【摘要】上海某高層住宅1號樓發(fā)生房屋搖晃，為此對 1號樓進行房屋安全檢測。本報告對1號樓除了進行材性抽檢、房屋傾斜測量等現(xiàn)場檢測外，還對房屋搖晃情況及周圍環(huán)境進行調查，并進行現(xiàn)場振動測試。根據(jù)上述現(xiàn)場檢測結果進行結果計算、分析了房屋搖晃的原因，提出了相應的處理方案。
1. 檢測概述
上海嘉定區(qū)某高層住宅 1號樓(以下簡稱 1號樓，圖1-1)是一幢 12層(帶閣樓層)的鋼筋混凝土剪力墻結構住宅樓，房屋平面呈矩形狀，房屋長約41.85m，寬約14.45m，總建筑面積約 5463m 2。由于 1號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，并確保該房屋的結構安全和正常使用，擬委托對 1號樓進行房屋安全檢測。
專業(yè)人員于 2010年6月～8月期間多次到現(xiàn)場對 1號樓進行檢測和振動測試，根據(jù)檢測和振動測試結果進行結構計算分析，查找 1號樓搖晃原因并提出相應的處理方法。
2. 房屋概況
1號樓房屋平面布置示意圖見圖2-1。
3.現(xiàn)場檢測情況
根據(jù)原施工圖，經現(xiàn)場調查核對，1號樓建筑、結構與原施工圖基本吻合(除個別住戶裝修時將局部墻體改動外)。
現(xiàn)場采用回彈法對構件混凝土強度進行抽檢，檢測結果表明：混凝土有不同程度的碳化，混凝土強度達到原設計要求。
經現(xiàn)場檢測，1號樓除局部墻體粉刷開裂、局部散水與墻體拉開外，該房屋各結構構件完好無損。
3.1 房屋沉降情況調查及傾斜測量
由于無任何的原始沉降觀測資料，所以 1號樓建造至今的總沉降量無法測得?，F(xiàn)場檢測未發(fā)現(xiàn)房屋有因不均勻沉降引起的任何開裂受損現(xiàn)象。
采用經緯儀對房屋所能測到的角部均進行傾斜觀測，測量結果標注于圖 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)，其值小于規(guī)范允許值 4‰。
3.2 房屋搖晃情況及周圍環(huán)境的現(xiàn)場調查
現(xiàn)場調查時，部分住戶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，2009年開始感到房屋晃動加劇。
(2)房屋每天幾乎持續(xù)在晃動，但每天 24個小時中約有 1～2小時房屋不晃動(不晃動的具體時間晝夜不確定)。
(3)房屋有時晃動較大，持續(xù)時間有時 1～2小時，有時 4～5小時不定。
(4)房屋南北向搖晃，致使住戶家里的吊燈來回晃動不停、盆里的水會溢出、魚缸里的水來回晃動、坐在房間的沙發(fā)上更感到搖晃明顯等(圖 3-2、圖 3-3)。
在房屋結構構件完好無損的情況下，要分析房屋搖晃的原因，需先調查 1號樓周邊的環(huán)境等情況，調查到的主要情況如下：
(1)在 1號樓南邊約 800m處是越鼎石材廠，該石材廠在該住宅小區(qū)建造之前于 2000年建成投產，并有 4臺從意大利進口的 BM系列大型鋸石機(圖 3-4);
(2)位于 1號樓西北方向約 1.4公里處是另一家宏泰石材廠，該廠有 2臺大型鋸石機;
(3)1號樓周邊是滬寧高速公路等。
4. 現(xiàn)場振動測試
為了查找 1號樓搖晃的原因，對該房屋進行振動測試。
4.1振動測試及分析用的儀器
本次振動測試采用美國 KINEMETRICS公司的 ALTUS K2強震儀(圖 4-1)。該強震儀集傳感器、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。傳感器為力平衡式傳感器，自振頻率為 50Hz。傳感器的動態(tài)范圍：1. 01~50Hz范圍內為 135dB，0.01～20Hz范圍內大于 145dB，數(shù)據(jù)采集的動態(tài)范圍為 110dB。
4.2 測試工況、測點布置、測試的時間及周圍環(huán)境等
根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本次測試工況、測點布置、測試的時間等情況如下。
(1)測試工況：測試按下述兩個工況進行。工況 1：環(huán)境激勵(地脈動);工況 2：外部激勵。
(2)測點布置：ALTUS K2強震儀布設情況如下。
1)2010.7.15 工況 1的測點布置見圖 4-2。
2)2010.7.17 工況 2的測點布置見圖 4-3。
3)2010.7.17 工況 2的測點主要布置在越鼎石材廠的北側。
(3)振動測試、調查的時間及周圍環(huán)境等情況見表 4-1。
5. 數(shù)據(jù)處理及分析
5.1譜特性分析
譜特性分析情況見表 5-1，具體詳見各附件(略)。
5.2振動測試分析
(1)1號樓各測點的 Z振級見表 5-2，從表中可見，在工況 2時，1號樓超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》 GB 10070-88規(guī)定的城市居民區(qū)晝間 Z振級標準值 VLz為 70dB的要求，即 1號樓不滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》 GB 10070-88的要求。
(2)實測房屋的自振頻率：縱向為 1.367Hz，橫向為 1.465Hz。實測越鼎石材廠鋸石機工作頻率為1.468Hz。1號樓的自振頻率與越鼎石材廠鋸石機工作頻率相一致，兩者會產生共振效應。
(3)從各測點的振動加速度反應幅值可見，在越鼎石材廠鋸石機工作(工況 2)的情況下。1號樓南北向晃動，尤其是房屋頂部幾層晃動明顯。
6. 結構驗算
6.1抗震設防、荷載和材料強度取值、結構分析軟件
(1)1號樓抗震設防烈度為 7度，設計基本地震加速度為 0.10g，設計地震第一組，場地土類別為上海Ⅳ類。結構抗震等級：剪力墻抗震等級為三級。
(2)本次結構驗算的荷載及材料強度取值是根據(jù)提供的圖紙資料、現(xiàn)場檢測的結果及《建筑結構荷載規(guī)范》GB 50009。
(3)本次采用中國建筑科學研究院 PKPM CAD工程部的結構計算程序PKPM系列軟件中的 PMCAD和 SATWE對該房屋主體結構進行結構驗算。
6.2結構驗算結果
(1)結構自振周期：在地震作用下，結構前 15個周期、平動和扭轉系數(shù)見表 6-1。
表 6-1表明：結構第一扭轉周期(0.8200s)與第一平動周期(0.9233s)之比為 0.89，小于 0.90，滿足規(guī)范要求。結構前兩階頻率為縱向 1.083Hz、橫向1.141Hz。
與實測的前兩階頻率相比，由于計算中未考慮填充墻對結構剛度的影響，所以前兩階頻率的計算值偏小。
(6)結構構件承載力
計算結果表明，1號樓的結構構件承載力均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
7. 房屋晃動原因分析
根據(jù)現(xiàn)場檢測調查、振動測試和結構計算分析結果，得到的主要結果如下：
(1)1號樓房屋完好無損。
(2)結構計算結果表明：1號樓的結構構件均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
(3)在 1號樓南邊約 800m處是越鼎石材廠，該廠內有 4臺大型鋸石機(據(jù)介紹一般同時工作不超過兩臺)。在 1號樓西北方向約 1.4公里處是宏泰石材廠，該廠內有 2臺大型鋸石機。
(4)振動測試的 2010年 7月 15日，住戶(非常疑惑地)說： “……今天房子怎么就不晃動了……”。后了解到的情況是：當天越鼎石材廠讓電停產。
(5)在越鼎石材廠北側地坪處，測到的前兩階振動頻率為： 1.56Hz(橫向)，2.93Hz(縱向)。查閱該廠鋸石機的有關資料可知，鋸石機工作頻率為 90次/分鐘，即 1.5Hz，在現(xiàn)場實地觀察到鋸石機工作頻率為 1.468Hz。
(6)測到的 1號樓結構的自振頻率為：1.367Hz(縱向)，1.465Hz(橫向)。
(7)2010年 8月 23日上午進行越鼎石材廠鋸石機工作(不工作)與房屋晃動相關情況的觀察試驗。試驗結果表明：當兩臺鋸石機同時工作時，1號樓內水盆中水面晃動起降幅度約為 10～20mm;當一臺鋸石機工作時，水盆中水面晃動起降幅度約為 6～10mm;當兩臺鋸石機全部停止工作后，水面晃動起降幅度約為 1～2mm。由此可見， 1號樓晃動與鋸石機工作有關。
在兩臺鋸石機均停止工作的情況下，房屋仍有輕微晃動，這與鄰近高速公路及較遠處的宏泰石材廠等周圍環(huán)境有關，但由這些引起的房屋晃動是輕微的。
綜上所述，經分析可知：越鼎石材廠鋸石機工作頻率與 1號樓房屋結構自振頻率基本一致，兩者會產生共振，1號樓的搖晃主要是由此引起的。
8. 結論
(1)現(xiàn)場房屋檢測結果
1)1號樓建筑結構與原施工圖基本吻合;材料強度檢測結果表明：混凝土強度達到原設計的要求;該房屋能檢測到的各結構構件均完好無損。
2)據(jù)傾斜測量結果，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)，小于規(guī)范允許值 4‰。
由于無任何的原始沉降觀測資料，所以 1號樓建造至今的總沉降量無法測得。現(xiàn)場檢測未發(fā)現(xiàn)房屋有因不均勻沉降引起的任何開裂受損現(xiàn)象，可以推斷房屋總沉降量是不大的，該房屋地基基礎是安全的。
(2)振動測試主要結果
1)在工況 2時(即越鼎石材廠鋸石機工作時)，1號樓超出了《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》GB 10070-88規(guī)定的城市居民區(qū)晝間 Z振級標準值 VLz為 70dB的要求，即 1號樓不滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》GB 10070-88。
2)實測 1號樓的自振頻率：縱向為 1.367Hz，橫向為 1.465Hz。實測越鼎石材廠鋸石機工作頻率為 1.468Hz。1號樓的橫向自振頻率與越鼎石材廠鋸石機工作頻率相一致，兩者會產生共振效應。
3)在越鼎石材廠鋸石機工作情況下， 1號樓房屋頂部幾層南北向晃動明顯。(3)結構驗算結果：1號樓房屋結構構件均滿足規(guī)范的要求。
(4)房屋晃動的原因分析
根據(jù)對現(xiàn)場檢測調查、振動測試和結構計算結果的分析，越鼎石材廠鋸石機工作頻率與 1號樓房屋結構橫向自振頻率基本一致，兩者會產生共振， 1號樓的搖晃主要是由此引起的。
(5)1號樓房屋完好無損，房屋結構是安全的。
(6)由于 1號樓不滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》GB 10070-88的要求，應采取有效的措施，確保 1號樓的正常使用。
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)改變振源石機的工作頻率
根據(jù)越鼎石材廠鋸石機的工作性能，作相應的整改處理，例如：鋸石機基礎作隔震處理;調整鋸石機的位置或方向;該廠周邊做減震措施等。
(2)調整改變 1號樓的自振頻率
為防止 1號樓與越鼎石材廠鋸石機產生共振，可調整改變 1號樓的自振頻率。該方案應確保 1號樓的結構安全和正常使用，其做法是：局部增設 TMD裝置、增加或減少 1號樓房屋中的墻體數(shù)量、房屋增層(增建 1～2層)。通過增加或減少房屋的側向剛度，以改變房屋的自振周期，達到避免共振的目的。
(3)振源的拆除：廠房的搬遷。
