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上海某住宅楼振动测试

文章出处:网络????编辑:酋顺房屋鉴定所????时间:2019-12-11 15:38:02????点击:
  【摘要】上海某住宅楼,居民入住后发现沿楼的水平长轴方向(东西向)有明显振感,心里恐慌。本报告通过对房屋本身振动水平的测试,经与相关规范对比,得出振动水平在国家规范允许范围内的结论。同时,通过对房屋周边潜在振源的详细调查,并从振动传播机理出发,采用振动联合测试分析法,对振动传播过程中输出、输入及受振对象分别进行振动测试,并分析各环节的频率成分、时域波形,同时结合动力荷载(交通荷载)施加与振动水平及频率成分变化的因果关系,最终明确了振源主要为周边石材厂排锯切割石料的振动。
 
  1.检测概述
 
  上海某住宅楼,2010年竣工,居民入住后发现房屋沿楼的水平长轴方向(东西向)有明显振感,心里恐慌。为判断振动对房屋安全的影响及确定振源,为后续处理提供依据,原建设单位委托对该幢住宅楼进行振动测试。
 
  受检房屋为14层钢筋混凝土框架剪力墙结构,无地下室。房屋建筑平面近似为矩形,东西向长43.4m,南北向宽16.3m;房屋总高约43.8m,室内外高差0.45m,层高2.8m;房屋分为东西两个对称的单元。基础采用31m长PHC管桩,桩端持力层为⑥1层砂质粉土,绝对标高+1.900。
 
  本次振动测试主要工作内容包括:
 
  (1)振动房屋建筑结构调查;
 
  (2)房屋周边潜在振源调查(半径5.5km范围内);
 
  (3)房屋与室外地面同步振动测试(测试参数:加速度、速度、位移);
 
  (4)潜在振源石材厂振动、公路交通荷载引起的振动测试(测试参数:速度);
 
  (5)测试数据典型时域、频域曲线分析及与房屋振动相关性分析;
 
  (6)测试结论。
 
  2.周边振源调查
 
  振动房屋周边500m半径范围内,环境较简单,无明显的潜在振源。但500m以外,环境比较复杂。通过调查走访,主要振源包括4家一级石材厂切割石料的排锯以及公路东西走向的交通荷载。
 
  根据公路交通流量统计图,大车(货车及公交客车)流量总体趋势较稳定,随时间波动较小;小车(其余车辆)流量则随时间变化较大。
 
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  05:30~06:24时段总体车流量较小,平均8辆/分钟;10:09~11:13时段车流量达到一个高峰,平均34辆/分钟;15:17~16:46车流量略有所下降,平均26辆/分钟。
 
  3.测点布置及测试工况
 
  测点位置和测试工况见图4-1、表4-1。进行住宅楼的振动测试时,布置测点P1、P2与P1、P3分别同步测试,每个测点布置2组三分量拾振器,每组拾振器的测试方向分别为建筑物的长轴方向(东西向)、短轴方向(南北向)及铅垂向。进行石材厂和公路的振动测试时,每家石材厂或公路附近布置一个测点,每个测点布置1组三分量拾振器,拾振器的测试方向分别为东西向、南北向及铅垂向。
 
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  4.测试数据分析
 
  4.1住宅楼振动水平分析评价
 
  4.1.1振动变化规律
 
  根据测试数据,统计、计算测试时段内屋面测点P1和室外场地测点P2、
 
  P3的振动zui大值和均方根值(表5-1~表5-3)。由表可知,在两次测试时间段内:
 
  (1)住宅楼屋面测点振动由大到小依次为:长轴向(东西向)、短轴向(南北向)、铅垂向;而室外地面测点振动由大到小依次为:长轴向(东西向)、铅垂向、短轴向(南北向);
 
  (2)室外场地振动沿钢筋混凝土结构住宅楼由下往上传播过程中,水平向(长轴向、短轴向)振动均放大,铅垂向振动变小。
 
  4.1.2房屋水平振动级别
 
  根据统计结果,屋面P1测点的长轴向、短轴向峰值加速度分别为23.7mm/s2和9.81mm/s2,屋面P1测点的长轴向、短轴向峰值速度分别为3.29mm/s和0.51mm/s。小于《中国地震烈度表》(GB/T17742-2008)中5度地震时峰值加速度0.22m/s2~0.44m/s2、峰值速度0.02m/s~0.04m/s的范围(注:烈度1~4度时,规范中未明确水平向地震动参数范围),又通过对住宅楼内部分房间进行调查,发现悬挂于墙壁上的长柄汤勺、悬挂于顶棚的水晶灯有轻微摆动,室内多数居民明显感觉到房屋长轴向振动,参考推荐性国家标准《中国地震烈度表》(GB/T17742-2008),房屋水平振动强弱程度约相当于烈度3度的小震水平。
 
  4.1.3房屋竖向振动级别
 
  按照国家《住宅建筑室内振动限值及测量方法标准》(GB/T50355-2005)的规定,住宅建筑室内的铅垂向振动加速度级(La)应符合规定限值。
 
  根据计算公式,计算夜间(2012-11-1722:00~2012-11-1806:00)和昼间
 
  (2012-11-1806:00~2012-11-1818:59)住宅楼屋面1/3倍频程中心频率对应的铅垂向振动加速度级,并与国家规范《住宅建筑室内振动限值及测量方法标准》
 
  (GB/T50355-2005)中昼夜间一级限值进行对比(图5-1)。由图可知,在昼间和夜间测量的屋面测点处铅垂向振动加速度级均小于规范中的一级限值。
 
  4.1.4室外地面竖向振动级别
 
  按照国家《城市区域环境振动标准》(GB10070-88)对房屋室外振动进行评价,采用单值计权评价值(铅垂向Z振级,VLz)作为评价指标。根据实测振动数据计算出室外南侧场地P3测点夜间(2012-11-1722:00~2012-11-1806:00)和昼间(2012-11-1806:00~2012-11-1818:59)的人体Z计权振级分别为45.63dB和49.69dB,均小于国家标准《城市区域环境振动标准》(GB10070-88)中有关“居民、文教区的铅垂向振级昼间标准值为70dB,夜间标准值为67dB”的规定限值。
 
  4.2住宅楼振动与周边振源相关性分析
 
  4.2.1住宅楼振动测试分析
 
  现场测得的住宅楼屋面测点P1和室外东侧场地测点P2在128秒内的典型振动速度时程波形曲线图。观察分析波形图,发现屋面水平方向的振动速度、位移、加速度时程曲线接近于简谐波,表明房屋受到室外环境频率较为稳定的振动影响;房屋水平方向振动的同时还伴有长周期的拍频现象,说明房屋受到了室外环境两个或多个频率接近的振动的影响。
 
  通过分析发现,在测试时段内:
 
  屋面测点P1及室外场地测点P2、P3三个方向振动频谱的第一主频均为1.5Hz。结合波形分析,进一步表明房屋的振动是由于受到室外环境振动的影响:由于室外场地测点水平方向振动加速度的第一主频与该14层钢筋混凝土剪力墙结构类型房屋水平方向第一阶自振频率接近,导致两者产生了类共振,从而造成房屋有水平方向的振动感;而房屋竖直方向的刚度相对水平方向刚度较大,竖直方向的振动感比较微弱。
 
  4.2.2石材厂振动测试分析
 
  通过对排锯拉锯方向与住宅楼水平振动方向(长轴,东西向)一致的3家石材厂拉锯切割石料时振动测试数据的分析,可知石材厂附近场地水平及铅垂向振动频谱的主频均为1.5Hz,与调查所得的排锯折算工作频率1.5Hz(90转/分)一致,也与住宅楼长轴向第1阶主频一致。由于1.5Hz的低频振动的波长较长,在土体传播过程中能量耗散较慢,故而在土体中的传播距离较远,有可能对一定距离内自振频率与其接近的房屋产生影响。所以石材厂排锯可能是导致房屋水平振感明显的潜在振源。
 
  4.2.3公路交通荷载振动测试分析
 
  同样地,由住宅楼南部的公路振动测试所得时程和频域曲线可知,交通荷载引发的铅垂向振动主频为2.75Hz、3.75Hz和4.375Hz,对应幅值均大于1.5Hz振动对应幅值;尽管水平向振动主频均为1.5Hz,但该处水平向的1.5Hz振动主要振源是交通荷载还是石材厂排锯不能明确,需进一步从房屋振动程度与同时刻公路车流量对应关系的角度进行判别。
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  (1)车流量大小与振动程度对应关系分析
 
  清晨时段车流量为8辆/分钟,远小于下午时段的26辆/分钟,但清晨时段的屋面P1与室外场地P3测点的水平向加速度均大于下午时段的对应测点水平向振动加速度,公路交通流量大小与住宅楼振动无明显的关联性。
 
  (2)红绿灯时房屋振动差异
 
  通过对比公路与XXX路交叉路口处(住宅楼正南侧约0.5km处公路段)东西向绿灯(通车)与红灯(不通车)时屋面与室外地面的加速度有效值、时程曲线、频谱曲线的差异,从而判别红绿灯通车与不通车时对住宅楼振动的影响。从表可以看出,红灯(不通车)与绿灯(通车)时的时程和频谱差别不大,工况1各方向加速度RmS有效值变化率在16%以内,工况2各方向加速度RmS有效值变化率在13%以内。
 
  由以上红绿灯时的住宅楼振动差异对比可知,位于该房屋南部的公路局部段通车与不通车时房屋屋面与室外场地振动的时域与频域均相差不大。
 
  综上,通过对公路交通流量与房屋振动水平的关联性分析以及红绿灯时车停止、行驶对房屋振动幅值的影响分析,判断公路交通振动不是引发住宅楼振动的主因,石材厂才是引发住宅楼振动的振源。

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  5.结论
 
  (1)住宅楼水平振动级别约相当于《中国地震烈度表》(GB/T17742-2008)中地震烈度3度的水平;住宅楼屋面测点在昼、夜间测量的铅垂向振动加速度级均小于国家《住宅建筑室内振动限值及测量方法标准》(GB/T50355-2005)中有关规定限值;住宅楼室外场地夜间、昼间铅锤向Z振级小于国家《城市区域环境振动标准》(GB10070-88)中有关规定限值。
 
  (2)房屋屋面测点各测试方向振动由大到小依次为:长轴向(东西向)、短轴向(南北向)、铅垂向;室外地面测点各测试方向振动由大到小依次为:长轴向
 
  (东西向)、铅垂向、短轴向(南北向)。室外场地振动沿钢筋混凝土结构住宅楼由下往上传播过程中,水平向(长轴向、短轴向)振动均放大,铅垂向振动变小。室外场地测点三个方向(长轴向、短轴向、铅垂向)振动与房屋屋面测点三个方向振动频谱的第一主频均为1.5Hz,房屋的振动是由于受到室外环境振动的影响引起的;由于室外场地测点水平方向振动的第一主频与该14层钢筋混凝土剪力墙结构类型住宅楼水平方向一阶自振频率比较接近,从而造成房屋室内有水平方向的振动感。
 
  (3)住宅楼南侧公路交通荷载与住宅楼振动水平无明显关联性;石材厂附近场地水平向(东西向、南北向)及铅垂向振动频率的主频均为1.5Hz,与排锯折算工作频率1.5Hz(90转/分钟)一致,也与住宅楼长轴向第1阶主频一致,石材厂排锯是导致房屋水平振感明显的主要因素。


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