智能土木结构在现代建筑结构中的应用研究

智能土木结构在现代建筑结构中的应用研究

杨家旺 赵恩国 李文静 王军远 李强

（辽宁工程技术大学土木工程学院，辽宁 阜新， 123000）

摘要：智能土木结构作为现代建筑结构中新兴的仿生结构体系，因其自身具备的多样化与智能化等优势，能够通过通讯技术和计算机技术自动监控建筑结构中的各种设备，合理优化信息资源，为住户提供相应的信息服务，提高了建筑结构的整体性能，得到广泛应用，获得支持与认可，并在现代化建筑结构设计中发挥越来越重要的作用。本文主要研究了智能土木结构在现代建筑结构中的应用，希望能为现代智能建筑结构设计提供借鉴。

关键词：智能土木结构；现代建筑结构；应用

人们物质生活水平的不断提高，对于建筑物的实际需求逐渐开始呈现出智能化、多样化的发展趋势。为满足人们这一需求，需对当前的建筑结构加以改进和完善。现代大型建筑对于土木结构具有较高要求，其对于建筑的安全性、可靠性以及稳定性具有较为直接的影响。

1智能土木结构概述

智能土木结构主要指将在土木结构中对智能技术和智能设备等进行合理应用，智能土木结构中包含驱动器、感应器以及传感器元件等，上述设备的使用使智能土木结构可以更好的适应外界环境的变化，并且能够根据实际情况进行自我控制及修复，减少结构出现损坏的情况，从而保证整体结构的完整性和稳定性。因为上述优势，智能化土木结构在各类建筑工程中均得到广泛应用。

2智能土木结构的分类

在现代建筑结构中应用智能土木结构，根据使用的形式，可细分为嵌入式智能土木结构和智能材料耦合结构等两大类，其中智能材料耦合结构，即通过结构材料的某些特性进行监测，了解材料结构的特性发生了何种变化，方便及时做出相应的调整。而嵌入式智能土木结构则是将传感器安装到钢筋混凝土中，利用计算机软硬件和其他材料仪器来调整建筑物的结构。这种结构设计模式能够在传统建筑的基础上作出改进，不需要研究与分析建筑物的其他性能，就能从传统结构实现智能化结构的过渡。虽然前者与后者之间的区别是利用对象不同，前者过于依赖建筑物本身材料使用的特性，而后者则是依赖信息材料，但是最终的目的是相同。此外，根据目的的不同，智能土木结构都可归类为智能混凝土结构，依据特有功能的分类，可分成自诊断、疲劳寿命预报能力、自愈合功能、应力应变自诊断功能、变形及损伤自诊断功能。

3现代建筑结构中智能土木结构的应用现状

3.1智能传感元件的应用

在土木工程中，技术人员时常会在建筑结构中添加传感元件，以此实现建筑物的健康检测，在保证结果精准性的同时，还需对建筑物的安全性、稳固性等进行综合评价，且同样需保证数据的精准性，从而对建筑物的实际使用寿命进行判断，最后做出相应的报废或维修处理。而对于某些大型的工程建筑而言，由于其建筑结构修建时间一般较长，且设备陈旧老化，若在此依然采取添加传感器的方式，则往往与实际情况不相符合。此时便需选择性能较强的传感器进行结构检测，通过光纤智能材料等制作而成的传感器，具有十分强大的性能，将其应用于土木工程中，可起到事半功倍的检测效果，同时也为土木工程发展提供了新契机。

3.2建筑节能具体应用

智能土木结构在对建筑物进行健康检测的同时可以对一些节能技术的使用提供更多有利条件，具体体现在对现代建筑结构进行设计或改造时，设计人员可以对一些新型节能材料进行使用，且借助智能土木结构监测的作用，可以根据外部环境变化的要求进行相应调整，从而对能源消耗量进行减少，实现节能的目标，智能结构的应用使现代化建筑工程更加符合绿色建筑的要求。

3.3工程健康监测

将智能土木结构应用于建筑工程中，在健康检测和结构损伤等方面具有着至关重要的作用。在土木工程中，建筑物检测常以目测方式为主，同时还会辅助声发射、x射线、超声波等技术，通过该方式的应用，可有效避免很多缺陷问题，能够对建筑物结构的破损情况进行动态监测，不仅满足了人们的实际需求，同时也确保了检测结果的精准性和效率性。如建筑物在出现损伤时，其内部结构也会相应破裂，在外力作用的影响下，通常会加大损伤力度，而这些变化均会被传感器感知到，从而使工作人员可在第一时间对建筑的实际情况加以掌握和了解，并以此为基础采取针对性调整措施，有效避免建筑发生安全事故造成的人员伤亡问题。

大量调查数据显示，形状记忆合金具有较高的相变回复力，最高数值可达400MPa。以上述特性为基础，可开发出具有变形能力的被动耗能控制系统和记忆合金被动耗能器,以此实现土木工程结构的抗震控制。这些结构在具体应用的过程中，通常是安装在结构的底部或层间，如此当建筑结构出现形变时，便会迅速被耗能器所感知，从而可最大限度的消耗地震能量。据调查，在建筑结构中安装了记忆合金耗能器，大约有60％地震能量均可吸收，有效抑制了建筑结构的位移、变形等问题。

4提升智能土木结构应用效果的有效措施

4.1对智能传感技术进行提高

智能传感元件在现代建筑结构中得到广泛应用，其能够最大程度提高建筑结构的稳定性和安全性。时代的发展对建筑结构稳定性提出了更高的要求，为了更好的满足当前要求需要对智能传感技术进行提升，主要从如下方面进行:(1)技术人员需要对当前要求和未来发展情况进行分析，将分析结果作为依据使用相应方法对传感器的灵敏度和运行可靠性进行提升，从而可以准确的对建筑结构进行检测;(2)对传感器和建筑结构材料是否相容进行充分考虑，减少传感器对建筑结构外形的不利影响;(3)在现代建筑结构中使用传感器会受其他信号的干扰，对数据收集和检测产生负面影响，为此在研究过程中需要对传感器抗干扰能力进行提升，从而保证检测准确性。

4.2智能控制集成发展

若将建筑物比作人体，则智能控制系统就是人的大脑神经中枢系统，其作为一个核心部分，不仅操控着运动系统程序和感觉系统，同时也直接影响着整个神经的协调功能和运转功能。将该智能集成系统安装于建筑智能土木结构中，可大幅度提升建筑物的外部抵抗能力，如风暴、降雨等等，使其在第一时间做出相应反应，最大限度的避免人员伤亡，并降低经济损失。基于上述情况，我国相关技术部门应重点对智能控制系统进行研究与开发，并加大推广应用力度，以此为基础，实现整个建筑环境的优化控制，为建筑结构的稳固性、安全性提供有力保障。

4.3建筑物外部空间

民用建筑的外部空间是开放的外部空间，在这一区域的智能化设计过程中，为了营造良好的活动空间，设计师需要根据限定的空间，通过变化标高与应用不同的墙体来创造一定的封闭空间。但考虑到建筑物外部空间具有的流动性与开敞性特性，在实际设计时，设计师需要通过独特的空间布置来设计不同空间的应用功能，营造舒适的空间环境。此外，在建筑物外部空间设计方面，由于外部空间容易受日照范围、生活习俗与城市规划的影响，给业主带来不同的感受，设计师在设计时，需要利用空间不同尺寸的差异将民用建筑的外部空间展现出不同的空间形态，填补已有室内空间的先天缺陷，丰富建筑物外部空间，实现外部空间层次感不同的体现。

结束语

通过智能土木结构的应用使现代建筑结构的稳定性和安全性均有所保障，上文对提高其应用效果给出对智能传感技术进行提高和对智能控制集成系统进行合理应用的对策，希望技术人员可以参考文中内容进行深入研究，从而使智能土木结构的应用价值有所提高。

参考文献：

[1]周伟.智能土木结构在现代建筑结构中的具体应用[J].智能建筑与智慧城市,2019(04):26-27+30.