某高层建筑振动影响测试评估

任琦，贾磊，杨旭东

（1.中电投工程研究检测评定中心有限公司；2.中研建科（北京）工程检测有限公司）

1 引言

随着经济社会的发展，高层建筑在城市中已成为主流，但受快速路和高速路上车流量、地下室内机械、周边各种动力设备、所受风载以及当地的地脉动等因素影响，会产生振动情况[1-2]。除了强烈的冲击振动可对高层建筑物的结构造成破坏，这些环境因素的存在多是具有长期性和低频性[3]，不仅对楼体的结构安全有影响，也对人们的生活和工作有一定的影响[4]，且人体长期生活、工作在严重的振动环境中则会对身体健康及安全造成危害[5-6]。

本文以某高层住宅楼为检测对象，对该楼振动情况进行评估，检测该楼周边环境状况对楼体的安全是否有影响，振动是否超出国家有关规范的要求并了解造成该种情况的主要因素，并对该楼进行现场测试及数据分析。

2 某高层振动环境测试

2.1 工程概况

以某高层住宅建筑作为检测对象，对该楼振动情况进行评估。该楼距离主马路240m，距离某高速公路260m，处于小区的中部（见图1）。

图1 某高层住宅建筑周边环境

小区及周边的情况为：

①西侧快速路和南侧高速公路上车流量很大，尤其夜间重型卡车大量增加；

②该楼地下室内的排风机间歇运行；

③该楼周边各种动力设备正常运行；

④楼体所受的风载；

⑤当地的地脉动等。

2.2 检测评估方案

1）检测评估依据

①《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》GB/T 50355-2005

②《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2004

③《地基动力特性测试规范》GB/T 50269-2015

④《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002

⑤ 振动检测作业指导书

2）检测仪器

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

② INV306 型智能数据采集分析仪 CEETC-A-ZD013

3）测点布置

该楼共10 层2 个单元，该建筑物振动情况受到快速路和高速路上车流量、地下室内的排风机、周边各种动力设备、楼体所受的风载以及当地的地脉动等影响。为了评估该状况对楼体居民的舒适度及安全性影响，在其顶层夹层楼板设置2 个测点（见图2）；2 个楼梯间分别在2、5、8 层各设置1 个测点共6 个测点（见图3）；地下室设置2 个测点（见图4）；楼南侧和西侧分别垂直于楼的侧面布置1 个测点（见图5）；累积共有12个。测拾振器布置的水平X 轴对应楼的纵向（近似为东西向），Y 轴对应横向（近似为南北向），见测点图。

图2 顶层夹层测点布置

图3 各楼层测点布置

本次测试时间段选取夜间22：00 ～03：00，白天选取下午13：00 ～15：00。

3 振动检测分析

3.1 居住环境振动检测分析

图4 地下室测点布置

图5 室外地面测点布置

竖直方向的振动评估参考规范《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》GB/T50355-2005，以被测点位置的竖直方向（Z 向）加速度振动数据1/3 倍频程谱求得振级（La）：

式中：a 为振动加速度有效值，m/s2；a0为基准振动加速度值10-6m/s2。

室内振动限值选取夜间/昼间、1 级限值。

夹层楼板加速度振级选取竖直方向振动的测点1#最大工况的检测值与标准住宅限值比较，见表1、表2。

表1 夜间测点振动加速度振级与标准值比较

表2 昼间测点振动加速度振级与标准值比较

3.2 环境振动检测分析

环境振动检测对夹层的2 个测点分两个时段检测，分析检测时段内水平振动加速度幅值最大值，各点检测结果见表3。

检测结果表明，各测点的最大振动加速度最大值夜间均比昼间有不同程度的增加，增加的幅度在20%～40%之间。这与现场勘查两条城市主干道重型货车的交通流量、车流速度呈相关性，可以判定该楼振动受两主干道影响较大。

建筑物的水平振动评价主要参考《高层建筑混凝土技术规程》JGJ3-2002，该规范规定了高层建筑物最大振动加速度不大于0.15m/s2。检测结果满足规范要求。

3.3 动态特性分析

动态特性检测主要检测结构第一阶模态的对应频率。该项测试选取6 个测点分别布置于两个单元的2、5、8 层楼板，测点见图3，分析在周围振源环境下楼体的频率特性。各楼层振动加速度峰值频率及对应的幅值结果见表4。

从表中可以看出，各楼层的振动加速度主振频率均为2.5Hz 左右，各层的振动峰值随着楼层的增高而从低到高不断增大。根据该楼设计单位提供的计算结果，该楼的前六阶固有频率分别为：1.18Hz、1.29Hz、1.53Hz、4.57Hz、4.61Hz、5.58Hz，均与实测各楼层的振动加速度主振频率不一致，由此可知：该楼的振动不会引起楼体的共振，不会影响结构的安全性。

3.4 地下室排风机及动力设备的振动影响分析

为了分析地下室排风扇及动力设备对该楼振动的影响，我们针对地下室排风扇及动力设备开、关两种工况进行了检测，测试结果见表5。

表3 楼顶检测结果（时域）

表4 各楼层（含地下室）检测结果

表5 地下室排风扇及动力设备开关检测结果

表6 小区地面检测结果（时域）

表7 小区地面检测结果（频域）

由此可见，动力设备运行造成的楼体振动，对该楼的影响较小，可以排除。

3.5 道路车辆对振动环境检测分析

该楼所在小区临近市区主马路和高速公路，车流量很大，尤其夜间重型卡车大量增加。为了了解造成该楼振动的振源所在，检测室外地面环境振动的衰减状况，我们在小区室外楼南侧和西侧分别垂直于楼的侧面布置1 个测点（见图5），检测结果见表6、表7。

从检测结果可以看出，在垂直于市区主马路和高速公路的方向上，振动峰值增大。由此可见，市区主马路和高速公路上车辆行驶对振动环境有较大影响。

4 结语

①实测楼体的最大振动加速度：竖直方向满足规范《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》GB/T50355-2005要求；水平方向满足规范《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002 的要求。不同时间的振动加速度幅值有所不同，均小于规范规定的影响居住舒适度的加速度限值，但对于振动敏感者会有一定影响。

②实测振源主频率与结构自振频率不一致，不会引起楼体的共振，因此该振动不会造成楼体的结构安全问题，对楼体的结构安全没有影响。

③市区主马路和高速公路上车辆行驶对振动环境有较大影响，放大了该楼的振动幅值。

④在日常的维护中宜加强常规检查，以保证楼体的结构本身维持在正常状态中。