外界振動對住宅的影響分析及減振措施

張弼偉

(山西省建筑科學研究院集團有限公司,山西 太原 030001)

0 引言

隨著國民經濟的不斷發展,人們的生活水平日益提高,人們除了對房屋的居住安全有要求外,逐步對舒適性也開始了關注。對于鄰近道路、機場、地鐵或工廠等特殊位置的住宅,不可避免地會受到外界噪聲、振動的影響,外界振源的存在一定程度上影響了居民的正常生活[1-2]。為此,國家也頒布了相關的標準規范,以限制環境振動等造成的影響。對于噪聲、振動等影響源,有些是偶發的,有些是頻發的,我們就需要通過檢測手段來確定影響源的位置或判定影響源是否正確,通過對影響程度的分析,采取適當措施,確保居住的安全與舒適。

1 工程概況

某住宅樓為地下1層、地上6層的磚混結構房屋,共有4個單元組成,建于1992年,總建筑面積約5 100 m2。

該住宅的東南方向、臨街的南側是該市一中學校的操場位置。2020年9月,該住宅樓的業主反映:該市一中的學生課間操跑步時,住宅樓內振感明顯,5層、6層的振感較大,6層振感尤為強烈。

2 房屋振動測試

2.1 振動測試前準備

現場測試前,對該住宅樓、市一中操場及二者之間道路的相對位置關系進行了簡單的踏勘,并繪制了相互位置關系圖,相互位置關系見圖1。

現場測試時,根據該住宅樓住戶反映的和現場踏勘的情況,在該住宅樓內共布置了5組測點,其中,振感明顯的六層布置了4組測點,作為對比所用,地下室布置了1組測點,每組測點布置有3臺拾振器,分別測試垂直方向、水平東西方向和水平南北方向三個方向的振動速度參數。

各測點編號分別為CS1,CS2,CS3,CS4,CS5,對應的測點位置依次為一單元六層中戶客廳正中、二單元六層西戶南陽臺與臥室交接處、三單元六層東戶南臥室正中、四單元六層西戶客廳正中、三單元地下室。

2.2 外界環境引起房屋振動測試

現場測試共采集了兩組數據,采集時間均為15 min,第一組數據是市一中學校學生跑步時的振動測試情況,第二組數據是市一中學校學生跑步停止后的振動測試情況,振動時程曲線見圖2,圖3。

2.3 振動測試曲線處理及結果

由于測試得到的振動時程曲線是由各種振動(脈沖信號、瞬態信號、隨機信號等)疊加而成的復雜頻譜,為此在測得振動時程曲線后,對振動信號進行數字濾波消除掉次要成分,然后對振動波形進行FFT處理則得到振動的主頻及最大振動速度[3-4],從振動測試數據可知:

1)學生跑步時,該住宅樓各方向振動頻率均為2.87 Hz;各方向最大振動速度及測點位置為:垂直方向1.157 mm/s(二單元六層西戶),水平東西向0.653 mm/s(二單元六層西戶),水平南北向2.156 mm/s(三單元六層東戶)。

2)學生停止跑步后,在外界環境影響下,該住宅樓各方向振動主頻為:垂直方向2.88 Hz～3.25 Hz,水平東西向2.64 Hz～3.13 Hz,水平南北向2.78 Hz～3.12 Hz;各方向最大振動速度及測點位置為:垂直方向0.154 mm/s(三單元六層東戶),水平東西向0.275 mm/s(一單元六層中戶),水平南北向0.167 mm/s(一單元六層中戶)。

3)根據測試數據可知:學生跑步的頻率與該住宅樓的振動頻率比較接近。

3 外界環境引起房屋振動的影響分析及評價

3.1 房屋振動原因分析

經調查,住宅樓和市一中之間原有一處臨時建筑,臨時建筑的存在,阻擋與改變了學生跑步時的地面振動傳播。后來,由于城市改造,對臨時建筑進行了拆除。拆除后,學生跑步與該住宅樓的振動頻率很接近,形成了共振,引起了明顯的振動。因此,學生跑步是引起該住宅樓共振的主要原因。

3.2 評價

外界環境振動對建筑結構的影響評價主要參考《建筑工程容許振動標準》[5]中第7章交通振動的相關規定。

1)該住宅樓建于1992年,屬于未達到國家現行抗震設防標準的城市舊房,根據《建筑工程容許振動標準》中7.1.2條、7.1.3條的規定可知:該住宅樓頂層樓面的容許振動速度峰值應為3.5 mm/s,基礎處的容許振動速度峰值應為1.4 mm/s。

2)根據現場的振動測試結果可知:本次振動測試各測點垂向和水平向的振動速度幅值均小于《建筑工程容許振動標準》規定的限值要求。

綜合分析認為:市一中的學生課間操跑步時引起的振動不會影響到該住宅樓的主體結構安全,但對建筑物內人體舒適性有影響,影響建筑物內正常的生活與休息,應予采取措施。

4 工程防治措施

該住宅樓與市一中操場之間只隔一條馬路(新街),考慮到學校布置已成定局,改變學生跑操社會影響太大,結合道路改造在街邊采取隔振減振措施比較合理且成本較低,為此選定臨街一側的城市暖氣溝及供水管溝為對象采取隔振減振措施。

為達到隔振減振的效果,在該住宅樓與市一中操場的東西向共同布置隔震溝并東西各延長5 m,將以上區域的城市暖氣溝及供水管溝各加深1 m,該加深的1 m用松軟材料填充進行了處理。

5 采取措施后的效果

采取隔振減振措施后,在與第一次測試相同的位置布置測點,并進行第二次振動測試,采集了一組數據,即:市一中學生跑步時的振動測試情況,采集時間均為15 min。具體的振動測試分析結果見表1。

表1 學生跑步時的振動測試分析結果(采取隔振減振措施后)

從上述測試數據可知:采取隔振減振措施后,學生跑步時,該住宅樓各方向振動頻率不再相同;各方向最大振動速度均小于0.400 mm/s。而在后期使用中,居民也未再反映存在振動感覺,故采取的隔振減振措施達到了預期效果。

6 結語

外界環境的振動引起的建筑共振無論在理論上還是實際工程應用方面,都仍有很多工作要做。如何采取經濟合理的減隔振措施,防止因環境振動導致的建筑振動,對提高人民群眾的居住質量、保證建筑物安全具有重要的現實意義,并能夠帶來肯定的社會效益。