基于住宅客廳樓蓋施工質量的振動舒適度分析

賴春健

(廈門市工程檢測中心有限公司 福建廈門 361004)

基于住宅客廳樓蓋施工質量的振動舒適度分析

賴春健

(廈門市工程檢測中心有限公司 福建廈門 361004)

某住宅竣工交房后，業主在經過客廳樓蓋時，樓蓋振動明顯，給人明顯不適感。經復核，影響樓蓋舒適度關鍵因素—自振頻率下降顯著。為類似工程預防出現振動舒適度問題提供參考，對住宅客廳樓蓋的施工質量主要參數邊界條件、樓蓋有效厚度和混凝土標號對其振動舒適度影響規律。

舒適度；施工質量；樓蓋結構

1 工程概況

某住宅客廳樓蓋位于建筑13層，該建筑采用鋼筋混凝土框架剪力墻結構，建筑高度為55.48m，建筑共18層，其中首層層高為4.98m，其余均為3.00m，結構布置如圖1所示。

圖1 結構平面布置圖

建筑各樓層結構布置基本一致，客廳樓蓋為現澆混凝土結構，采用矩形截面，尺寸為5.300m×4.200m；厚度設計為110mm(實測值為95mm)；混凝土設計強度設計為C25(實測值為C20)；板底正彎矩筋為雙向Φ6@120，鋼筋保護層厚度設計為15mm(實測值為15mm)；支座負彎矩筋為Φ8@160，鋼筋保護層厚度設計值為15mm(實測值為50mm)；樓蓋混凝土容重為2 500kg/m3，樓蓋斷面如圖2所示。樓蓋支座負彎矩位置四周存在開裂現象，裂縫分布及形態如圖3所示。

圖2 樓蓋斷面示意圖

圖3 客廳樓蓋開裂圖

2 住宅樓蓋舒適度標準及計算

2.1 樓蓋舒適度設計標準

樓蓋的振動除了受外界激勵影響外，還與其自身固有屬性-自振頻率有關，當人的活動頻率與樓蓋的自振頻率較為接近時，引起共振，給人不適感。大量研究表明，人體的胸腔和腹腔對振動比較敏感，在豎向振動下，人體作為一個動力系統，發生共振的頻率范圍在3Hz～12Hz之間[1]。為了避免振動造成的不適感，就要提前避免共振的發生，即應使樓蓋的自振頻率與人們的活動頻率有較大的差異。

2.2 樓蓋舒適度計算方法

國內外關于樓蓋結構振動舒適度的設計方法主要基于樓蓋的固有屬性，外界激勵和煩惱率3個角度出發，分別分析了自振頻率、振動加速度和煩惱率。本文基于樓蓋施工質量的舒適度分析，即分析樓蓋的自振頻率(取第一階振動頻率)。客廳樓蓋的振動舒適度復核如下(以下驗算中，括號外按設計值驗算，括號內按實測數據驗算)[2,7]：

(2) 基頻系數：

(3) 抗彎剛度：

=1.24×106N·m2(8.67×105N·m2)

(4)自振頻率：

可見，由于施工質量缺陷，邊界條件變化、樓蓋有效厚度減小和混凝土標號降低，已導致樓蓋自振頻率出現大幅度減小，雖仍大于我國規范關于住宅振動頻率3Hz的限值要求，但已小于部分學者和國外規范的規定建議限值。從該樓蓋的振動給人的舒適度感受，可認為，我國規范關于住宅振動頻率的限值要求偏低。

3 施工質量對舒適度的影響分析

在按設計圖紙配料的前提下，影響現澆砼樓蓋結構的施工質量主要有三方面:

①四周支座約束邊由于施工過程中的踩踏導致鋼筋保護層厚度增大，樓蓋成型后負彎矩筋無法發揮作用，砼板上側開裂，形成鉸支座；

②樓蓋結構由于未進行可靠的板厚監控，導致樓蓋有效厚度不足；

在仿真過程中,可以通過設置ITS[3:0]來確定積分時間,圖5、圖6所示圖形為CLK設置為10 MHz,積分時間設置為128個時鐘周期,即12.8 μs時仿真的主要信號的波形和局部細節展示。由于測試采用的是重復的電注入偏置電壓源,所以輸出電壓呈16個臺階狀上升,每行單元電路則對應了8個16級階梯狀輸出,一幀圖像的全部讀出會產生 1 024 個階梯狀的輸出。

③樓蓋的主要材料混凝土由于配合比、養護等多方面原因導致強度不足。

下文將對此3個因素對樓板振動舒適度的影響規律進行分析。

3.1 邊界條件

為了分析邊界條件對樓蓋自振頻率的影響程度，本文以四周固定邊界為基準，分別分析了樓蓋結構跨寬比在0.4～2.5變化時，邊界條件變化對樓蓋自振頻率的影響規律。

圖4橫坐標為樓板跨寬比，縱坐標為f邊/f固接，可見邊界條件的變化對樓蓋自振頻率的影響顯著，自振頻率隨四周約束減弱而減小，當四周約束由固接變為鉸接時，自振頻率減小幅度約為50%?？鐚挶葘λ闹転楣探踊蛩闹茔q接影響不明顯；當四周約束由固接變為兩對邊為固接，另外兩對邊為鉸接時，隨跨寬比的增大，邊界條件變化的影響程度逐漸減小。

圖4 不同樓蓋邊界條件對其自振頻率的影響注：1表示四周為固接；2表示兩對邊為固接，另外兩對邊為鉸接；3.表示四邊為鉸接

3.2 砼板有效厚度

以案例樓蓋設計值為基準，分析樓蓋在四周固接時，樓蓋有效厚度變化對樓蓋自振頻率的影響規律。

圖5橫坐標為樓板有效厚度h0，縱坐標為f/f95可見樓蓋的自振頻率隨其有效厚度增大而增大，基本呈比例系數為0.6的正比關系。

圖5 不同樓蓋有效厚度對其自振頻率的影響

3.3 混凝土標號

以案例樓蓋設計值為基準，分析樓蓋在四周固接時，混凝土標號標號變化時對樓蓋自振頻率的影響規律。

圖6橫坐標為樓板砼標號，縱坐標為f/fC25，可見混凝土的標號變化對樓蓋的自振頻率的影響程度基本可以忽略不計。

4 結論

(1)國內相關規范關于砼樓蓋的自振頻率限值偏

圖6 不同樓蓋砼標號對其自振頻率的影響

低，建議適當提高其限值，確保樓板有更好的舒適度體驗。

(2)施工質量對樓蓋振動舒適度影響顯著，主要體現在施工對樓蓋邊界條件和有效厚度的影響上。施工過程中應加強質量的管理，以避免樓蓋振動舒適度問題發生。

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Analysis of vibration comfort base on the residential floor construction quality

LAIChunjian

(Xiamen Center of Engineering Inspection Co., Ltd, Xiamen 361004 )

After the completion of a residential, the owners feel the floor vibration is discomfort clearly when walking across the living room floor.After checking, the natural frequency of vibration decreased significantly which is the key factor of affecting vibration serviceability.provided reference for the prevention of vibration comfort in similar projects, the influences of boundary conditions, effective thickness and concrete strength which were the main parameters on the quality of residential living room floor on the vibration comfort were analyzed.

Comfort; Construction quality; Floor structure

賴春健(1983.5- ),男,工程師。

E-mail:276751184@qq.com

2017-02-09

TU712+.3

A

1004-6135(2017)06-0139-03