某砖混结构房屋振动检测解析

某砖混结构房屋振动检测解析

周永泰

佛山市安固之房屋检测鉴定有限公司广东省佛山市528000

摘要：为了弱化振动对建筑工程的影响，以某砖混结构房屋振动检测为对象展开分析。介绍房屋结构振动特点，总结砖混结构房屋振动检测、振动损伤程度与后果评估方法，结合某房屋建筑实例，阐述振动检测过程，并得出结果，提出四点消除振动影响的建议。最后发现，针对非地震形成振动，可以采用设置混凝土连续墙、铺水泥地面、加做叠合层、布置阻尼器的方法予以应对，从而保证房屋建筑结构安全性与稳定性。

关键词：建筑工程检测；砖混结构；房屋；振动检测

建筑行业现代化发展的实践中，很多工厂、房屋住宅等建筑，有可能会在施工环节出现不同程度的非地震振动，导致建筑结构受损。总结此类振动振源，有以下几种：①主要携带振源的机械设备所发出振动；②施工现场的大型重型设备发出振动；③大型车辆行驶于高速公路，或是地铁隧道在高速行驶状态下发出振动；④开矿、采石或者拆除建筑物的爆破发出振动等。现阶段此类工程事故以及引发的民事纠纷逐渐增加，为了准确评估振动给房屋结构造成损害与影响，振动检测在建筑工程检测中成为一项急需关注的问题。本文结合建筑工程检测中的某砖混结构房屋振动检测为对象展开分析，分析房屋结构振动特点、讨论切实可行的振动检测以及评估方法，通过对房屋结构振动的介绍，为今后建筑工程振动检测提供多元化方法与理论支持，达到提高建筑工程检测结果准确性的目的。

一、房屋结构振动特点

（一）施工场地特征

对于砖混结构房屋而言，所在施工场地的类型，是振动导致结构破坏的决定性因素[1]。砖混结构房屋基础位于软土层上方1~2 层的土层中，出现裂缝的概率更大，由此可以推测软土层地基因软土层自振频率小于硬土层，所以非地震波在地基之后传输到上部结构，将会在两者之间形成大幅值低频共振，加之施工作业频繁振动，这对于原本含水量大、结构疏松程度高的浅层地基土壤而言，在震波反复作用下必然会形成液化，导致地基出现不均匀沉降的现象，从而损坏上部建筑结构。

（二）振动传播特征

振动传播往往分为三个方向，即径向传播、切向传播、垂直传播，根据房屋工程施工振动经验的总结，不难发现多层建筑中的振动波，按自下而上的顺序传播，其中切向振动与垂直振动分量，会在第 2 层开始呈显著衰减趋势，径向分量传播至第 2 层以上时，呈放大趋势，放大系数在 1.4~1.8之间。

例如某砖混结构房屋的首层地面和2 层楼面之间，对比产生的振动信号，结构振动破坏通常会在上部楼层薄弱带先出现，振动过程中径向分量主频低于垂直向，在4~6Hz之间，相比普通居民房屋结构，两者主频更为接近，径向速度持续时间要长于其他两个方向的分量[2]。所以，可见其在结构破坏中占据主导位置。

如果震距小，径向传播与垂直向传播的加速度数量级一致，如果距离震心较远，非地震振动则主要是径向加速度。因为房屋建筑竖向比水平抗震性更强，且对水平向震动的响应更加明显，所以水平向最大速度值、最大加速度值，是对非地震振动烈度进行检测的重要物理标准。

（三）房屋裂缝特征

砖混结构房屋建筑在振动作用下受损，比较常见的损坏形式，是在房屋内部各层楼板和墙壁交界位置、顶层窗上部沿灰缝位置，所形成的水平张拉裂缝。形成此类裂缝的原因，是距离振源比较近的建筑物发生竖向响应加速度、振速，全部超过水平方向，而且具有很长的震动辐射时程效应系数，而且频率低[3]。所以，一旦房屋楼盖向上最大惯性力超出本身质量，便会形成水平张拉裂缝、斜向裂缝。考虑到结构响应竖向振动加速度在顶部时将达到最大，所以形成的裂缝会在楼层上升的影响下，不断增加，屋盖向下最大加速度的形成，也会形成非结构附属物的向下惯性力，继而造成房屋结构损坏。

二、砖混结构房屋振动检测方法

（一）振动发生前的检测

对于非地震振动传播的砖混结构房屋项目，在事前可预知的情况下，需要在施工之前进行勘察，检测施工场地附近建筑物结构，检测内容如下：①砖混结构所在场地、地基基础条件，如地基土壤是否发生液化、软硬程度、基础埋深等；②详细记录各项检测数据，如房屋平面与立面形状、结构整体性数据；③房屋墙体砌筑坚实性、抗震拉结钢筋；④屋盖支撑系统，特别是砖混结构屋顶的部件连接情况，例如预制板、圈梁墙体之间连接稳定性，圈梁总体布局合理性；⑤房屋原结构裂缝以及缝隙所在部位、分布走向、宽长度等各项数据的记录，对裂缝是否会对房屋结构安全性产生性做出评估，必要条件下还需在原裂缝部位布置应变片，或者安装裂缝传感器，为后续受振过程、裂缝变化的评估提供便利条件；⑥房屋内部结构和附属物连接稳定性，检测过程中还需要将物品摆放位置、稳定性等进行记录，施工现场的重要建筑物，还需测试其固有频率[4]。

（二）振动发生中的监测

砖混结构房屋发生振动的过程中，需要对砖混结构实施全过程监测，保证附近建筑结构安全性基础上，还需要实现振动施工方案以及施工进程的监控与调整。主要监测内容包括砖混结构房屋变形观测、结构所有振动参数。

砖混结构房屋建筑的整体变形观测对象，除了整体沉降以及倾斜度外，还有房屋建筑围护结构的外观监测、室外地坪监测、室内原裂缝跟踪与监测[5]。以砖混结构所有振动参数监测为例，检测过程需要用到传感器、记录仪、数据分析器等设备，对于非地震振动量所有物理参量的监测，主要包含振动速度、最大冲击加速度、振动频率等。监测过程中，在发生振动反应最为强烈，且容易发生破坏的位置，实施重点观测，监测采集到的振动容许值，可作为结构安全标准。振动监测点的选择，需要重点考虑以下内容：第一，震波由基础向结构地面以上部位传递，其间会出现时间延迟；第二，上部结构振动、地面振动之间，具有放大系数关系；第三，结构的各个部位发生振动，必然会有明显的差别，例如各层、墙角和墙壁等部位[6]。考虑到以上条件，检测时布置传感器的过程中，务必要保证有的放矢，尤其需要在监测房屋距离振源最近的墙角处，放置传感器。监测过程中，依次采集X、Y、Z方向所产生的振动参数。针对砖混结构房屋需要长时间固定振动监测的对象，在选择与布置测点时，应有规律的在各个部位之间转换。关于振动监测环节的描述，如果发现监测数值已经大于国家规范标准，或是设计允许临界指标，必须马上进行预警，并且改进技术方案，保证附近建筑结构的安全性。

（三）振动发生后的结构检测

砖混结构房屋发生振动之后进行检测，需要按照房屋受振所形成的反应特征，采集房屋结构受损的相关技术数据。总结检测内容如下：①房屋建筑整体倾斜、沉降，需要检测其稳定性.②房屋建筑室内外地坪美观性与完整性，例如是否有裂缝，相关附属物所在位置准确性。③房屋楼盖支撑系统在振动发生后，所有主要承力构件柱、梁、板相互连接的稳定性，附属结构是否有开裂、松散等现象。④详细记录房屋结构产生所有裂缝的变化情况，例如结构缝隙变化特点，特别需要在门窗附近、墙板交接位置、楼梯间等位置，重点检查裂缝，因为频繁振动产生的压扭效应[7]。⑤容易发生结构变形应力集中的位置，发生构件裂缝，结构因振动受到损伤最为显著的表征。如果必要，还需要检查室内物品摆放是否发生移位，如有移位，应详细记录移位信息。

三、砖混结构房屋振动损伤程度与后果评估

结合三个环节采集振动检测所得数据，以及砖混结构房屋施工场地条件、环境以及结构特点，通过振动前后检测数据的对比，以《建筑工程容许振动标准》GB 50868-2013、《爆破安全规程》GB 6722-2014、《中国地震烈度表》GB/T 17742-2020相关规定作为参考，综合判断发生振动是否会对附近房屋结构产生影响[8]。总结已经因振动受损的房屋，需要评估房屋结构安全性，评估过程中需要按照《危险房屋鉴定标准》JGJ125-2016和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2015相关规范中提出的要求，评估振动损伤检测结果，验算房屋结构的抗震性以及安全性。

四、某砖混结构房屋振动检测方法与建议

（一）工程概况

某房屋建筑为5层砖混结构，总高度15m，采用红砖墙体，墙体厚240mm。楼面板与屋面板为现浇楼板，房屋建筑为钢筋混凝土条形基础，其中基础底部标高为-2.2m。根据施工场地条件，发现办公楼层3层以上，因附近公路上行驶重型车辆时，振动感十分明显，直接影响工作人员工作，所以专门安排振动检测。

（二）振动检测

1、地基基础检测

在现场进行局部开挖，检测基础过程中，并未发现裂缝等明显的质量问题。根据房屋沉降监测所得结果，发现房屋墙角的倾斜最大值只有3.5‰，对比一年以内房屋沉降速度，数值参数为0.3mm/月，满足地基基础标准。经检测发现，墙体没有沉降缝，地基基础沉降整体稳定。

2、承重墙体检测

此房屋墙体选择烧结红砖砌筑，检测过程中并未在砖墙发现有裂缝、破损现象。房屋设计采用M5砂浆、MU10砖，现场检测结果显示，确定砌筑砖与砌筑砂浆强度与设计要求相符。

3、楼板检测

经检测发现，楼板没有发现裂缝，3层以上的楼板，经过后续的使用，也存在明显振动。此处板跨度检测得出数据为3.5 m，板厚度100mm，总结发现结构的整体性不强。根据以上数据进行计算，可以确定楼板承载性能满足规范要求。为了能够了解到结构发生振动的真正原因，结合实际情况进行了楼板的振动测试。

（三）房屋结构振动测试

在楼板振动测试中采用脉动法，测试振动频率以及振型。在该房屋结构施工现场展开调查，并结合结构特征，测试过程中布置测点，布置方式共有以下几种：①在地面上布置测点，以两点并排放置的形式，布置于底层走廊中部部位；②房屋建筑室内103室+505室布置测点，采集底层输入以及第5层响应数据，总结两者之间的关系；③在402室+404室布置测点，对比结构中心、侧翼响应联系；④在403室+503室布置测点，总结第4层与第5层的同一点位置响应关系。

测试过程中采用美国生产ALYUS K2测震仪，该设备属于动圈往复式振动传感器，可知动态范围是120dB，采样率为250Hz，得出振动测试结果如表1

，部分工况加速度最大值见表2。

表1 房屋结构X、Y向测试结果

表2 部分工况下加速度最大值（单位：mm/s2）

（四）振动测试结果与分析

根据测试过程与结果，发现房屋结构竖向振动响应在达到峰值之后，呈衰减趋势。如果公路上通过多辆重型车辆，结构会有诸多连续峰值，且在叠加部位呈最大值，车辆向地面发出最大激励，向结构本体传输存在时间滞后。结构横向振动存在连续振动响应，且各个响应之间因叠加导致振动放大，发生此现象的原因是多辆重型车辆在同一时间刹车、启动导致。

结构横向刚度与纵向相比，前者较差，如果从地面传来激励，主要是横向振动；当地面接收到水平激励，将会表现为持续波，向结构基础传递。与此同时，从下而上形成振动，当振动传递至结构顶部，将会被放大。

在有汽车通过的情况下，房屋内部地面水平加速度相对于没有汽车通过的情况下，增大了将近12倍；在有车通过时，505室最大加速度经检测得出数据为45.68mm/s2（Z向）。对比在有重型车辆通过时，所感受到的振动感反应，两者相一致。可知造成房间内部振动的原因，与周围道路交通状况有直接关系。

当重载车辆通过，所有测试工况条件下的结构横向反应中，以Y方向最大。总结原因是结构整体性能、横向刚度差有关，而且地面产生激励中，以横向振动为主，这也是非常重要的原因。对此次房屋结构进行质量检验，发现受到振动作用影响，横向所受振动的影响最为明显。

发生振动之后，也会对室内工作人员的身心健康产生重要影响，强烈振动会给人们带来身体以及心理上的不适，甚至还会产生其他不良反应。以国内外有关文献资料为依据，并与现场测试结果相结合，得出房屋振动参量最大值如下：①振动加速度：45.68 mm/s2；②振动速度：0.85 mm/s。此参数介于人体初步感知与清楚感知之间，而且数据显示一些测点部位明显振动，对比现场实际可以感知的振动，两者一致。

房屋振动响应范围集中于2-4 Hz，主要受房屋本身自振频率、土壤传播特征、行车速度等影响。

（五）减振处理建议

根据结构振动测试与房屋质量测试的最终结果，该房屋建筑的水平最大加速度响应34.68 mm/s2，此强度通常不会造成破坏。因长期高频外部激励可能会影响到砖混结构房屋的耐久性，所以基于此提出室内房屋振动的消除建议：

①公路与房屋之间设置一道混凝土连续墙，以减少外部振源产生振动对房屋结构的冲击。②房屋建筑周围铺一层水泥地面，使其与原房屋地基相连，以调节结构系统刚度，避免房屋结构受振动冲击。③为提高4层以上房屋的楼板刚度，并使结构的振动特征发生变化，建议加做叠合层，进而降低振幅。④在现场可以布置阻尼器，调节结构振动特征，减小振动对房屋结构造成的冲击。在考虑到经济性、施工环节尽可能不影响正常办公的情况下，采取方法①消除房屋结构振动。经过改造之后的砖混结构房屋投入使用后，没有发现显著的振动。

结束语：

    综上所述，建筑工程检测至关重要，通过检测结果可以直接了解到建筑工程实际形成振动的影响，并及时作出应对，调整施工方案。尤其是砖混结构房屋振动的检测，结合结构特征以及现场环境特征等，采取现代化方式进行检测，了解不同原因造成振动的应对方法，并根据检测结果，选择相应的振动消除策略，提高砖混结构房屋安全性、稳定性，并且通过建筑工程检测，为项目投入使用后的性能、耐久性等提供保障，并切实提升建筑工程检测水平。

参考文献：

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[3]杜定敏，杨德堃.酒店空调系统设备噪声和振动的检测及评估——以某四星级国际酒店为例[J].工程技术研究，2022，7(13):118-120.

[4]王传旭.建筑结构检测和施工加固技术及展望关键分析[J].中华建设，2022(04):102-103.

[5]王奎华，郑茗旺，涂园等.套筒灌浆密实度直接冲击振动检测方法[J].中南大学学报(自然科学版)，2021，52(03):848-858.

[6]郑茗旺，王奎华，冀俊超等.套筒灌浆密实度的直接冲击振动法信号数字滤波技术研究[J].浙江建筑，2021，38(01):70-74.

[7]朱日新.动力特性测试技术在建筑工程检测鉴定中的应用[J].工程技术研究，2020，5(14):49-50.

[8]李华志，李韶岗.基于光纤光栅的剪力墙建筑结构振动检测系统[J].激光杂志，2019，40(08):120-124.