外界振动对住宅的影响分析及减振措施

张弼伟

(山西省建筑科学研究院集团有限公司,山西 太原 030001)

0 引言

随着国民经济的不断发展,人们的生活水平日益提高,人们除了对房屋的居住安全有要求外,逐步对舒适性也开始了关注。对于邻近道路、机场、地铁或工厂等特殊位置的住宅,不可避免地会受到外界噪声、振动的影响,外界振源的存在一定程度上影响了居民的正常生活[1-2]。为此,国家也颁布了相关的标准规范,以限制环境振动等造成的影响。对于噪声、振动等影响源,有些是偶发的,有些是频发的,我们就需要通过检测手段来确定影响源的位置或判定影响源是否正确,通过对影响程度的分析,采取适当措施,确保居住的安全与舒适。

1 工程概况

某住宅楼为地下1层、地上6层的砖混结构房屋,共有4个单元组成,建于1992年,总建筑面积约5 100 m2。

该住宅的东南方向、临街的南侧是该市一中学校的操场位置。2020年9月,该住宅楼的业主反映:该市一中的学生课间操跑步时,住宅楼内振感明显,5层、6层的振感较大,6层振感尤为强烈。

2 房屋振动测试

2.1 振动测试前准备

现场测试前,对该住宅楼、市一中操场及二者之间道路的相对位置关系进行了简单的踏勘,并绘制了相互位置关系图,相互位置关系见图1。

现场测试时,根据该住宅楼住户反映的和现场踏勘的情况,在该住宅楼内共布置了5组测点,其中,振感明显的六层布置了4组测点,作为对比所用,地下室布置了1组测点,每组测点布置有3台拾振器,分别测试垂直方向、水平东西方向和水平南北方向三个方向的振动速度参数。

各测点编号分别为CS1,CS2,CS3,CS4,CS5,对应的测点位置依次为一单元六层中户客厅正中、二单元六层西户南阳台与卧室交接处、三单元六层东户南卧室正中、四单元六层西户客厅正中、三单元地下室。

2.2 外界环境引起房屋振动测试

现场测试共采集了两组数据,采集时间均为15 min,第一组数据是市一中学校学生跑步时的振动测试情况,第二组数据是市一中学校学生跑步停止后的振动测试情况,振动时程曲线见图2,图3。

2.3 振动测试曲线处理及结果

由于测试得到的振动时程曲线是由各种振动(脉冲信号、瞬态信号、随机信号等)叠加而成的复杂频谱,为此在测得振动时程曲线后,对振动信号进行数字滤波消除掉次要成分,然后对振动波形进行FFT处理则得到振动的主频及最大振动速度[3-4],从振动测试数据可知:

1)学生跑步时,该住宅楼各方向振动频率均为2.87 Hz;各方向最大振动速度及测点位置为:垂直方向1.157 mm/s(二单元六层西户),水平东西向0.653 mm/s(二单元六层西户),水平南北向2.156 mm/s(三单元六层东户)。

2)学生停止跑步后,在外界环境影响下,该住宅楼各方向振动主频为:垂直方向2.88 Hz～3.25 Hz,水平东西向2.64 Hz～3.13 Hz,水平南北向2.78 Hz～3.12 Hz;各方向最大振动速度及测点位置为:垂直方向0.154 mm/s(三单元六层东户),水平东西向0.275 mm/s(一单元六层中户),水平南北向0.167 mm/s(一单元六层中户)。

3)根据测试数据可知:学生跑步的频率与该住宅楼的振动频率比较接近。

3 外界环境引起房屋振动的影响分析及评价

3.1 房屋振动原因分析

经调查,住宅楼和市一中之间原有一处临时建筑,临时建筑的存在,阻挡与改变了学生跑步时的地面振动传播。后来,由于城市改造,对临时建筑进行了拆除。拆除后,学生跑步与该住宅楼的振动频率很接近,形成了共振,引起了明显的振动。因此,学生跑步是引起该住宅楼共振的主要原因。

3.2 评价

外界环境振动对建筑结构的影响评价主要参考《建筑工程容许振动标准》[5]中第7章交通振动的相关规定。

1)该住宅楼建于1992年,属于未达到国家现行抗震设防标准的城市旧房,根据《建筑工程容许振动标准》中7.1.2条、7.1.3条的规定可知:该住宅楼顶层楼面的容许振动速度峰值应为3.5 mm/s,基础处的容许振动速度峰值应为1.4 mm/s。

2)根据现场的振动测试结果可知:本次振动测试各测点垂向和水平向的振动速度幅值均小于《建筑工程容许振动标准》规定的限值要求。

综合分析认为:市一中的学生课间操跑步时引起的振动不会影响到该住宅楼的主体结构安全,但对建筑物内人体舒适性有影响,影响建筑物内正常的生活与休息,应予采取措施。

4 工程防治措施

该住宅楼与市一中操场之间只隔一条马路(新街),考虑到学校布置已成定局,改变学生跑操社会影响太大,结合道路改造在街边采取隔振减振措施比较合理且成本较低,为此选定临街一侧的城市暖气沟及供水管沟为对象采取隔振减振措施。

为达到隔振减振的效果,在该住宅楼与市一中操场的东西向共同布置隔震沟并东西各延长5 m,将以上区域的城市暖气沟及供水管沟各加深1 m,该加深的1 m用松软材料填充进行了处理。

5 采取措施后的效果

采取隔振减振措施后,在与第一次测试相同的位置布置测点,并进行第二次振动测试,采集了一组数据,即:市一中学生跑步时的振动测试情况,采集时间均为15 min。具体的振动测试分析结果见表1。

表1 学生跑步时的振动测试分析结果(采取隔振减振措施后)

从上述测试数据可知:采取隔振减振措施后,学生跑步时,该住宅楼各方向振动频率不再相同;各方向最大振动速度均小于0.400 mm/s。而在后期使用中,居民也未再反映存在振动感觉,故采取的隔振减振措施达到了预期效果。

6 结语

外界环境的振动引起的建筑共振无论在理论上还是实际工程应用方面,都仍有很多工作要做。如何采取经济合理的减隔振措施,防止因环境振动导致的建筑振动,对提高人民群众的居住质量、保证建筑物安全具有重要的现实意义,并能够带来肯定的社会效益。