【摘要】上海某高层住宅1号楼发生房屋摇晃，为此对 1号楼进行房屋安全检测。本报告对1号楼除了进行材性抽检、房屋倾斜测量等现场检测外，还对房屋摇晃情况及周围环境进行调查，并进行现场振动测试。根据上述现场检测结果进行结果计算、分析了房屋摇晃的原因，提出了相应的处理方案。
1. 检测概述
上海嘉定区某高层住宅 1号楼(以下简称 1号楼，图1-1)是一幢 12层(带阁楼层)的钢筋混凝土剪力墙结构住宅楼，房屋平面呈矩形状，房屋长约41.85m，宽约14.45m，总建筑面积约 5463m 2。由于 1号楼的部分居民反映房屋摇晃，尤其是顶层的居民因房屋摇晃引起身体不适，为查找房屋摇晃的原因，并确保该房屋的结构安全和正常使用，拟委托对 1号楼进行房屋安全检测。
专业人员于 2010年6月～8月期间多次到现场对 1号楼进行检测和振动测试，根据检测和振动测试结果进行结构计算分析，查找 1号楼摇晃原因并提出相应的处理方法。
2. 房屋概况
1号楼房屋平面布置示意图见图2-1。
3.现场检测情况
根据原施工图，经现场调查核对，1号楼建筑、结构与原施工图基本吻合(除个别住户装修时将局部墙体改动外)。
现场采用回弹法对构件混凝土强度进行抽检，检测结果表明：混凝土有不同程度的碳化，混凝土强度达到原设计要求。
经现场检测，1号楼除局部墙体粉刷开裂、局部散水与墙体拉开外，该房屋各结构构件完好无损。
3.1 房屋沉降情况调查及倾斜测量
由于无任何的原始沉降观测资料，所以 1号楼建造至今的总沉降量无法测得。现场检测未发现房屋有因不均匀沉降引起的任何开裂受损现象。
采用经纬仪对房屋所能测到的角部均进行倾斜观测，测量结果标注于图 3-1中。从图中可看到，目前房屋的昀大倾斜率为 0.74‰(包括了房屋原始施工的垂直度误差在内)，其值小于规范允许值 4‰。
3.2 房屋摇晃情况及周围环境的现场调查
现场调查时，部分住户反映的主要情况如下：
(1)2008年年初入住后就感到该房屋有轻微晃动，2009年开始感到房屋晃动加剧。
(2)房屋每天几乎持续在晃动，但每天 24个小时中约有 1～2小时房屋不晃动(不晃动的具体时间昼夜不确定)。
(3)房屋有时晃动较大，持续时间有时 1～2小时，有时 4～5小时不定。
(4)房屋南北向摇晃，致使住户家里的吊灯来回晃动不停、盆里的水会溢出、鱼缸里的水来回晃动、坐在房间的沙发上更感到摇晃明显等(图 3-2、图 3-3)。
在房屋结构构件完好无损的情况下，要分析房屋摇晃的原因，需先调查 1号楼周边的环境等情况，调查到的主要情况如下：
(1)在 1号楼南边约 800m处是越鼎石材厂，该石材厂在该住宅小区建造之前于 2000年建成投产，并有 4台从意大利进口的 BM系列大型锯石机(图 3-4);
(2)位于 1号楼西北方向约 1.4公里处是另一家宏泰石材厂，该厂有 2台大型锯石机;
(3)1号楼周边是沪宁高速公路等。
4. 现场振动测试
为了查找 1号楼摇晃的原因，对该房屋进行振动测试。
4.1振动测试及分析用的仪器
本次振动测试采用美国 KINEMETRICS公司的 ALTUS K2强震仪(图 4-1)。该强震仪集传感器、数据采集、记录装置、电源于一体，具有灵敏度高、数据可靠的特点。传感器为力平衡式传感器，自振频率为 50Hz。传感器的动态范围：1. 01~50Hz范围内为 135dB，0.01～20Hz范围内大于 145dB，数据采集的动态范围为 110dB。
4.2 测试工况、测点布置、测试的时间及周围环境等
根据现场实际情况，本次测试工况、测点布置、测试的时间等情况如下。
(1)测试工况：测试按下述两个工况进行。工况 1：环境激励(地脉动);工况 2：外部激励。
(2)测点布置：ALTUS K2强震仪布设情况如下。
1)2010.7.15 工况 1的测点布置见图 4-2。
2)2010.7.17 工况 2的测点布置见图 4-3。
3)2010.7.17 工况 2的测点主要布置在越鼎石材厂的北侧。
(3)振动测试、调查的时间及周围环境等情况见表 4-1。
5. 数据处理及分析
5.1谱特性分析
谱特性分析情况见表 5-1，具体详见各附件(略)。
5.2振动测试分析
(1)1号楼各测点的 Z振级见表 5-2，从表中可见，在工况 2时，1号楼超出了《城市区域环境振动标准》 GB 10070-88规定的城市居民区昼间 Z振级标准值 VLz为 70dB的要求，即 1号楼不满足《城市区域环境振动标准》 GB 10070-88的要求。
(2)实测房屋的自振频率：纵向为 1.367Hz，横向为 1.465Hz。实测越鼎石材厂锯石机工作频率为1.468Hz。1号楼的自振频率与越鼎石材厂锯石机工作频率相一致，两者会产生共振效应。
(3)从各测点的振动加速度反应幅值可见，在越鼎石材厂锯石机工作(工况 2)的情况下。1号楼南北向晃动，尤其是房屋顶部几层晃动明显。
6. 结构验算
6.1抗震设防、荷载和材料强度取值、结构分析软件
(1)1号楼抗震设防烈度为 7度，设计基本地震加速度为 0.10g，设计地震第一组，场地土类别为上海Ⅳ类。结构抗震等级：剪力墙抗震等级为三级。
(2)本次结构验算的荷载及材料强度取值是根据提供的图纸资料、现场检测的结果及《建筑结构荷载规范》GB 50009。
(3)本次采用中国建筑科学研究院 PKPM CAD工程部的结构计算程序PKPM系列软件中的 PMCAD和 SATWE对该房屋主体结构进行结构验算。
6.2结构验算结果
(1)结构自振周期：在地震作用下，结构前 15个周期、平动和扭转系数见表 6-1。
表 6-1表明：结构第一扭转周期(0.8200s)与第一平动周期(0.9233s)之比为 0.89，小于 0.90，满足规范要求。结构前两阶频率为纵向 1.083Hz、横向1.141Hz。
与实测的前两阶频率相比，由于计算中未考虑填充墙对结构刚度的影响，所以前两阶频率的计算值偏小。
(6)结构构件承载力
计算结果表明，1号楼的结构构件承载力均满足现行规范要求。
7. 房屋晃动原因分析
根据现场检测调查、振动测试和结构计算分析结果，得到的主要结果如下：
(1)1号楼房屋完好无损。
(2)结构计算结果表明：1号楼的结构构件均满足现行规范要求。
(3)在 1号楼南边约 800m处是越鼎石材厂，该厂内有 4台大型锯石机(据介绍一般同时工作不超过两台)。在 1号楼西北方向约 1.4公里处是宏泰石材厂，该厂内有 2台大型锯石机。
(4)振动测试的 2010年 7月 15日，住户(非常疑惑地)说： “……今天房子怎么就不晃动了……”。后了解到的情况是：当天越鼎石材厂让电停产。
(5)在越鼎石材厂北侧地坪处，测到的前两阶振动频率为： 1.56Hz(横向)，2.93Hz(纵向)。查阅该厂锯石机的有关资料可知，锯石机工作频率为 90次/分钟，即 1.5Hz，在现场实地观察到锯石机工作频率为 1.468Hz。
(6)测到的 1号楼结构的自振频率为：1.367Hz(纵向)，1.465Hz(横向)。
(7)2010年 8月 23日上午进行越鼎石材厂锯石机工作(不工作)与房屋晃动相关情况的观察试验。试验结果表明：当两台锯石机同时工作时，1号楼内水盆中水面晃动起降幅度约为 10～20mm;当一台锯石机工作时，水盆中水面晃动起降幅度约为 6～10mm;当两台锯石机全部停止工作后，水面晃动起降幅度约为 1～2mm。由此可见， 1号楼晃动与锯石机工作有关。
在两台锯石机均停止工作的情况下，房屋仍有轻微晃动，这与邻近高速公路及较远处的宏泰石材厂等周围环境有关，但由这些引起的房屋晃动是轻微的。
综上所述，经分析可知：越鼎石材厂锯石机工作频率与 1号楼房屋结构自振频率基本一致，两者会产生共振，1号楼的摇晃主要是由此引起的。
8. 结论
(1)现场房屋检测结果
1)1号楼建筑结构与原施工图基本吻合;材料强度检测结果表明：混凝土强度达到原设计的要求;该房屋能检测到的各结构构件均完好无损。
2)据倾斜测量结果，房屋的昀大倾斜率为 0.74‰(包括房屋原始施工的垂直度误差在内)，小于规范允许值 4‰。
由于无任何的原始沉降观测资料，所以 1号楼建造至今的总沉降量无法测得。现场检测未发现房屋有因不均匀沉降引起的任何开裂受损现象，可以推断房屋总沉降量是不大的，该房屋地基基础是安全的。
(2)振动测试主要结果
1)在工况 2时(即越鼎石材厂锯石机工作时)，1号楼超出了《城市区域环境振动标准》GB 10070-88规定的城市居民区昼间 Z振级标准值 VLz为 70dB的要求，即 1号楼不满足《城市区域环境振动标准》GB 10070-88。
2)实测 1号楼的自振频率：纵向为 1.367Hz，横向为 1.465Hz。实测越鼎石材厂锯石机工作频率为 1.468Hz。1号楼的横向自振频率与越鼎石材厂锯石机工作频率相一致，两者会产生共振效应。
3)在越鼎石材厂锯石机工作情况下， 1号楼房屋顶部几层南北向晃动明显。(3)结构验算结果：1号楼房屋结构构件均满足规范的要求。
(4)房屋晃动的原因分析
根据对现场检测调查、振动测试和结构计算结果的分析，越鼎石材厂锯石机工作频率与 1号楼房屋结构横向自振频率基本一致，两者会产生共振， 1号楼的摇晃主要是由此引起的。
(5)1号楼房屋完好无损，房屋结构是安全的。
(6)由于 1号楼不满足《城市区域环境振动标准》GB 10070-88的要求，应采取有效的措施，确保 1号楼的正常使用。
9. 整改处理方案
综合考虑各种因素的影响，整改处理方案如下：
(1)改变振源石机的工作频率
根据越鼎石材厂锯石机的工作性能，作相应的整改处理，例如：锯石机基础作隔震处理;调整锯石机的位置或方向;该厂周边做减震措施等。
(2)调整改变 1号楼的自振频率
为防止 1号楼与越鼎石材厂锯石机产生共振，可调整改变 1号楼的自振频率。该方案应确保 1号楼的结构安全和正常使用，其做法是：局部增设 TMD装置、增加或减少 1号楼房屋中的墙体数量、房屋增层(增建 1～2层)。通过增加或减少房屋的侧向刚度，以改变房屋的自振周期，达到避免共振的目的。
(3)振源的拆除：厂房的搬迁。
