器，主要是根據建筑屋面的形式特點，決定雪荷載收集裝置的幾何尺寸，特別是裝置的深度尺寸尤為重要，它是滿足雪荷載測量的充分必要條件。 屋面頂部雪荷載收集器與滑動主框架的連接應采用滾動防寒措施，以確保符合設計要求。支撐系統由輕型材料鉚接而成，構造簡捷明快。雪荷載測量系統主要是力學測量裝置和數字顯示裝置用以測量及讀取雪荷載的數據值，雪荷載超限控制系統是當雪荷載超過限制值時，該系統進行運轉并將雪荷載的超限信息傳遞到雪荷載超限報警系統，其超限報警系統經過計算分析判斷得出結論并報警。報警后經雪荷載超限報警信息接收及發送器傳送到接收端進行處理（如自動除雪等）以確保建筑結構安全。電力供給系統，是確保整個系統動力及系統正常運行。所述雪荷載超限災害應急處理裝置及輔助消除雪荷載系統。是指在大跨建筑結構公共屋面無法進行人工消除自然狀態下的雪災時，必須設置自動控制的屋面除雪系統，用以消除大跨公共建筑屋面雪荷載超限災害的發生。此方案具有原理簡單使用方便應用廣泛，對我國寒冷地區的大跨公共建筑屋面結構體系的減災防災起到積極促進作用。并對國家自然災害防治系統建設具有重大現實意義。