地铁运行引起房屋振动的研究
摘 要: 通过对某大楼的振动特性和环境噪声监测,对该大楼进行了可靠性评估,强调了健康舒适度在房屋可靠性评估中的重要性。
关键词: 振动特性 噪声 检测 可靠性评估 健康舒适度
1 工程背景
某住宅楼始建于1985 年,为9 层钢筋混凝土框架结构,总高度31.65m 。该场地属珠江河冲击层, 场地地质情况如下:表层杂填土、淤泥层厚度约5～ 15m , 粘土、粗砂层厚约0～5m , 再往下是粉质粘土层厚约1～8m , 然后至强风化粉砂岩厚约3～13m , 再后是中风化层等。采用混凝土灌注桩基础,桩径为480mm , 桩长14～18m , 该房屋位于广州地铁一号线长寿路站到中山七路站区间的隧道线路上,地铁由两条直径为6.2m 并行隧道组成,地铁穿过房屋的平面布置如图1 所示,房屋剖面如图2 所示。地铁线路需要穿过该大楼的桩基础,在保证不影响2 层以上居民生活的前提下实现桩基础的托换。托换工程采用了由设置于桩承台附近的钢筋混凝土梁式转换层和设置于盾构施工通廊外侧的钻孔灌注桩组成的托换结构体系,待托换结构混凝土达到设计强度后,再在原承台底断开原桩,使上部建筑物荷载转移到新的永久性托换结构上,并在隧道影响范围外进行补桩加固,以提高桩基的承载力,控制房屋的沉降变形。在大楼整体托换过程中,对房屋结构变形情况进行监测,测试结果表明,托换的应力水平较低, 大楼的最大沉降量和最大相对沉降量均得到了有效控制,桩基托换是成功的,为国家节约了大量资金。近两年来,该大楼的居民反映列车经过时能感到较大的振动与噪音,晚上尤为明显,且东向与中间单元的振动与噪声较西向单元大,下面3 层的振动较上面楼层的大,且以低频声音为主,影响居住的健康舒适性。
2 检测目的
1) 查明地铁振动与噪声对住户的健康舒适度的影响程度。
2) 分析地铁振动对房屋结构安全性的影响。
3 房屋振动特性测试试验
3.1 测点布置
1) 在三个梯间布点进行测试,中间的梯间在居民住房内布点测试;
2) 中间梯间室内测点布置为:1 、4 、7 、9 层房间各布置X 、Y 、Z 三点;
3) 其他梯间测点布置为:1 、4 、7 、9层梯间各布置X 、Y 、Z三点;4) 室
图1 房屋测点平面布置
1 -梁式转换层;2 -断桩口;3 -隧道1 ;4 -隧道2 ; 5 -原桩;6 -托换桩;7 -加固桩图2 地铁经过位置房屋的剖面外布置1 、2 、3 三点。
3.2 测试方法
采用WJ -200(频率0～80Hz) 加速度传感器粘于各指定测点上,由DASP 信号采集仪记录,测试过程各方法按照《城市区域环境振动测量方法》( GB10071 -88) 进行。测试铅直向的Z 振级,每个测点连续测量10 次列车运行,以10 次读数的算术平均值为评价值。
3.3 测试结果
1) 结构X 向的一阶频率为2117Hz , 周期为0146s ; 结构Y 向的一阶频率为3145Hz , 周期为0129s 。
2) 各层室内X 、Y 、Z 向加速度最大值如表1 所示, 中间梯间第4 层Z 向加速度时程图如图3 所示。
3) 各层室内X 、Y 向位移最大值如表2 所示。
图3 中间梯间4 层加速度时程
表1 加速度最大值
4) 室内各层Z 振级如表3 所示,室内Z 振级沿
5) 室外1 、2 、3 点Z 振级如表4 所示,室外Z 振房屋高度方向的衰减如图4 所示。级沿水平方向的衰减如图5 所示。
4 房屋环境噪声监测
测点位置主要集中在地铁隧道经过的范围内, 环境噪声监测按《工业企业厂界噪声测量方法》(GB 12349 -90) 标准执行,列车经过时间段测量噪声等级,测点位置及监测结果见表5 所列。
5 可靠性评定结论
1) 从各测点的振动加速度反应值和位移幅值可见,地铁运行时,房屋结构产生轻微的振动,人体对振动
的感觉如图5 所示,可见人体基本不能感觉到振动,房屋室内各测点的加速度反应值和位移值基
图5 人体对振动的感觉
本符合规范标准,地铁振动不会对房屋结构产生损坏现象,房屋结构安全。
2) 地铁运行时,房屋室外各测点和Z 振级符合《城市区域环境振动标准》( GB 20070 -88) 。室内各测点的Z 振级为79.2～85.2dB ,超出了《城市区域环境振动标准》规定的城市“混合区昼间Z 振级标准78dB ,夜间72dB 要求。
3) 地铁运行时, 室内测点环境噪声级为昼间
48.0～53.3dB ,夜间40.0～43.5dB ,超出了《城市区域环境噪声标准》( GB 3096 -93) 规定要求。
4) 经计算房屋结构的自振周期如下: X 向为0.89s ; Y 向为0.39s ,而房屋结构实测周期为: X 向为0.46s ; Y 向为0.29s 。理论计算值与实测值间存在一定误差,这是由于实际结构比较复杂,与填充墙等非结构部件、结构质量分布、材料实际性能、施工质量等因素有关。
6 可靠性评定结论
地铁运行时产生的振动与噪声问题影响房屋的健康舒适性,因此,在以后类似工程的设计与施工过程中应慎重处理,采取较为稳妥的隔振、减振措施。具体措施如下:
1) 减小振源产生的振动大小,如采用无缝钢轨或调整列车运行速度,避免发生低频振动引起的房屋结构激振反应。
2) 采取有效的隔振措施,如设置砂垫层带,在振源与房屋结构之间隔断振动波的传播途径。
3) 采取减振措施,如在托换桩与承台之间设置橡胶垫块。
4) 调整房屋结构体系的刚度,改变结构自振频率,避免主振源与房屋结构之间由于低频耦合作用产生的共振现象。
