【摘要】上海某高層住宅1號(hào)樓發(fā)生房屋搖晃，為此對(duì) 1號(hào)樓進(jìn)行房屋安全檢測(cè)。本報(bào)告對(duì)1號(hào)樓除了進(jìn)行材性抽檢、房屋傾斜測(cè)量等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)外，還對(duì)房屋搖晃情況及周?chē)h(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試。根據(jù)上述現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行結(jié)果計(jì)算、分析了房屋搖晃的原因，提出了相應(yīng)的處理方案。

 

　　1. 檢測(cè)概述

　　上海嘉定區(qū)某高層住宅 1號(hào)樓(以下簡(jiǎn)稱(chēng) 1號(hào)樓，圖1-1)是一幢 12層(帶閣樓層)的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓，房屋平面呈矩形狀，房屋長(zhǎng)約41.85m，寬約14.45m，總建筑面積約 5463m 2。由于 1號(hào)樓的部分居民反映房屋搖晃，尤其是頂層的居民因房屋搖晃引起身體不適，為查找房屋搖晃的原因，并確保該房屋的結(jié)構(gòu)安全和正常使用，擬委托對(duì) 1號(hào)樓進(jìn)行房屋安全檢測(cè)。

　　專(zhuān)業(yè)人員于 2010年6月～8月期間多次到現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 1號(hào)樓進(jìn)行檢測(cè)和振動(dòng)測(cè)試，根據(jù)檢測(cè)和振動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，查找 1號(hào)樓搖晃原因并提出相應(yīng)的處理方法。

 

　　2. 房屋概況

　　1號(hào)樓房屋平面布置示意圖見(jiàn)圖2-1。

 

　　3.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

　　根據(jù)原施工圖，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核對(duì)，1號(hào)樓建筑、結(jié)構(gòu)與原施工圖基本吻合(除個(gè)別住戶(hù)裝修時(shí)將局部墻體改動(dòng)外)。

　　現(xiàn)場(chǎng)采用回彈法對(duì)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行抽檢，檢測(cè)結(jié)果表明：混凝土有不同程度的碳化，混凝土強(qiáng)度達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。

　　經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，1號(hào)樓除局部墻體粉刷開(kāi)裂、局部散水與墻體拉開(kāi)外，該房屋各結(jié)構(gòu)構(gòu)件完好無(wú)損。

　　3.1 房屋沉降情況調(diào)查及傾斜測(cè)量

　　由于無(wú)任何的原始沉降觀測(cè)資料，所以 1號(hào)樓建造至今的總沉降量無(wú)法測(cè)得。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)房屋有因不均勻沉降引起的任何開(kāi)裂受損現(xiàn)象。

　　采用經(jīng)緯儀對(duì)房屋所能測(cè)到的角部均進(jìn)行傾斜觀測(cè)，測(cè)量結(jié)果標(biāo)注于圖 3-1中。從圖中可看到，目前房屋的昀大傾斜率為 0.74‰(包括了房屋原始施工的垂直度誤差在內(nèi))，其值小于規(guī)范允許值 4‰。

 

　　3.2 房屋搖晃情況及周?chē)h(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

　　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，部分住戶(hù)反映的主要情況如下：

　　(1)2008年年初入住后就感到該房屋有輕微晃動(dòng)，2009年開(kāi)始感到房屋晃動(dòng)加劇。

　　(2)房屋每天幾乎持續(xù)在晃動(dòng)，但每天 24個(gè)小時(shí)中約有 1～2小時(shí)房屋不晃動(dòng)(不晃動(dòng)的具體時(shí)間晝夜不確定)。

　　(3)房屋有時(shí)晃動(dòng)較大，持續(xù)時(shí)間有時(shí) 1～2小時(shí)，有時(shí) 4～5小時(shí)不定。

　　(4)房屋南北向搖晃，致使住戶(hù)家里的吊燈來(lái)回晃動(dòng)不停、盆里的水會(huì)溢出、魚(yú)缸里的水來(lái)回晃動(dòng)、坐在房間的沙發(fā)上更感到搖晃明顯等(圖 3-2、圖 3-3)。

　　在房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件完好無(wú)損的情況下，要分析房屋搖晃的原因，需先調(diào)查 1號(hào)樓周邊的環(huán)境等情況，調(diào)查到的主要情況如下：

　　(1)在 1號(hào)樓南邊約 800m處是越鼎石材廠(chǎng)，該石材廠(chǎng)在該住宅小區(qū)建造之前于 2000年建成投產(chǎn)，并有 4臺(tái)從意大利進(jìn)口的 BM系列大型鋸石機(jī)(圖 3-4);

　　(2)位于 1號(hào)樓西北方向約 1.4公里處是另一家宏泰石材廠(chǎng)，該廠(chǎng)有 2臺(tái)大型鋸石機(jī);

　　(3)1號(hào)樓周邊是滬寧高速公路等。

 

　　4. 現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試

　　為了查找 1號(hào)樓搖晃的原因，對(duì)該房屋進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。

　　4.1振動(dòng)測(cè)試及分析用的儀器

　　本次振動(dòng)測(cè)試采用美國(guó) KINEMETRICS公司的 ALTUS K2強(qiáng)震儀(圖 4-1)。該強(qiáng)震儀集傳感器、數(shù)據(jù)采集、記錄裝置、電源于一體，具有靈敏度高、數(shù)據(jù)可靠的特點(diǎn)。傳感器為力平衡式傳感器，自振頻率為 50Hz。傳感器的動(dòng)態(tài)范圍：1. 01~50Hz范圍內(nèi)為 135dB，0.01～20Hz范圍內(nèi)大于 145dB，數(shù)據(jù)采集的動(dòng)態(tài)范圍為 110dB。

　　4.2 測(cè)試工況、測(cè)點(diǎn)布置、測(cè)試的時(shí)間及周?chē)h(huán)境等

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次測(cè)試工況、測(cè)點(diǎn)布置、測(cè)試的時(shí)間等情況如下。

　　(1)測(cè)試工況：測(cè)試按下述兩個(gè)工況進(jìn)行。工況 1：環(huán)境激勵(lì)(地脈動(dòng));工況 2：外部激勵(lì)。

　　(2)測(cè)點(diǎn)布置：ALTUS K2強(qiáng)震儀布設(shè)情況如下。

　　1)2010.7.15 工況 1的測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖 4-2。

　　2)2010.7.17 工況 2的測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖 4-3。

　　3)2010.7.17 工況 2的測(cè)點(diǎn)主要布置在越鼎石材廠(chǎng)的北側(cè)。

　　(3)振動(dòng)測(cè)試、調(diào)查的時(shí)間及周?chē)h(huán)境等情況見(jiàn)表 4-1。

 

　　5. 數(shù)據(jù)處理及分析

　　5.1譜特性分析

　　譜特性分析情況見(jiàn)表 5-1，具體詳見(jiàn)各附件(略)。

　　5.2振動(dòng)測(cè)試分析

　　(1)1號(hào)樓各測(cè)點(diǎn)的 Z振級(jí)見(jiàn)表 5-2，從表中可見(jiàn)，在工況 2時(shí)，1號(hào)樓超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》 GB 10070-88規(guī)定的城市居民區(qū)晝間 Z振級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值 VLz為 70dB的要求，即 1號(hào)樓不滿(mǎn)足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》 GB 10070-88的要求。

　　(2)實(shí)測(cè)房屋的自振頻率：縱向?yàn)?1.367Hz，橫向?yàn)?1.465Hz。實(shí)測(cè)越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作頻率為1.468Hz。1號(hào)樓的自振頻率與越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作頻率相一致，兩者會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)。

　　(3)從各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度反應(yīng)幅值可見(jiàn)，在越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作(工況 2)的情況下。1號(hào)樓南北向晃動(dòng)，尤其是房屋頂部幾層晃動(dòng)明顯。

　　6. 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

　　6.1抗震設(shè)防、荷載和材料強(qiáng)度取值、結(jié)構(gòu)分析軟件

　　(1)1號(hào)樓抗震設(shè)防烈度為 7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.10g，設(shè)計(jì)地震第一組，場(chǎng)地土類(lèi)別為上海Ⅳ類(lèi)。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)：剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí)。

　　(2)本次結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的荷載及材料強(qiáng)度取值是根據(jù)提供的圖紙資料、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的結(jié)果及《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009。

　　(3)本次采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院 PKPM CAD工程部的結(jié)構(gòu)計(jì)算程序PKPM系列軟件中的 PMCAD和 SATWE對(duì)該房屋主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

　　6.2結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果

　　(1)結(jié)構(gòu)自振周期：在地震作用下，結(jié)構(gòu)前 15個(gè)周期、平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)系數(shù)見(jiàn)表 6-1。

　　表 6-1表明：結(jié)構(gòu)第一扭轉(zhuǎn)周期(0.8200s)與第一平動(dòng)周期(0.9233s)之比為 0.89，小于 0.90，滿(mǎn)足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)前兩階頻率為縱向 1.083Hz、橫向1.141Hz。

　　與實(shí)測(cè)的前兩階頻率相比，由于計(jì)算中未考慮填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，所以前兩階頻率的計(jì)算值偏小。

　　(6)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力

　　計(jì)算結(jié)果表明，1號(hào)樓的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

 

　　7. 房屋晃動(dòng)原因分析

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)調(diào)查、振動(dòng)測(cè)試和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果，得到的主要結(jié)果如下：

　　(1)1號(hào)樓房屋完好無(wú)損。

　　(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果表明：1號(hào)樓的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

　　(3)在 1號(hào)樓南邊約 800m處是越鼎石材廠(chǎng)，該廠(chǎng)內(nèi)有 4臺(tái)大型鋸石機(jī)(據(jù)介紹一般同時(shí)工作不超過(guò)兩臺(tái))。在 1號(hào)樓西北方向約 1.4公里處是宏泰石材廠(chǎng)，該廠(chǎng)內(nèi)有 2臺(tái)大型鋸石機(jī)。

　　(4)振動(dòng)測(cè)試的 2010年 7月 15日，住戶(hù)(非常疑惑地)說(shuō)： “……今天房子怎么就不晃動(dòng)了……”。后了解到的情況是：當(dāng)天越鼎石材廠(chǎng)讓電停產(chǎn)。

　　(5)在越鼎石材廠(chǎng)北側(cè)地坪處，測(cè)到的前兩階振動(dòng)頻率為： 1.56Hz(橫向)，2.93Hz(縱向)。查閱該廠(chǎng)鋸石機(jī)的有關(guān)資料可知，鋸石機(jī)工作頻率為 90次/分鐘，即 1.5Hz，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀察到鋸石機(jī)工作頻率為 1.468Hz。

　　(6)測(cè)到的 1號(hào)樓結(jié)構(gòu)的自振頻率為：1.367Hz(縱向)，1.465Hz(橫向)。

　　(7)2010年 8月 23日上午進(jìn)行越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作(不工作)與房屋晃動(dòng)相關(guān)情況的觀察試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)兩臺(tái)鋸石機(jī)同時(shí)工作時(shí)，1號(hào)樓內(nèi)水盆中水面晃動(dòng)起降幅度約為 10～20mm;當(dāng)一臺(tái)鋸石機(jī)工作時(shí)，水盆中水面晃動(dòng)起降幅度約為 6～10mm;當(dāng)兩臺(tái)鋸石機(jī)全部停止工作后，水面晃動(dòng)起降幅度約為 1～2mm。由此可見(jiàn)， 1號(hào)樓晃動(dòng)與鋸石機(jī)工作有關(guān)。

　　在兩臺(tái)鋸石機(jī)均停止工作的情況下，房屋仍有輕微晃動(dòng)，這與鄰近高速公路及較遠(yuǎn)處的宏泰石材廠(chǎng)等周?chē)h(huán)境有關(guān)，但由這些引起的房屋晃動(dòng)是輕微的。

　　綜上所述，經(jīng)分析可知：越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作頻率與 1號(hào)樓房屋結(jié)構(gòu)自振頻率基本一致，兩者會(huì)產(chǎn)生共振，1號(hào)樓的搖晃主要是由此引起的。

　　8. 結(jié)論

　　(1)現(xiàn)場(chǎng)房屋檢測(cè)結(jié)果

　　1)1號(hào)樓建筑結(jié)構(gòu)與原施工圖基本吻合;材料強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表明：混凝土強(qiáng)度達(dá)到原設(shè)計(jì)的要求;該房屋能檢測(cè)到的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件均完好無(wú)損。

　　2)據(jù)傾斜測(cè)量結(jié)果，房屋的昀大傾斜率為 0.74‰(包括房屋原始施工的垂直度誤差在內(nèi))，小于規(guī)范允許值 4‰。

　　由于無(wú)任何的原始沉降觀測(cè)資料，所以 1號(hào)樓建造至今的總沉降量無(wú)法測(cè)得。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)房屋有因不均勻沉降引起的任何開(kāi)裂受損現(xiàn)象，可以推斷房屋總沉降量是不大的，該房屋地基基礎(chǔ)是安全的。

　　(2)振動(dòng)測(cè)試主要結(jié)果

　　1)在工況 2時(shí)(即越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作時(shí))，1號(hào)樓超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》GB 10070-88規(guī)定的城市居民區(qū)晝間 Z振級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值 VLz為 70dB的要求，即 1號(hào)樓不滿(mǎn)足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》GB 10070-88。

　　2)實(shí)測(cè) 1號(hào)樓的自振頻率：縱向?yàn)?1.367Hz，橫向?yàn)?1.465Hz。實(shí)測(cè)越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作頻率為 1.468Hz。1號(hào)樓的橫向自振頻率與越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作頻率相一致，兩者會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)。

　　3)在越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作情況下， 1號(hào)樓房屋頂部幾層南北向晃動(dòng)明顯。(3)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果：1號(hào)樓房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件均滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

　　(4)房屋晃動(dòng)的原因分析

　　根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)調(diào)查、振動(dòng)測(cè)試和結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的分析，越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)工作頻率與 1號(hào)樓房屋結(jié)構(gòu)橫向自振頻率基本一致，兩者會(huì)產(chǎn)生共振， 1號(hào)樓的搖晃主要是由此引起的。

　　(5)1號(hào)樓房屋完好無(wú)損，房屋結(jié)構(gòu)是安全的。

　　(6)由于 1號(hào)樓不滿(mǎn)足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》GB 10070-88的要求，應(yīng)采取有效的措施，確保 1號(hào)樓的正常使用。

　　9. 整改處理方案

　　綜合考慮各種因素的影響，整改處理方案如下：

　　(1)改變振源石機(jī)的工作頻率

　　根據(jù)越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)的工作性能，作相應(yīng)的整改處理，例如：鋸石機(jī)基礎(chǔ)作隔震處理;調(diào)整鋸石機(jī)的位置或方向;該廠(chǎng)周邊做減震措施等。

　　(2)調(diào)整改變 1號(hào)樓的自振頻率

　　為防止 1號(hào)樓與越鼎石材廠(chǎng)鋸石機(jī)產(chǎn)生共振，可調(diào)整改變 1號(hào)樓的自振頻率。該方案應(yīng)確保 1號(hào)樓的結(jié)構(gòu)安全和正常使用，其做法是：局部增設(shè) TMD裝置、增加或減少 1號(hào)樓房屋中的墻體數(shù)量、房屋增層(增建 1～2層)。通過(guò)增加或減少房屋的側(cè)向剛度，以改變房屋的自振周期，達(dá)到避免共振的目的。

　　(3)振源的拆除：廠(chǎng)房的搬遷。