结构工程师
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民用建筑中土木智能结构体系设计应用

  【摘要】随着现代科学技术的发展,民用建筑土木工程的结构智能化已成为了当今世界上最热门的发展研究热点之一。作者首先对土木智能结构的概念和组成结构进行了分析,然后对民用建筑土木智能化的措施进行了总结分析,最后讨论这项技术的未来发展趋势。


  【关键词】智能结构;土木工程;民用建筑自智能建筑概念被提出后直到今天的近30 年之间,智能建筑已经得到了极大的发展。尤其在当代计算机信息技术、电子科技技术等高新建筑科技的不断推动下,民用建筑中土木智能化逐渐成为了世界各国广受关注的建筑形式。建筑智能化为建筑业的发展掀起了一次新的改革浪潮,这种趋势使传统的建筑功能结构发生了根本性的改变。现代智能建筑不仅仅是砖石的结合体,设计者更是把现代先进科技融合在土木结构的设计中,使民用建筑富有灵性,更加智能化、人性化。


  1. 土木智能结构的概念所谓建筑智能化就是采用通讯技术以及计算机技术对民用建筑的各种设备进行自动监控,并对信息资源进行处理,最后为用户提供相关的信息服务等。美国智能建筑研究机构把建筑智能化定义为:设计者通过对建筑物的结构、服务、系统与管理四个基本要素和它们之间的内在联系的最优组合来给用户提供一个投资造价合理,同时具备具有高效、便利、舒适的居住环境。对于这种定义,我们可以这样来理解,智能建筑必须满足两个基本条件:首先,对于建筑居住者来讲,智能建筑应当为其创造一个舒适、和谐、安全、便捷的生活环境。其次对于建筑管理者来说,智能建筑必须具备一套控制、管理、维护与通信的相关设施,可以使管理者在比较小的成本条件下,对建筑进行有效的环境控制、报警监视与安全检查,从而www.17net.net 论文代写实时地和所在城市的管理部门保持联系。


  2. 土木智能结构控制的组成土木智能结构的设计原理来自仿生学,也就是通过模仿生物对外界环境的认识和感知方式来进行民用建筑内部结构的信息的传输,信号传感器、处理器、传导器与控制器组成了智能结构的主要控制系统。许多智能结构在设计上运用末端传感器与信号驱动元件对检测到的外部进行集成处理。当传感器发现结构出现风险或存在隐患时,它先可以对这一信号进行外部加工,同时使其连接信号控制器,最后利用信号控制器来进行直接的决策,形成处理结果和指令反馈给居住者,从而实现了智能结构检测、反馈、调节的良性循环。


  当民用建筑结构在受到外界环境影响的情况下,其建筑物的工程结构特性就会发生相应的变化,这样通过反馈的这些信息,居住者或建筑管理者就能够根据自适应装置来改变建筑整体的结构状态,例如在遇到地震或强风情况下,土木智能结构可以保证建筑物基本的结构安全。另外,通过利用智能化的结构材料,可以真实的实现结构控制的一体化。在外界环境影响条件不确定的情况下,处理器可以自动做出简单的控制性反应,这也是智能材料在土木工程结构和智能控制中的关键应用之一。土木智能结构的出现对民用建筑的设计、维修、施工带来了全新的理念变革。


  3. 土木智能结构的设计方法3.1 屋顶的设计一般来说,民用建筑物的屋顶是直接平面敞开的接触到大自然的空间,在进行土木智能结构的设计时,除了考虑屋顶的美观和绿化以外,智能建筑的屋顶可以设置大量的设备,例如,利用太阳能、风能以太阳能电池板、热能利用、降水收集装置等,这类装置可以充分吸收利用自然界的一切热能量与物质,同时在设计时还应考虑到要防止自然力量对这类设施造成侵袭。


  3.2 墙体的智能化设计对于民用建筑来说,墙体的作用除了隔断和承重之外,在建筑的墙面上还要预留出各种型号的接线口,以便于在墙体内部空间布置各种重力、震动传感器和控制设施。


  3.3 地面的智能化设计民用建筑内的地面智能化设计可采用预制线槽、架空地面的楼板面层或者地毯地面等设计方式。一般来说,架空地面的布线比较方便,地下空间容量大,对于双层的地面结构可以分别布设强电和弱电走线,这种地面结构更适合用于旧楼的改造施工,但这种处理方式会造成室内、室外的地面落差,对于某些居住者来说可能需要时间来适应这种落差。对于具有预制线槽的楼板面层,施工者可在民用建筑的房间内部任何部位做走线接口,而且这种结构不会产生高低落差,施工简单方便,管道和走线可以布设在楼板面层下方10cm 的空间的范围内。对于方块地毯的地面结构,可以在地毯下方设置布线系统,考虑到建筑物层高的限制因素,这种布线结构要具有线路交叉点少的分支线路,设计者可以采用扁平线来进行设备的连接,这种布线结构的施工过程非常方便,但在设计时需考虑到此种布线结构和室内其他家具以及电器设施的配合,对于这些敏感的电器设备要做好防静电屏蔽的处理工作。


  3.4 天花板的智能化设计智能民用建筑内的天花板主要是用来完成照明灯具的悬挂、排气出风设施、烟雾传感设施、消防喷洒等的走线和出口的布设。


  3.5 建筑物外部空间的智能化设计作为开放的外部空间,民用建筑的外部空间通常来说应具备一定的实用功能。一般来说,按空间的利用功能来划分,民用建筑物的外部空间可以人的活动领域和除人之外的其他领域,包括交通工具的存放和活动领域。而为了使居住者获得舒适的人物逗留空间,设计者就需要用限定空间的方法为居住者刨造一定的封闭空间。设计时可以采用标高的变化以及运用不同的墙体,这些方法都可以给居住者带来不同程度的心理封闭感。同时,对于民用建筑的外部空间来说,它不同于建筑物的内部空间,此类空间应具备流动、开敞的特点。另外,设计一定的意念空间也是限定空间区域的重要手段之一。智能建筑设计者可利用独特的空间布局来刻意区分不同空间的应用功能。


  考虑到民用建筑的外部空间规模尺度会受日照范围、城市规划以及不同的生活习惯的限制,外部空间的不同尺度给居住者不同的感受。智能建筑者进行设计时可以利用这种尺度的差异来使民用建筑的外部空间呈现不同的形态,以弥补原有室内空间的先天不足,为了创造有秩序、丰富的建筑物外部空间,智能建筑的设计者就要考虑建筑物外部空间的层次感问题。


  4. 结束语作为一种全新的科学技术概念,民用建筑土木结构的智能化包含的范围很广。目前看来,虽然民用建筑土木结构的智能化的研究费用和技术需求很大,但是这种技术在加强民用建筑自身舒适性、安全性方面具有非常大的潜力和应用前景。纵向来看,在智能结构科学领域的相关研究已取得了一定的成果,它对于现代民用建筑的设计产生了巨大的影响。相信随着智能建筑技术的不断发展,民用建筑的智能结构的发展方向也会日趋变样化。因此设计者应结合民用建筑的特点,对其进行相应的结构智能化设计,使其成为真正的智能化、结构化的系统工程。


  参考文献[1] 李宏男,赵晓燕。 压电智能传感结构在土木工程中的研究和应用[J]. 地震工程与工程振动,2011(6)[2] 谢发龙。 建筑智能技术的问题浅析[J]. 中国西部科技,2011[3] 黄志坚。 对智能建筑设计问题的探讨[J]. 中国科技信息,2009[4] 曹伟,赵玉凤。 智能建筑的发展趋势与实例[J]. 工业建筑,2009[5] 徐兴声。 智能大厦的智能化与系统集成[J]. 国际电子报,2005作者简介:李广(1980-),男(汉族),安徽省阜南县人,本科,主要研究方向:土木工程。


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