【摘要】上海某住宅樓，居民入住后發(fā)現(xiàn)沿樓的水平長軸方向（東西向）有明顯振感，心里恐慌。本報(bào)告通過對房屋本身振動水平的測試，經(jīng)與相關(guān)規(guī)范對比，得出振動水平在國家規(guī)范允許范圍內(nèi)的結(jié)論。同時，通過對房屋周邊潛在振源的詳細(xì)調(diào)查，并從振動傳播機(jī)理出發(fā)，采用振動聯(lián)合測試分析法，對振動傳播過程中輸出、輸入及受振對象分別進(jìn)行振動測試，并分析各環(huán)節(jié)的頻率成分、時域波形，同時結(jié)合動力荷載（交通荷載）施加與振動水平及頻率成分變化的因果關(guān)系，最終明確了振源主要為周邊石材廠排鋸切割石料的振動。

　　1.檢測概述

　　上海某住宅樓，2010年竣工，居民入住后發(fā)現(xiàn)房屋沿樓的水平長軸方向（東西向）有明顯振感，心里恐慌。為判斷振動對房屋安全的影響及確定振源，為后續(xù)處理提供依據(jù)，原建設(shè)單位委托對該幢住宅樓進(jìn)行振動測試。

　　受檢房屋為14層鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，無地下室。房屋建筑平面近似為矩形，東西向長43.4m，南北向?qū)?6.3m；房屋總高約43.8m，室內(nèi)外高差0.45m，層高2.8m；房屋分為東西兩個對稱的單元?；A(chǔ)采用31m長PHC管樁，樁端持力層為⑥1層砂質(zhì)粉土，絕對標(biāo)高+1.900。

　　本次振動測試主要工作內(nèi)容包括：

　　(1)振動房屋建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查；

　　(2)房屋周邊潛在振源調(diào)查（半徑5.5km范圍內(nèi)）；

　　(3)房屋與室外地面同步振動測試（測試參數(shù)：加速度、速度、位移）；

　　(4)潛在振源石材廠振動、公路交通荷載引起的振動測試（測試參數(shù)：速度）；

　　(5)測試數(shù)據(jù)典型時域、頻域曲線分析及與房屋振動相關(guān)性分析；

　　(6)測試結(jié)論。

　　2.周邊振源調(diào)查

　　振動房屋周邊500m半徑范圍內(nèi)，環(huán)境較簡單，無明顯的潛在振源。但500m以外，環(huán)境比較復(fù)雜。通過調(diào)查走訪，主要振源包括4家一級石材廠切割石料的排鋸以及公路東西走向的交通荷載。

　　根據(jù)公路交通流量統(tǒng)計(jì)圖，大車（貨車及公交客車）流量總體趨勢較穩(wěn)定，隨時間波動較?。恍≤嚕ㄆ溆嘬囕v）流量則隨時間變化較大。
 

　　05:30~06:24時段總體車流量較小，平均8輛/分鐘；10:09~11:13時段車流量達(dá)到一個高峰，平均34輛/分鐘；15:17~16:46車流量略有所下降，平均26輛/分鐘。

　　3.測點(diǎn)布置及測試工況

　　測點(diǎn)位置和測試工況見圖4-1、表4-1。進(jìn)行住宅樓的振動測試時，布置測點(diǎn)P1、P2與P1、P3分別同步測試，每個測點(diǎn)布置2組三分量拾振器，每組拾振器的測試方向分別為建筑物的長軸方向（東西向）、短軸方向（南北向）及鉛垂向。進(jìn)行石材廠和公路的振動測試時，每家石材廠或公路附近布置一個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)布置1組三分量拾振器，拾振器的測試方向分別為東西向、南北向及鉛垂向。
 

　　4.測試數(shù)據(jù)分析

　　4.1住宅樓振動水平分析評價

　　4.1.1振動變化規(guī)律

　　根據(jù)測試數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、計(jì)算測試時段內(nèi)屋面測點(diǎn)P1和室外場地測點(diǎn)P2、

　　P3的振動zui大值和均方根值（表5-1~表5-3）。由表可知，在兩次測試時間段內(nèi)：

　　(1)住宅樓屋面測點(diǎn)振動由大到小依次為：長軸向（東西向）、短軸向（南北向）、鉛垂向；而室外地面測點(diǎn)振動由大到小依次為：長軸向（東西向）、鉛垂向、短軸向（南北向）；

　　(2)室外場地振動沿鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅樓由下往上傳播過程中，水平向（長軸向、短軸向）振動均放大，鉛垂向振動變小。

　　4.1.2房屋水平振動級別

　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，屋面P1測點(diǎn)的長軸向、短軸向峰值加速度分別為23.7mm/s2和9.81mm/s2，屋面P1測點(diǎn)的長軸向、短軸向峰值速度分別為3.29mm/s和0.51mm/s。小于《中國地震烈度表》（GB/T17742-2008）中5度地震時峰值加速度0.22m/s2～0.44m/s2、峰值速度0.02m/s～0.04m/s的范圍（注：烈度1～4度時，規(guī)范中未明確水平向地震動參數(shù)范圍），又通過對住宅樓內(nèi)部分房間進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)懸掛于墻壁上的長柄湯勺、懸掛于頂棚的水晶燈有輕微擺動，室內(nèi)多數(shù)居民明顯感覺到房屋長軸向振動，參考推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震烈度表》（GB/T17742-2008），房屋水平振動強(qiáng)弱程度約相當(dāng)于烈度3度的小震水平。

　　4.1.3房屋豎向振動級別

　　按照國家《住宅建筑室內(nèi)振動限值及測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50355－2005）的規(guī)定，住宅建筑室內(nèi)的鉛垂向振動加速度級（La）應(yīng)符合規(guī)定限值。

　　根據(jù)計(jì)算公式，計(jì)算夜間（2012-11-1722:00~2012-11-1806:00）和晝間

　　（2012-11-1806:00~2012-11-1818:59）住宅樓屋面1/3倍頻程中心頻率對應(yīng)的鉛垂向振動加速度級，并與國家規(guī)范《住宅建筑室內(nèi)振動限值及測量方法標(biāo)準(zhǔn)》

　?。℅B/T50355－2005）中晝夜間一級限值進(jìn)行對比（圖5-1）。由圖可知，在晝間和夜間測量的屋面測點(diǎn)處鉛垂向振動加速度級均小于規(guī)范中的一級限值。

　　4.1.4室外地面豎向振動級別

　　按照國家《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070-88）對房屋室外振動進(jìn)行評價，采用單值計(jì)權(quán)評價值（鉛垂向Z振級，VLz）作為評價指標(biāo)。根據(jù)實(shí)測振動數(shù)據(jù)計(jì)算出室外南側(cè)場地P3測點(diǎn)夜間（2012-11-1722:00~2012-11-1806:00）和晝間（2012-11-1806:00~2012-11-1818:59）的人體Z計(jì)權(quán)振級分別為45.63dB和49.69dB，均小于國家標(biāo)準(zhǔn)《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070-88）中有關(guān)“居民、文教區(qū)的鉛垂向振級晝間標(biāo)準(zhǔn)值為70dB，夜間標(biāo)準(zhǔn)值為67dB”的規(guī)定限值。

　　4.2住宅樓振動與周邊振源相關(guān)性分析

　　4.2.1住宅樓振動測試分析

　　現(xiàn)場測得的住宅樓屋面測點(diǎn)P1和室外東側(cè)場地測點(diǎn)P2在128秒內(nèi)的典型振動速度時程波形曲線圖。觀察分析波形圖，發(fā)現(xiàn)屋面水平方向的振動速度、位移、加速度時程曲線接近于簡諧波，表明房屋受到室外環(huán)境頻率較為穩(wěn)定的振動影響；房屋水平方向振動的同時還伴有長周期的拍頻現(xiàn)象，說明房屋受到了室外環(huán)境兩個或多個頻率接近的振動的影響。

　　通過分析發(fā)現(xiàn)，在測試時段內(nèi)：

　　屋面測點(diǎn)P1及室外場地測點(diǎn)P2、P3三個方向振動頻譜的第一主頻均為1.5Hz。結(jié)合波形分析，進(jìn)一步表明房屋的振動是由于受到室外環(huán)境振動的影響：由于室外場地測點(diǎn)水平方向振動加速度的第一主頻與該14層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)類型房屋水平方向第一階自振頻率接近，導(dǎo)致兩者產(chǎn)生了類共振，從而造成房屋有水平方向的振動感；而房屋豎直方向的剛度相對水平方向剛度較大，豎直方向的振動感比較微弱。

　　4.2.2石材廠振動測試分析

　　通過對排鋸拉鋸方向與住宅樓水平振動方向（長軸，東西向）一致的3家石材廠拉鋸切割石料時振動測試數(shù)據(jù)的分析，可知石材廠附近場地水平及鉛垂向振動頻譜的主頻均為1.5Hz，與調(diào)查所得的排鋸折算工作頻率1.5Hz（90轉(zhuǎn)/分）一致，也與住宅樓長軸向第1階主頻一致。由于1.5Hz的低頻振動的波長較長，在土體傳播過程中能量耗散較慢，故而在土體中的傳播距離較遠(yuǎn)，有可能對一定距離內(nèi)自振頻率與其接近的房屋產(chǎn)生影響。所以石材廠排鋸可能是導(dǎo)致房屋水平振感明顯的潛在振源。

　　4.2.3公路交通荷載振動測試分析

　　同樣地，由住宅樓南部的公路振動測試所得時程和頻域曲線可知，交通荷載引發(fā)的鉛垂向振動主頻為2.75Hz、3.75Hz和4.375Hz，對應(yīng)幅值均大于1.5Hz振動對應(yīng)幅值；盡管水平向振動主頻均為1.5Hz，但該處水平向的1.5Hz振動主要振源是交通荷載還是石材廠排鋸不能明確，需進(jìn)一步從房屋振動程度與同時刻公路車流量對應(yīng)關(guān)系的角度進(jìn)行判別。

　?。?）車流量大小與振動程度對應(yīng)關(guān)系分析

　　清晨時段車流量為8輛/分鐘，遠(yuǎn)小于下午時段的26輛/分鐘，但清晨時段的屋面P1與室外場地P3測點(diǎn)的水平向加速度均大于下午時段的對應(yīng)測點(diǎn)水平向振動加速度，公路交通流量大小與住宅樓振動無明顯的關(guān)聯(lián)性。

　?。?）紅綠燈時房屋振動差異

　　通過對比公路與XXX路交叉路口處（住宅樓正南側(cè)約0.5km處公路段）東西向綠燈（通車）與紅燈（不通車）時屋面與室外地面的加速度有效值、時程曲線、頻譜曲線的差異，從而判別紅綠燈通車與不通車時對住宅樓振動的影響。從表可以看出，紅燈（不通車）與綠燈（通車）時的時程和頻譜差別不大，工況1各方向加速度RmS有效值變化率在16%以內(nèi)，工況2各方向加速度RmS有效值變化率在13%以內(nèi)。

　　由以上紅綠燈時的住宅樓振動差異對比可知，位于該房屋南部的公路局部段通車與不通車時房屋屋面與室外場地振動的時域與頻域均相差不大。

　　綜上，通過對公路交通流量與房屋振動水平的關(guān)聯(lián)性分析以及紅綠燈時車停止、行駛對房屋振動幅值的影響分析，判斷公路交通振動不是引發(fā)住宅樓振動的主因，石材廠才是引發(fā)住宅樓振動的振源。

　　5．結(jié)論

　　(1)住宅樓水平振動級別約相當(dāng)于《中國地震烈度表》（GB/T17742-2008）中地震烈度3度的水平；住宅樓屋面測點(diǎn)在晝、夜間測量的鉛垂向振動加速度級均小于國家《住宅建筑室內(nèi)振動限值及測量方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50355－2005）中有關(guān)規(guī)定限值；住宅樓室外場地夜間、晝間鉛錘向Z振級小于國家《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070-88）中有關(guān)規(guī)定限值。

　　(2)房屋屋面測點(diǎn)各測試方向振動由大到小依次為：長軸向（東西向）、短軸向（南北向）、鉛垂向；室外地面測點(diǎn)各測試方向振動由大到小依次為：長軸向

　?。|西向）、鉛垂向、短軸向（南北向）。室外場地振動沿鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅樓由下往上傳播過程中，水平向（長軸向、短軸向）振動均放大，鉛垂向振動變小。室外場地測點(diǎn)三個方向（長軸向、短軸向、鉛垂向）振動與房屋屋面測點(diǎn)三個方向振動頻譜的第一主頻均為1.5Hz，房屋的振動是由于受到室外環(huán)境振動的影響引起的；由于室外場地測點(diǎn)水平方向振動的第一主頻與該14層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)類型住宅樓水平方向一階自振頻率比較接近，從而造成房屋室內(nèi)有水平方向的振動感。

　　(3)住宅樓南側(cè)公路交通荷載與住宅樓振動水平無明顯關(guān)聯(lián)性；石材廠附近場地水平向（東西向、南北向）及鉛垂向振動頻率的主頻均為1.5Hz，與排鋸折算工作頻率1.5Hz（90轉(zhuǎn)/分鐘）一致，也與住宅樓長軸向第1階主頻一致，石材廠排鋸是導(dǎo)致房屋水平振感明顯的主要因素。