【摘要】上海嘉定區(qū)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)房屋搖晃情況及周圍環(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，房屋長約41.85m，寬約14.45m，總建筑面積約5463㎡。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，上海廠房檢測(cè)站受托對(duì)1號(hào)樓進(jìn)行房屋安全檢測(cè)。
廠房檢測(cè)站檢測(cè)工程師于2019年4月～6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
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裂、局部散水與墻體拉開外，該房屋各結(jié)構(gòu)構(gòu)件完好無損。
3.1房屋沉降情況調(diào)查及傾斜測(cè)量
由于無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法測(cè)得?，F(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)，目前房屋的最大傾斜率為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房屋搖晃情況及周圍環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，部分住戶反映的主要情況如下：
（1）2017年年初入住后就感到該房屋有輕微晃動(dòng)，2018年開始感到房屋晃動(dòng)加劇。
?。?）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）。
?。?）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，致使住戶家里的吊燈來回晃動(dòng)不停、盆里的水會(huì)溢出、魚缸里的水來回晃動(dòng)、坐在房間的沙發(fā)上更感到搖晃明顯等。
在房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件完好無損的情況下，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：
?。?）在1號(hào)樓南邊約800m處是A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(chǎn)，并有4臺(tái)從意大利進(jìn)口的BM系列大型鋸石機(jī)；
?。?）位于1號(hào)樓西北方向約1.4公里處是另一家B石材廠，該廠有2臺(tái)大型鋸石機(jī)；
?。?）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KINEMETRICS公司的ALTUSK2強(qiáng)震儀。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：0.01~50Hz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)間及周圍環(huán)境等
5.數(shù)據(jù)處理及分析
5.1譜特性分析
5.2振動(dòng)測(cè)試分析
?。?）1號(hào)樓各測(cè)點(diǎn)的Z振級(jí)可見，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)》GB10070-88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)樓不滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》GB10070-88的要求。
（2）實(shí)測(cè)房屋的自振頻率：縱向?yàn)?.367Hz，橫向?yàn)?.465Hz。實(shí)測(cè)A石材廠鋸石機(jī)工作頻率為1.468Hz。1號(hào)樓的自振頻率與A石材廠鋸石機(jī)工作頻率相一致，兩者會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)。
?。?）從各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度反應(yīng)幅值可見，在A石材廠鋸石機(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)地土類別為上海Ⅳ類。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)：剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí)。
?。?）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》GB50009。
?。?）本次采用軟件中對(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
?。?）結(jié)構(gòu)自振周期：在地震作用下，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。
（2）剪重比：表6-2數(shù)據(jù)表明：X、Y方向各樓層剪重比均大于1.6%，滿足規(guī)范要求。
?。?）有效質(zhì)量參與系數(shù)：表6-3數(shù)據(jù)表明：X、Y方向有效質(zhì)量參與系數(shù)均大于90%，滿足規(guī)范要求。
?。?）最大層間位移角：X、Y方向樓層最大層間位移角見表6-4。表6-4數(shù)據(jù)表明：X、Y方向樓層最大彈性層間位移角均小于1/1000，滿足規(guī)范要求。
?。?）樓層最大位移與樓層平均位移之比及最大層間位移與平均層間位移之比的最大值見表6-5。
表6-5數(shù)據(jù)表明：X、Y方向樓層最大位移與平均位移之比、最大層間位移與平均層間位移之比的最大值均小于1.2，屬于平面扭轉(zhuǎn)規(guī)則。
?。?）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號(hào)樓房屋完好無損。
?。?）結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果表明：1號(hào)樓的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
?。?）在1號(hào)樓南邊約800m處是A石材廠，該廠內(nèi)有4臺(tái)大型鋸石機(jī)（據(jù)介紹一般同時(shí)工作不超過兩臺(tái)）。在1號(hào)樓西北方向約1.4公里處是B石材廠，
該廠內(nèi)有2臺(tái)大型鋸石機(jī)。
（4）振動(dòng)測(cè)試的2019年4月15日，住戶（非常疑惑地）說：“……今天房子怎么就不晃動(dòng)了……”。后了解到的情況是：當(dāng)天A石材廠讓電停產(chǎn)。
?。?）在A石材廠北側(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。
?。?）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）。
?。?）2019年5月23日上午進(jìn)行A石材廠鋸石機(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，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B石材廠等周圍環(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：A石材廠鋸石機(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
?。?）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)件均完好無損。
2）據(jù)傾斜測(cè)量結(jié)果，房屋的最大傾斜率為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法測(cè)得?，F(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。
?。?）振動(dòng)測(cè)試主要結(jié)果
1）在工況2時(shí)（即A石材廠鋸石機(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)》GB10070-88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)樓不滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》GB10070-88。
2）實(shí)測(cè)1號(hào)樓的自振頻率：縱向?yàn)?.367Hz，橫向?yàn)?.465Hz。實(shí)測(cè)A石材廠鋸石機(jī)工作頻率為1.468Hz。1號(hào)樓的橫向自振頻率與A石材廠鋸石機(jī)工作頻率相一致，兩者會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)。
3）在A石材廠鋸石機(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)件均滿足規(guī)范的要求。
?。?）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，A石材廠鋸石機(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。
?。?）1號(hào)樓房屋完好無損，房屋結(jié)構(gòu)是安全的。
（6）由于1號(hào)樓不滿足《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》GB10070-88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)A石材廠鋸石機(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；該廠周邊做減震措施等。
?。?）調(diào)整改變1號(hào)樓的自振頻率
為防止1號(hào)樓與A石材廠鋸石機(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。
?。?）振源的拆除：廠房的搬遷。
