一、前言
建筑物(含古建筑)一般都会受到来自内部机械设备运转、外部交通、工业生产等振动的影响。因此在建筑设计和使用阶段时,必须要考虑到结构的完整性、服务功能以及与环境的适应性,同时还要考虑到对古建筑的保护。
根据建筑物类型以及工业振动形式,可以将关心的建筑结构振动测试分为三类:
1. 建筑结构容许振动测试
2. 古建筑振动测试
3. 轨道列车引起的隧道振动
二、可参考的标准
1. 建筑结构容许振动测试可参考标准:
GB/T 50868-2013《建筑工程容许振动标准》
GB/T 14124-2009《机械振动与冲击 建筑物的振动 振动测量及其对建筑物影响的评价指南》
2. 古建筑振动测试可参考标准:
GB/T 50452-2008《古建筑防工◥业振动技术规范》
GB6722-2011《爆破安全规程》
T/CECS 1118-2022《古建筑振动控制技术标准》
3. 轨道列车引起的隧道振动测试可参考的标准:
GB/T 19846-2005《机械振动列车通过时引起铁路隧道内╳部振动的测量》
三、测试和评价
1. 建筑结构容许振动
GB/T 50868-2013标准适用于工业与环境振动作用下的振动控制,包含精密仪器和设备的振动容许值、动力机器基础的振动容许值、交通振动和建筑施工振动的振动容许值。
GB/T 14124-2009标准规定了评价振动对建筑物影响所需进行的测量和数据处理的基本原则。标准不关心振源本身。结构振动的影响的评价主要是针对结构的响应,并且包括适当的分析方法,用以确定频率、持续时间和幅值。该标准只适用于结构振动的测量,不考虑声压及其他形式的压力波,但是需要考虑这些激励的响应。
2. 古建筑振动测试
古建筑的振动影响主要包含工业振动影响和地震动影响,工业振动如城市●轨道交通、高铁、火车、公路车辆、工业动力设备、工程施工等。工业振动对古建筑的影响是长期的,持续性的,可控的。GB/T 50452-2008标准规定:工业振动对古建筑的影响使用振动速度表示。GB/T 50452-2008标准规定:古建筑的容许振动速@度根据古建筑的结构形式(砖结构、石结构、石窟结构)、保护级别(全国重点、省级、市县级文保)和弹性波速进行区分,如古建筑木结构的振动容许速度如下所示:
工业振动其实是ξ 一种强迫振动,会产生叠加一些其他频率成分到古建筑中。低通滤波频率和采样频率应根据所需频率范围设置,采样频率宜为100~120Hz;记录时间每次不应少于15min,记录次数不得少于5次。采样频率可以高一些,但是需要保证频率分辨↘率。记录次数和时间主要考虑测振周期,工业振动至少包含几个振动周期,如果轨道列车如地铁的影响,应至少需要测试三趟地铁通过,有时还要测试早中晚三个高峰期时段的振动响应。
对于施工爆破对古建筑的影响可以参考标准GB6722-2011《爆破安全规程》。
和爆破相关的建筑物必须考虑安全距离,古建筑也不例外。容许振动速度实际上就是安全距离的体现。如果施工爆破ξ点位置不能迁移,那么必须保证在不超过爆破容许振动速度的前提下减少爆破炸药量或者♂改变施工方式,以确ζ 保被保护古建筑的安全。
3. 轨道列车引起的隧道振动测试
GB/T 19846-2005标准仅涉及由列车经过时引起的振动。当然,当一条隧道所受的振动(火灾、地震、爆炸、附近建筑物的打桩或拆除『的影响等,详见标准)可能会影响其完整性时,就应进行适当的测量来评定其振动等级是否能被接受。
GB/T 19846-2005标准给出了用于列车通过铁路隧道而引起的隧道振动的测量、处理和评价的基本准则。通常测量的振动有速度和加速度,其中在较低的〓频率范围内优先测量速度,而在高频范围内优先测量加速度。由于隧道振动频率主要在1~100Hz,因此推荐测量速度。在测试时,需要有一段不少于200m长的直线隧道用来测量。传感器的设置应该避开任何可见的有缺陷或特殊的区域(大的裂缝、渗水区、道岔和道口╲),除非要对这些区域的影响进行研究。为了研究隧道的响应,传感器的方向最好〒与隧道的3个基轴(1个竖直,2个水平,见下图)一致。传感器布点如下图所示(该布点是假设列车在左边的轨道上运行),其中每个测点需要测量三个方向的振动值。
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