大跨公共建筑屋面结构雪荷载超限灾害自动报警研究

◎陈光寰 李惠 姜法贞

前言：随着我国现代化建设领域的快速发展大跨屋面结构工程越来越多。在公共建筑中的高铁站屋面结构，机场及机库屋面结构（如北京大兴机场屋面），体育馆，大型游乐场，展览馆等大跨公共建筑屋面结构日益增多，特别在有降雪的地区，由于通常大跨建筑结构屋面荷载中雪荷载在结构计算起主导作用，且近期世界范围的天气变化异常，导致大跨结构屋面的雪荷载值严重超标，屋面结构倒塌人员伤亡的事故时有发生，给国家及人民造成严重经济损失及不可估量的社会影响。所以大跨建筑结构屋面雪荷载超限灾害自动报警及安全防治系统的研究是非常必要的。

一、雪荷载超限灾害自动报警系统设置

大跨建筑结构屋面雪荷载超限灾害自动报警系统，是一种集测试、检查、监督、报警、减灾、防灾系统。整个系统包括荷载雪荷收集装置，测量装置，数据信息传感装置，信息识别处理装置，双控报警装置及灾害应急处理减灾防治系统等。

雪荷载超限灾害自动报警器主要包括收集雪装置、压力测量室、雪荷载界限控制室、数据分析判断装置，报警及防灾装置。其中防灾及报警装置可以转化成无线网络接收信号，用于无线移动终端接收。方便报警信息传递接收，便于监控管理。

当大跨公共屋面经“雪荷载超限灾害自动报警系统”的监测确定雪荷载已经超过设计要求屋面处于危险状态并报警时，可同时自动启动大跨公共屋面雪灾自动防控系统以减少屋面雪荷载值。消除大跨公共建筑屋面雪荷载对建筑结构安全的危害并预留足够的时间，保证相关人员安全撤离。确保公共场所大跨建筑屋面结构及人员生命财产安全。

二、雪荷载超限灾害自动报警系统的应用

此项技术结构合理，体积较小，收集自然状态下雪荷载准确、方便、适用。各个系统职能合理准确。其操作简单，维修快捷，适用性强。雪荷载超限判断路线明确简单。但其超限信息转化成网络信号及传输较为复杂，该项技术需要自动控制及网络控制相结合并采取无线传输技术。该系统设备成本高，但安装简单，维修维护等运行管理方便经济，运行费用较低，在我国广大寒冷地区有较广泛的应用前景及显著的社会效益。

雪荷载超限灾害自动报警设备，包括外壳、雪荷载收集器、雪荷载收集器滑动主框架、支撑系统、雪荷载测量系统、雪荷载超限控制系统、电力供给系统、雪荷载超限报警系统、雪荷载超限报警信息接收及发送器，双控关键开关启动及远程遥控装置，雪荷载超限灾害应急处理装置及辅助消除雪荷载系统。所述的外壳内设有降雪收集盒其尺寸根据当地降雪状况确定、雪荷载收集器滑动主框架主要是固定雪荷载收集盒的，并尽量减少相互间摩擦阻力以确保雪荷载数值准确，支撑系统为整个结构的主要框架，以确保结构简捷安全稳定，雪荷载测量系统主要设置电子压力感应器用以测量雪荷载值。 雪荷载超限控制系统主要设置雪荷载超限装置，雪荷载超限报警系统主要设置报警感应敏感元件及信息收集整理判断中枢，以判断其超限报警，并将报警信息传送到相关人员。电力供给系统为整个装置供电。关键开关启动及远程遥控装置主要雪荷载超限传递及处理功能。 雪荷载超限灾害应急处理装置主要是控制大跨建筑公共屋面自动除雪系统，自动进行除雪，以减少屋面雪荷载消除隐患，确保大跨建筑屋面结构安全。该实用新型雪荷载超限自动报警器”可避免使广大寒冷地区大跨公共建筑屋面结构突发雪灾而造成的屋面倒塌严重事故发生。能够对建筑产品使用阶段进行主动健康监控，随时掌握建筑结构体系的安全健康状态。以争取事中过程的主动控制，而达到良好的预期效果。为确保人民生命财产安全贡献力量。

此项技术需要电力作动力，控制可人为或自动控制，使用起来方便；可远程无线网络时时对建筑结构进行健康监控，是较为适用的新型大跨建筑结构健康监控的装置。要解决的技术问题是：一种大跨建筑屋面雪荷载超限灾害自动报警装置，实现了大跨公共建筑屋面雪荷载超限灾害自动报警，实现了大跨公共建筑屋面雪荷载超限自动测量甄别，自动报警与人力消除灾害隐患或自动消除灾害隐患的多功能高智能化的大跨建筑结构屋面健康监控体系。是一种安装方便，维护和运行费用低，自动化程度高，可控性强，对原建筑结构质量无任何影想，一次性安装永久受益。

大跨公共建筑屋面雪荷载超限灾害自动报警装置，其特征是：包括外壳、屋面顶部雪荷载收集器、雪荷载收集器滑动主框架、支撑系统、雪荷载测量系统，雪荷载超限控制系统，电力供给系统，雪荷载超限报警系统，雪荷载超限报警信息接收及发送器，双控关键开关启动及远程遥控装置，雪荷载超限灾害应急处理装置及辅助消除雪荷载系统。

三、总论

屋面顶部雪荷载收集器，主要是根据建筑屋面的形式特点，决定雪荷载收集装置的几何尺寸，特别是装置的深度尺寸尤为重要，它是满足雪荷载测量的充分必要条件。 屋面顶部雪荷载收集器与滑动主框架的连接应采用滚动防寒措施，以确保符合设计要求。支撑系统由轻型材料铆接而成，构造简捷明快。雪荷载测量系统主要是力学测量装置和数字显示装置用以测量及读取雪荷载的数据值，雪荷载超限控制系统是当雪荷载超过限制值时，该系统进行运转并将雪荷载的超限信息传递到雪荷载超限报警系统，其超限报警系统经过计算分析判断得出结论并报警。报警后经雪荷载超限报警信息接收及发送器传送到接收端进行处理（如自动除雪等）以确保建筑结构安全。电力供给系统，是确保整个系统动力及系统正常运行。所述雪荷载超限灾害应急处理装置及辅助消除雪荷载系统。是指在大跨建筑结构公共屋面无法进行人工消除自然状态下的雪灾时，必须设置自动控制的屋面除雪系统，用以消除大跨公共建筑屋面雪荷载超限灾害的发生。此方案具有原理简单使用方便应用广泛，对我国寒冷地区的大跨公共建筑屋面结构体系的减灾防灾起到积极促进作用。并对国家自然灾害防治系统建设具有重大现实意义。