某高層建筑振動(dòng)影響測(cè)試評(píng)估

任琦，賈磊，楊旭東

（1.中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心有限公司；2.中研建科（北京）工程檢測(cè)有限公司）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，高層建筑在城市中已成為主流，但受快速路和高速路上車(chē)流量、地下室內(nèi)機(jī)械、周邊各種動(dòng)力設(shè)備、所受風(fēng)載以及當(dāng)?shù)氐牡孛}動(dòng)等因素影響，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)情況[1-2]。除了強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)可對(duì)高層建筑物的結(jié)構(gòu)造成破壞，這些環(huán)境因素的存在多是具有長(zhǎng)期性和低頻性[3]，不僅對(duì)樓體的結(jié)構(gòu)安全有影響，也對(duì)人們的生活和工作有一定的影響[4]，且人體長(zhǎng)期生活、工作在嚴(yán)重的振動(dòng)環(huán)境中則會(huì)對(duì)身體健康及安全造成危害[5-6]。

本文以某高層住宅樓為檢測(cè)對(duì)象，對(duì)該樓振動(dòng)情況進(jìn)行評(píng)估，檢測(cè)該樓周邊環(huán)境狀況對(duì)樓體的安全是否有影響，振動(dòng)是否超出國(guó)家有關(guān)規(guī)范的要求并了解造成該種情況的主要因素，并對(duì)該樓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)據(jù)分析。

2 某高層振動(dòng)環(huán)境測(cè)試

2.1 工程概況

以某高層住宅建筑作為檢測(cè)對(duì)象，對(duì)該樓振動(dòng)情況進(jìn)行評(píng)估。該樓距離主馬路240m，距離某高速公路260m，處于小區(qū)的中部（見(jiàn)圖1）。

圖1 某高層住宅建筑周邊環(huán)境

小區(qū)及周邊的情況為：

①西側(cè)快速路和南側(cè)高速公路上車(chē)流量很大，尤其夜間重型卡車(chē)大量增加；

②該樓地下室內(nèi)的排風(fēng)機(jī)間歇運(yùn)行；

③該樓周邊各種動(dòng)力設(shè)備正常運(yùn)行；

④樓體所受的風(fēng)載；

⑤當(dāng)?shù)氐牡孛}動(dòng)等。

2.2 檢測(cè)評(píng)估方案

1）檢測(cè)評(píng)估依據(jù)

①《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50355-2005

②《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50344-2004

③《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》GB/T 50269-2015

④《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002

⑤ 振動(dòng)檢測(cè)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)

2）檢測(cè)儀器

① DLS-200 型力平衡式加速度拾振器 CEETC-A-ZD001，CEETC-A-ZD002

② INV306 型智能數(shù)據(jù)采集分析儀 CEETC-A-ZD013

3）測(cè)點(diǎn)布置

該樓共10 層2 個(gè)單元，該建筑物振動(dòng)情況受到快速路和高速路上車(chē)流量、地下室內(nèi)的排風(fēng)機(jī)、周邊各種動(dòng)力設(shè)備、樓體所受的風(fēng)載以及當(dāng)?shù)氐牡孛}動(dòng)等影響。為了評(píng)估該狀況對(duì)樓體居民的舒適度及安全性影響，在其頂層夾層樓板設(shè)置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖2）；2 個(gè)樓梯間分別在2、5、8 層各設(shè)置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)共6 個(gè)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖3）；地下室設(shè)置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖4）；樓南側(cè)和西側(cè)分別垂直于樓的側(cè)面布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖5）；累積共有12個(gè)。測(cè)拾振器布置的水平X 軸對(duì)應(yīng)樓的縱向（近似為東西向），Y 軸對(duì)應(yīng)橫向（近似為南北向），見(jiàn)測(cè)點(diǎn)圖。

圖2 頂層夾層測(cè)點(diǎn)布置

圖3 各樓層測(cè)點(diǎn)布置

本次測(cè)試時(shí)間段選取夜間22：00 ～03：00，白天選取下午13：00 ～15：00。

3 振動(dòng)檢測(cè)分析

3.1 居住環(huán)境振動(dòng)檢測(cè)分析

圖4 地下室測(cè)點(diǎn)布置

圖5 室外地面測(cè)點(diǎn)布置

豎直方向的振動(dòng)評(píng)估參考規(guī)范《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50355-2005，以被測(cè)點(diǎn)位置的豎直方向（Z 向）加速度振動(dòng)數(shù)據(jù)1/3 倍頻程譜求得振級(jí)（La）：

式中：a 為振動(dòng)加速度有效值，m/s2；a0為基準(zhǔn)振動(dòng)加速度值10-6m/s2。

室內(nèi)振動(dòng)限值選取夜間/晝間、1 級(jí)限值。

夾層樓板加速度振級(jí)選取豎直方向振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)1#最大工況的檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)住宅限值比較，見(jiàn)表1、表2。

表1 夜間測(cè)點(diǎn)振動(dòng)加速度振級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)值比較

表2 晝間測(cè)點(diǎn)振動(dòng)加速度振級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)值比較

3.2 環(huán)境振動(dòng)檢測(cè)分析

環(huán)境振動(dòng)檢測(cè)對(duì)夾層的2 個(gè)測(cè)點(diǎn)分兩個(gè)時(shí)段檢測(cè)，分析檢測(cè)時(shí)段內(nèi)水平振動(dòng)加速度幅值最大值，各點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

檢測(cè)結(jié)果表明，各測(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)加速度最大值夜間均比晝間有不同程度的增加，增加的幅度在20%～40%之間。這與現(xiàn)場(chǎng)勘查兩條城市主干道重型貨車(chē)的交通流量、車(chē)流速度呈相關(guān)性，可以判定該樓振動(dòng)受兩主干道影響較大。

建筑物的水平振動(dòng)評(píng)價(jià)主要參考《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002，該規(guī)范規(guī)定了高層建筑物最大振動(dòng)加速度不大于0.15m/s2。檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3.3 動(dòng)態(tài)特性分析

動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)主要檢測(cè)結(jié)構(gòu)第一階模態(tài)的對(duì)應(yīng)頻率。該項(xiàng)測(cè)試選取6 個(gè)測(cè)點(diǎn)分別布置于兩個(gè)單元的2、5、8 層樓板，測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖3，分析在周?chē)裨喘h(huán)境下樓體的頻率特性。各樓層振動(dòng)加速度峰值頻率及對(duì)應(yīng)的幅值結(jié)果見(jiàn)表4。

從表中可以看出，各樓層的振動(dòng)加速度主振頻率均為2.5Hz 左右，各層的振動(dòng)峰值隨著樓層的增高而從低到高不斷增大。根據(jù)該樓設(shè)計(jì)單位提供的計(jì)算結(jié)果，該樓的前六階固有頻率分別為：1.18Hz、1.29Hz、1.53Hz、4.57Hz、4.61Hz、5.58Hz，均與實(shí)測(cè)各樓層的振動(dòng)加速度主振頻率不一致，由此可知：該樓的振動(dòng)不會(huì)引起樓體的共振，不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性。

3.4 地下室排風(fēng)機(jī)及動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)影響分析

為了分析地下室排風(fēng)扇及動(dòng)力設(shè)備對(duì)該樓振動(dòng)的影響，我們針對(duì)地下室排風(fēng)扇及動(dòng)力設(shè)備開(kāi)、關(guān)兩種工況進(jìn)行了檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表3 樓頂檢測(cè)結(jié)果（時(shí)域）

表4 各樓層（含地下室）檢測(cè)結(jié)果

表5 地下室排風(fēng)扇及動(dòng)力設(shè)備開(kāi)關(guān)檢測(cè)結(jié)果

表6 小區(qū)地面檢測(cè)結(jié)果（時(shí)域）

表7 小區(qū)地面檢測(cè)結(jié)果（頻域）

由此可見(jiàn)，動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行造成的樓體振動(dòng)，對(duì)該樓的影響較小，可以排除。

3.5 道路車(chē)輛對(duì)振動(dòng)環(huán)境檢測(cè)分析

該樓所在小區(qū)臨近市區(qū)主馬路和高速公路，車(chē)流量很大，尤其夜間重型卡車(chē)大量增加。為了了解造成該樓振動(dòng)的振源所在，檢測(cè)室外地面環(huán)境振動(dòng)的衰減狀況，我們?cè)谛^(qū)室外樓南側(cè)和西側(cè)分別垂直于樓的側(cè)面布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖5），檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，在垂直于市區(qū)主馬路和高速公路的方向上，振動(dòng)峰值增大。由此可見(jiàn)，市區(qū)主馬路和高速公路上車(chē)輛行駛對(duì)振動(dòng)環(huán)境有較大影響。

4 結(jié)語(yǔ)

①實(shí)測(cè)樓體的最大振動(dòng)加速度：豎直方向滿足規(guī)范《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50355-2005要求；水平方向滿足規(guī)范《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002 的要求。不同時(shí)間的振動(dòng)加速度幅值有所不同，均小于規(guī)范規(guī)定的影響居住舒適度的加速度限值，但對(duì)于振動(dòng)敏感者會(huì)有一定影響。

②實(shí)測(cè)振源主頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率不一致，不會(huì)引起樓體的共振，因此該振動(dòng)不會(huì)造成樓體的結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，對(duì)樓體的結(jié)構(gòu)安全沒(méi)有影響。

③市區(qū)主馬路和高速公路上車(chē)輛行駛對(duì)振動(dòng)環(huán)境有較大影響，放大了該樓的振動(dòng)幅值。

④在日常的維護(hù)中宜加強(qiáng)常規(guī)檢查，以保證樓體的結(jié)構(gòu)本身維持在正常狀態(tài)中。