重庆重大房建结构健康状态诊断技术、制度和措施的实施现状和有效性分析

黄乐鹏 苏常旺 姚运航

摘要：健康检测在房建结构检测中有着广泛的使用，对于评估房建结构的工作状态，评估其使用性能具有重要意义。本文总结了现有的房建结构健康状态诊断技术、制度和措施，研究了每种技术、制度和措施的优缺点，并对其有效性进行了分析。为重庆重大房建结构健康诊断提供了理论基础，同时也为提出重庆重大房建结构安全保障的战略思维和体系做基础。

关键词：房建结构;健康状态;诊断技术;有效性分析

中图分类号：TU3    文献标识码：A     文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

健康检测技术是现代工业必不可少的技术，目的是为了保障机械的安全使用，而健康检测的领域之广，已经覆盖了关于重工业、轻工业、建筑业，以及材料和结构的检测。在健康检测的发展中，检测技术也在日益创新，例如各种新型的物理无损检测方法，这从侧面展现出我国日益强大的科技创新能力，以及我国的工业发展速度之迅猛。在我国科研人员不断的努力发展之下，一些广泛运用的技术，如新型传感技术与器件、检测图像技术与信号处理方法等，进入了世界一流阵营。

1房建结构健康状态诊断技术的现状和有效性分析

1.1健康状态诊断技术发展现状

从我国健康状态诊断技术发展来看，从单一的技术演变为如今的多方诊断技术，大致可分为八大类型的诊断技术，分别是声、电磁、辐射、热学、渗透、光学、泄漏以及机器人辅助诊断技术。

不同于古代的建筑物，现代的建筑物除了结构复杂、形式多样，还有着其他外力因素所导致的不同程度的损伤，继续使用或者拆除重新都有待商榷，这时候就需要对建筑物的健康状态进行诊断了，对其正确评估现在的使用性能和其服役时限，这对于建筑的充分发挥其剩余价值具有重要意义。

建筑物在实际工作状态中，表现出其可靠性最重要的指标就是建筑物实际工作中的应力程度。在工程结构的服役状态过程中，其实际应力检测一般有两种检测方式，第一种是通过改变应力检测出其应变，再测量其应力;第二种是通过物理等无损检测方法进行检测。第一种的检测方式视检测方法而言对建筑物有着不同程度的损伤，而第二种是无损检测，是利用光学原理或者材料磁性能。

1.2现有诊断技术及有效性分析

1.2.1 超声诊断

超声诊断运用了其在结构传播特性的原理。通过一端产生声源进而产生超声波，再利用特定的方法使超声波在结构传播时与结构材料以及结构缺陷产生作用。运用诊断设备接收从结构传出的超声波，再对其特征进行评估，进而对整个结构的损伤程度进行判断。

其优点在于对平面型缺陷十分敏感，可以快速测出损伤;而且设备轻便，穿透效果好。但是其缺点在于要求被诊断表面光滑;不易发现较小的损伤;需要操作人员熟悉标准，操作不便;不适用于形状比较复杂的结构。

1.2.2 射线诊断

射线诊断的原理是一端运用射线穿透结构，另一端运用胶片来记录射线的穿透信息，再根据其胶片底片黑度显示的不均匀图像来判断其缺陷。

其优点在于可以直接获得关于缺陷几何尺寸的直观图像，有记录且便于保存，适用于体积型等缺陷、厚度较薄的试件、对接焊缝。其缺点在于不适用面积型缺陷、厚度较厚的试件、棒材等，并且成本较高、速度较慢;还会对生物有危害。

1.2.3 磁粉诊断

磁粉诊断是利用磁粉作为介质，利用漏磁场效应对磁粉的吸附作用进行诊断。磁粉的位置变化经处理即可显示被检测物体的不连续性特征。

其优点在于可以检测微小型铁磁性材料，可以检测各类未成型的金属材料，可以对材料的微型裂缝、密度疏松部位进行监测。其缺点在于使用范围有限，仅仅适用于具有磁性的材料，对监测过程要求较高，流程复杂。

1.2.4 渗透诊断

渗透监测技术是利用毛细现象作用原理，检查材料表面开口缺陷的无损监测方法，按照渗透材料的不同，常分为着色、荧光和着色荧光三类。一般在特种设备和机械中运用广泛，比如锅炉、起重设备和游乐场设施。

其优点在于操作便捷、成本低廉、适用材料广泛。其缺点在于检测面较小，只能检测表面开口缺陷，操作前后对设备和材料的清洁度较高。

1.2.5 涡流诊断

涡流检测技术是表面或者近表面的无损检测技术，其利用电磁感应原理在线圈中导致的电流强度变化，通过监测电流的变化反映物体的缺陷。

其优点在于对导电材料灵敏度很高，能监测材料表面裂缝的深度，不受高温限制，且能够在零件缺口内部完成检测。其缺点在于检测效率过低，不能识别缺陷的类型，不适用于绝缘体。

2房建结构健康状态诊断制度的现状和有效性分析

建筑工程结构诊断的基本制度，应包括明确建筑工程结构诊断的目的，了解建筑工程结构诊断的对象，确认诊断的范围、内容和项目，选择适合的抽样方案和选择合适的诊断方法及诊断项目的抽样数量应符合诊断方法标准的要求等。

2.1房建结构诊断目的

明确房建结构诊断的目的非常重要。房建结构诊断的目的决定结构诊断的范围、内容、项目及诊断抽样方案。对于建筑工程结构诊断的目的，可区分为局部、专項与整体、新建工程质量与既有建筑的安全等。局部诊断是指需要诊断的部位是结构工程的若干构件、楼层，对于新建工程的楼板或地下室墙体裂缝诊断以及若干构件、楼层的构件材料强度诊断等均属于这一类;对于既有建筑的局部进行改造，如把某层的个别房间由办公室改为档案室，这时在对该建筑结构的整体施工质量不怀疑的情况下，可仅诊断需要改造的楼板构件及对其受力有影响的梁、柱构件。

专项诊断则是结构诊断的一个项目，是相对于结构全面诊断而言的。比如火灾程度及其影响范围的诊断、钢筋保护层厚度的诊断等等。新建工程的结构质量诊断是一个宽泛概念，包括构件材料强度、构件截面尺寸偏差，结构楼层与结构整体垂直度、构件内部与外部质量缺陷等等。通过现场诊断来确认是新建工程结构方面的质量，还是主体结构的全面施工质量。

既有建筑结构的安全可靠性鉴定诊断，应该是对被检建筑工程较全面的现状质量诊断。虽然既有建筑工程结构的现状质量诊断与新建工程结构施工质量的全面诊断都是全面的诊断，但是诊断的目的并不相同。新建工程的结构施工质量的全面诊断应按照相关专业验收规范的要求进行随机抽样，不能由委托方指定。只有明确了诊断的目的，才能确定诊断的范围、内容、项目及诊断抽样方案，才不会出现扩大诊断范围或不能满足委托方要求的问题。

2.2房建结构诊断范围、内容和项目

在对房建结构的诊断目的和对象明确之后，需要进一步的诊断的范围、具体内容等。诊断的范围应当对已经发生裂缝的构件或是在冬季等恶劣环境下施工的部位继续抽样诊断，避免诊断范围的无端扩大。对于正常环境施工的构件，应该采用少量抽样的方式进行验证式诊断。诊断所选取的内容和项目能够满足诊断的目的，对于委托方未明确的诊断内容，不能随意删减。当诊断单位缺乏一定的诊断能力时，应及时向委托方说明，放弃或分包诊断。

2.3抽样方案的选择

房建结构质量诊断、特别是房建结构诊断的诊断目的是为了评价建筑工程或主体结构的质量，是诊断单位对工程实体进行诊断，是诊断单位根据委托方的诊断目的和诊断项目、结构现状等去现场抽样。因此，房建结构质量诊断包括建筑工程结构安全与抗震性能鉴定的诊斷抽样，必须符合相应规范的要求和被诊断工程的状况。

对于既有建筑的安全与可靠性诊断中的结构与构件几何尺寸与尺寸偏差的诊断，不是判定结构与构件几何尺寸的施工质量，而是通过对结构与构件几何尺寸的诊断，给出该工程结构安全鉴定中结构与构件的几何参数取值。若均为负偏差或均为正偏差则应给出结构构件的几何尺寸的实际值;若存在正、负偏差且偏差不大则可按结构构件的几何尺寸设计值进行承载力分析。因此，对于既有建筑的安全与可靠性诊断中的结构与构件几何尺寸与尺寸偏差的诊断，其抽样数量可按《建筑结构诊断技术标准》确定，但抽样结果的分析不能运用该标准的计量抽样进行判定是否合格，而是应用统计的方法给出所诊断工程结构与构件几何参数的概率统计特征值和相应的数据取值。

结构构造是为了提高结构的整体安全与性能，是根据结构构件对结构整体安全与性能的贡献而设置的。在实际房建结构工程中，相同结构构件所在的楼层及其位置不同对结构整体安全与性能的贡献也是有差异的。不仅如此，而且还应根据结构的现状缺陷，区分重点诊断区域和一般诊断区域。既使是对既有建筑的安全性鉴定，其诊断也应区分重点楼层和主要受力构件等，对于重点楼层和主要抗侧力构件可采取加严抽样方案，对于一般楼层和次要受力构件可采用一般的抽样方案，对于非结构构件则可采用放宽的抽样方案等，而不是一味强调随机抽样。

2.4诊断方法的选择

诊断方法要根据诊断项目、诊断目的、建筑结构状况和现场条件选择。建筑结构诊断方法选择的这些原则是相辅相成、互相联系。比如，建筑结构诊断的目的决定着是全面诊断还是局部或专项诊断，不同诊断目的决定着诊断项目的多少;而建筑结构的质量状况又与建筑结构诊断的目的和项目选择相联系;对建筑结构质量缺陷较为突出的楼层（或部位）的构件其诊断项目可能会较现状良好的楼层要多，不仅如此，还会直接影响整个建筑结构诊断项目的确定。

2.5抽样数量符合诊断标准

在实际房建结构诊断中，应按照有关规范条例选取抽样数量，不能由主观意愿对其进行减少。在制定有关诊断方法标准的过程中，编制单位进行过大量的研究并通过了实际工程的检验，其规定的数量是将样本各种可能出现的情况考虑在内的，也是与相应的检测技术相互配套的。不仅如此，其抽样数量与推定结果是直接相连的。也就是说不按相关诊断标准的抽样数量去诊断，则很难保证诊断结果的正确性。

3房建结构健康状态诊断措施的现状和有效性分析

建筑结构诊断措施有很多种分类，针对不同的建筑结构往往采用不同的诊断措施。下面，就常见结构的诊断措施展开简要阐述：

3.1 砌体结构诊断

按照检测部位的不同，砌体结构的常用检测技术可分为直接检测法和间接检测法两类，其中直接法的检测对象为砌体性质，间接法主要检测砂浆强度。

直接法通过相应技术直接检测砌体的力学性能指标，由于砌体结构的强度离散型较大，通常需要选取多组试块，这就造成了工作量相对较大。间接法对于结构的损伤性远小于直接法，其通过测试灰缝砂浆的强度推定结构的整体强度，这样就造成结果与实际值相差较大。通常可以将两种方法结合使用，对结构的检测结果较为准确。

3.2 钢筋混凝土结构诊断

钢混结构常用的检测方法包括回弹法、超声波法、超声回弹综合法、钻芯法、射钉法以及结构性能实荷法等，其中工程中常用方法是钻芯法和回弹法。

钻芯法作为一种损坏性检测方法，钻芯法即为使用建筑构件上所取的芯样进行抗压强度试验，可以检验构件重要结构部位的损伤，对结构有局部损坏，具有一定的可靠性。回弹法是通过回弹仪直接在混凝土表面回弹，从而确定混凝土强度，准确性较钻芯法低。

3.3 钢结构诊断

钢结构的诊断可分为钢结构材料、连接节点、构件尺寸偏差、变形、涂装等质量和性能的诊断钢结构的诊断。有时也需要通过实荷检验和结构的动力测试来确定结构或构件的性能。目前，由于研究钢材的工业部门较多，钢材的力学性能、内部缺陷、焊缝探伤的确定方法已经较为全面。但是钢材是一类缺陷敏感性结构，因此应该主要从材料和节点及外部损伤等处的损伤来诊断钢结构的损伤，难以进行半有损或有损诊断。

4结语

为了防止重庆重大房建结构所存在的各种自身以及外在风险，本文通过大量调研工作，总结了重庆重大房建结构现有的健康状态诊断技术、制度和措施，并进行了有效性分析，为重庆重大房建结构健康诊断提供了理论基础，同时也为提出重庆重大房建结构安全保障的战略思维和体系做基础。

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收稿日期：2021-07-13

基金项目：重庆重大工程结构健康维护与防灾救援体系战略研究（2019-CQ-ZD-4）

作者简介：黄乐鹏（1987—），男，四川乐山人，博士，副研究员，研究方向：土木工程。

Analysis on the Implementation Status and Effectiveness of Health Diagnosis Technology， System and Measures for Major Building Structures in Chongqing

HUANG Lepeng，SU Changwang，YAO Yunhang

（Chongqing University，  Chongqing400044）

Abstract： Health testing is widely used in the testing of building structures， and it is of great significance to evaluate the working state and performance of building structures. This paper summarizes the existing health diagnosis technology， system and measures of housing construction， studies the advantages and disadvantages of each technology， system and measures， and analyzes their effectiveness. This paper provides a theoretical basis for the health diagnosis of Chongqing's major housing structures， and also provides a basis for the strategic thinking and system for the safety guarantee of Chongqing's major housing structures.

Keywords： Building structure;Health status;Diagnostic techniques;Effectiveness analysis