賴(lài)春健

(廈門(mén)市工程檢測(cè)中心有限公司 福建廈門(mén) 361004)

基于住宅客廳樓蓋施工質(zhì)量的振動(dòng)舒適度分析

賴(lài)春健

(廈門(mén)市工程檢測(cè)中心有限公司 福建廈門(mén) 361004)

某住宅竣工交房后，業(yè)主在經(jīng)過(guò)客廳樓蓋時(shí)，樓蓋振動(dòng)明顯，給人明顯不適感。經(jīng)復(fù)核，影響樓蓋舒適度關(guān)鍵因素—自振頻率下降顯著。為類(lèi)似工程預(yù)防出現(xiàn)振動(dòng)舒適度問(wèn)題提供參考，對(duì)住宅客廳樓蓋的施工質(zhì)量主要參數(shù)邊界條件、樓蓋有效厚度和混凝土標(biāo)號(hào)對(duì)其振動(dòng)舒適度影響規(guī)律。

舒適度；施工質(zhì)量；樓蓋結(jié)構(gòu)

1 工程概況

某住宅客廳樓蓋位于建筑13層，該建筑采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑高度為55.48m，建筑共18層，其中首層層高為4.98m，其余均為3.00m，結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖

建筑各樓層結(jié)構(gòu)布置基本一致，客廳樓蓋為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，采用矩形截面，尺寸為5.300m×4.200m；厚度設(shè)計(jì)為110mm(實(shí)測(cè)值為95mm)；混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C25(實(shí)測(cè)值為C20)；板底正彎矩筋為雙向Φ6@120，鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)為15mm(實(shí)測(cè)值為15mm)；支座負(fù)彎矩筋為Φ8@160，鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為15mm(實(shí)測(cè)值為50mm)；樓蓋混凝土容重為2 500kg/m3，樓蓋斷面如圖2所示。樓蓋支座負(fù)彎矩位置四周存在開(kāi)裂現(xiàn)象，裂縫分布及形態(tài)如圖3所示。

圖2 樓蓋斷面示意圖

圖3 客廳樓蓋開(kāi)裂圖

2 住宅樓蓋舒適度標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算

2.1 樓蓋舒適度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

樓蓋的振動(dòng)除了受外界激勵(lì)影響外，還與其自身固有屬性-自振頻率有關(guān)，當(dāng)人的活動(dòng)頻率與樓蓋的自振頻率較為接近時(shí)，引起共振，給人不適感。大量研究表明，人體的胸腔和腹腔對(duì)振動(dòng)比較敏感，在豎向振動(dòng)下，人體作為一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)生共振的頻率范圍在3Hz～12Hz之間[1]。為了避免振動(dòng)造成的不適感，就要提前避免共振的發(fā)生，即應(yīng)使樓蓋的自振頻率與人們的活動(dòng)頻率有較大的差異。

2.2 樓蓋舒適度計(jì)算方法

國(guó)內(nèi)外關(guān)于樓蓋結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度的設(shè)計(jì)方法主要基于樓蓋的固有屬性，外界激勵(lì)和煩惱率3個(gè)角度出發(fā)，分別分析了自振頻率、振動(dòng)加速度和煩惱率。本文基于樓蓋施工質(zhì)量的舒適度分析，即分析樓蓋的自振頻率(取第一階振動(dòng)頻率)?？蛷d樓蓋的振動(dòng)舒適度復(fù)核如下(以下驗(yàn)算中，括號(hào)外按設(shè)計(jì)值驗(yàn)算，括號(hào)內(nèi)按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)算)[2,7]：

(2) 基頻系數(shù)：

(3) 抗彎剛度：

=1.24×106N·m2(8.67×105N·m2)

(4)自振頻率：

可見(jiàn)，由于施工質(zhì)量缺陷，邊界條件變化、樓蓋有效厚度減小和混凝土標(biāo)號(hào)降低，已導(dǎo)致樓蓋自振頻率出現(xiàn)大幅度減小，雖仍大于我國(guó)規(guī)范關(guān)于住宅振動(dòng)頻率3Hz的限值要求，但已小于部分學(xué)者和國(guó)外規(guī)范的規(guī)定建議限值。從該樓蓋的振動(dòng)給人的舒適度感受，可認(rèn)為，我國(guó)規(guī)范關(guān)于住宅振動(dòng)頻率的限值要求偏低。

3 施工質(zhì)量對(duì)舒適度的影響分析

在按設(shè)計(jì)圖紙配料的前提下，影響現(xiàn)澆砼樓蓋結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量主要有三方面:

①四周支座約束邊由于施工過(guò)程中的踩踏導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層厚度增大，樓蓋成型后負(fù)彎矩筋無(wú)法發(fā)揮作用，砼板上側(cè)開(kāi)裂，形成鉸支座；

②樓蓋結(jié)構(gòu)由于未進(jìn)行可靠的板厚監(jiān)控，導(dǎo)致樓蓋有效厚度不足；

在仿真過(guò)程中,可以通過(guò)設(shè)置ITS[3:0]來(lái)確定積分時(shí)間,圖5、圖6所示圖形為CLK設(shè)置為10 MHz,積分時(shí)間設(shè)置為128個(gè)時(shí)鐘周期,即12.8 μs時(shí)仿真的主要信號(hào)的波形和局部細(xì)節(jié)展示。由于測(cè)試采用的是重復(fù)的電注入偏置電壓源,所以輸出電壓呈16個(gè)臺(tái)階狀上升,每行單元電路則對(duì)應(yīng)了8個(gè)16級(jí)階梯狀輸出,一幀圖像的全部讀出會(huì)產(chǎn)生 1 024 個(gè)階梯狀的輸出。

③樓蓋的主要材料混凝土由于配合比、養(yǎng)護(hù)等多方面原因?qū)е聫?qiáng)度不足。

下文將對(duì)此3個(gè)因素對(duì)樓板振動(dòng)舒適度的影響規(guī)律進(jìn)行分析。

3.1 邊界條件

為了分析邊界條件對(duì)樓蓋自振頻率的影響程度，本文以四周固定邊界為基準(zhǔn)，分別分析了樓蓋結(jié)構(gòu)跨寬比在0.4～2.5變化時(shí)，邊界條件變化對(duì)樓蓋自振頻率的影響規(guī)律。

圖4橫坐標(biāo)為樓板跨寬比，縱坐標(biāo)為f邊/f固接，可見(jiàn)邊界條件的變化對(duì)樓蓋自振頻率的影響顯著，自振頻率隨四周約束減弱而減小，當(dāng)四周約束由固接變?yōu)殂q接時(shí)，自振頻率減小幅度約為50%?？鐚挶葘?duì)四周為固接或四周鉸接影響不明顯；當(dāng)四周約束由固接變?yōu)閮蓪?duì)邊為固接，另外兩對(duì)邊為鉸接時(shí)，隨跨寬比的增大，邊界條件變化的影響程度逐漸減小。

圖4 不同樓蓋邊界條件對(duì)其自振頻率的影響注：1表示四周為固接；2表示兩對(duì)邊為固接，另外兩對(duì)邊為鉸接；3.表示四邊為鉸接

3.2 砼板有效厚度

以案例樓蓋設(shè)計(jì)值為基準(zhǔn)，分析樓蓋在四周固接時(shí)，樓蓋有效厚度變化對(duì)樓蓋自振頻率的影響規(guī)律。

圖5橫坐標(biāo)為樓板有效厚度h0，縱坐標(biāo)為f/f95可見(jiàn)樓蓋的自振頻率隨其有效厚度增大而增大，基本呈比例系數(shù)為0.6的正比關(guān)系。

圖5 不同樓蓋有效厚度對(duì)其自振頻率的影響

3.3 混凝土標(biāo)號(hào)

以案例樓蓋設(shè)計(jì)值為基準(zhǔn)，分析樓蓋在四周固接時(shí)，混凝土標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào)變化時(shí)對(duì)樓蓋自振頻率的影響規(guī)律。

圖6橫坐標(biāo)為樓板砼標(biāo)號(hào)，縱坐標(biāo)為f/fC25，可見(jiàn)混凝土的標(biāo)號(hào)變化對(duì)樓蓋的自振頻率的影響程度基本可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)論

(1)國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范關(guān)于砼樓蓋的自振頻率限值偏

圖6 不同樓蓋砼標(biāo)號(hào)對(duì)其自振頻率的影響

低，建議適當(dāng)提高其限值，確保樓板有更好的舒適度體驗(yàn)。

(2)施工質(zhì)量對(duì)樓蓋振動(dòng)舒適度影響顯著，主要體現(xiàn)在施工對(duì)樓蓋邊界條件和有效厚度的影響上。施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量的管理，以避免樓蓋振動(dòng)舒適度問(wèn)題發(fā)生。

[1] Fredrik Ljunggren,Junyc Wang,Anders Agren.Human Vibration Perception from Single-anddual -frequency Components[J].Journal of Sound and Vibration,2007(300):13-24

[2] GB50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[4] JGJ99-2015 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

[5] Bachmann H, Ammann W.Vibrations in structur- es induced by man and machines[J].IABSE Structural Engineering Document 3E,International Association for Bridges and Structural Engineering, ISBN 3 -85748 -052 -X，1987 .

[6] Ellingwood B.R.,Tallin A.Structural serviceability: Floor vibrations [J].Journal of Structural Engineering，1984, 110(2) : 401-418.

[7] 宋志剛.基于煩惱率模型的工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度設(shè)計(jì)新理論[D].杭州：浙江大學(xué)，2006 .

Analysis of vibration comfort base on the residential floor construction quality

LAIChunjian

(Xiamen Center of Engineering Inspection Co., Ltd, Xiamen 361004 )

After the completion of a residential, the owners feel the floor vibration is discomfort clearly when walking across the living room floor.After checking, the natural frequency of vibration decreased significantly which is the key factor of affecting vibration serviceability.provided reference for the prevention of vibration comfort in similar projects, the influences of boundary conditions, effective thickness and concrete strength which were the main parameters on the quality of residential living room floor on the vibration comfort were analyzed.

Comfort; Construction quality; Floor structure

賴(lài)春健(1983.5- ),男,工程師。

E-mail:276751184@qq.com

2017-02-09

TU712+.3

A

1004-6135(2017)06-0139-03