開(kāi)展房屋結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè),提高房屋安全鑒定水平

1、開(kāi)展房屋結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè) , 提高房屋安全鑒定水平Developing Structure Dynamical Measuring and Improving Identification Level about Building SafetyChenGang(Building Safety Measuring and Identification Center of Jinan Jinan Shangdong 250001)【】Analyzing the current problem about building safety, and the effect to ensure buildin

2、g safety by improving building safety identification level of our country, to introduce the conception, the theory, and the development status and characteristic of developing structure dynamical measuring, and introducing the engineering application and significance of developing structure dynamica

3、l measuring. The third part of this thesis combined engineering example, from the degree of integrated reporting about building safety identification, to pay attention to the part of structure dynamical measuring, at the same time depending on other measuring method, to identify the safety of buildi

4、ng, by measuring result from the whole and part structure, explained developing dynamical measuring is an important means for improving building safety identification level. Curtailed the fragment of structure static measuring course and measuring data, finally, brought forward the questions and nee

5、ding more accomplished jobs simply about developing structure dynamical measuring.1. 引言近幾年來(lái) , 地震、臺(tái)風(fēng)自然災(zāi)害與火災(zāi)、爆炸等人為因素已 對(duì)在役房屋造成了不同程度的損傷甚至破壞。其次 , 當(dāng)前房屋結(jié) 構(gòu)正朝著高層次、大柔度方向發(fā)展 , 因此在風(fēng)載、地震荷載及周 圍環(huán)境作用下可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)振動(dòng)。再者 , 房屋在施工過(guò)程中 , 由于被偷工減料等原因未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求 , 還有房屋使用過(guò)程中 的隨意改造等 , 致使房屋使用安全難以得到保證。房屋安全不容 忽視 , 它是直接關(guān)系人民生命財(cái)產(chǎn)和安居樂(lè)業(yè)的大事 ,

6、特別是近 年來(lái)以人為本發(fā)展新概念的深入人心 , 使人們對(duì)房屋使用安全提 出了更高的要求。社會(huì)的發(fā)展 , 對(duì)房屋安全鑒定水平提出了新要 求 , 結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)是房屋安全鑒定的主要手段 , 這要求我們要全 面做好房屋的質(zhì)量檢測(cè)工作。因此 , 作為結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)重要手段 的結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生 , 而且表現(xiàn)出了很大的發(fā)展?jié)摿?和發(fā)展空間。 本文就是從結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)角度出發(fā) , 結(jié)合工程實(shí)例 , 論述開(kāi)展結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)是提高房屋安全鑒定水平的重要手段和 方法。2. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)2.1 概念及原理。對(duì)房屋開(kāi)展動(dòng)力測(cè)試 , 利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)識(shí)別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù) 由模態(tài)參數(shù)的性狀判定結(jié)構(gòu)質(zhì)量 , 即為結(jié)構(gòu)動(dòng)力

7、檢測(cè)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力 檢測(cè)的基本問(wèn)題是依據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng) , 測(cè)得結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù) , 然 后識(shí)別結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)。建筑物的動(dòng)力特性是建筑物自身固有的特性 , 一般是指建筑 物的固有頻率 （ 周期） 、振型和阻尼比等。 建筑物一旦出現(xiàn)損傷或 其它質(zhì)量問(wèn)題 , 這些參數(shù)也隨之發(fā)生改變。 因此, 結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)的 改變可以視為結(jié)構(gòu)質(zhì)量發(fā)生變化的標(biāo)志。當(dāng)前, 結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)被普遍認(rèn)為是一種很前途的檢測(cè)方法 , 它是結(jié)合系統(tǒng)識(shí)別、振動(dòng)理論、振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)采集與分析等多 學(xué)科的一門測(cè)試技術(shù) , 它的出現(xiàn)能較好彌補(bǔ)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法存在 的諸多缺陷和不足。特別是近年來(lái) , 隨著能夠滿足結(jié)構(gòu)檢測(cè)要求 的強(qiáng)大試驗(yàn)和分析處理工具的出

8、現(xiàn) , 高效模塊化、數(shù)字化的結(jié)構(gòu) 動(dòng)力響應(yīng)量測(cè)技術(shù)已為結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持 , 使得結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)已走向成熟 , 在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用已日 趨廣泛,不但是大學(xué)、科研機(jī)構(gòu) , 而且許多工程質(zhì)量檢測(cè)單位也已 逐步開(kāi)始使用。結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)很多 , 如該方法可以不受結(jié)構(gòu)規(guī)模、 復(fù)雜性及隱蔽性的限制 , 只要在可達(dá)到的結(jié)構(gòu)位置安裝動(dòng)力響應(yīng) 傳感器即可。 另外, 結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)屬于結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)范疇 ,對(duì)一些 已建成投入使用 , 而不便采取破損檢測(cè)手段的工程結(jié)構(gòu)特別適用滿足人們需求標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的需求。2.4 工程應(yīng)用及意義。雖然結(jié)構(gòu)的自振頻率、 振型、阻尼比都可以通過(guò)理論計(jì)算求 得, 但

9、通過(guò)測(cè)試得到的動(dòng)力特性仍然具有重要意義。如果已經(jīng)有 了結(jié)構(gòu)的實(shí)物或設(shè)計(jì)圖紙 ,并掌握所有材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù) , 那 么原則上可以用有限元分析等數(shù)值計(jì)算方法求出結(jié)構(gòu)的模態(tài)參 數(shù)。然而由于諸方面的原因 , 例如:非線性因素 ,材料的不均勻性 , 阻尼機(jī)理的復(fù)雜性 , 再加上構(gòu)件與構(gòu)件、整機(jī)與基礎(chǔ)、基礎(chǔ)與地 基的聯(lián)結(jié)剛度難以確定等等 , 使有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性 （甚至于可 能性）受到限制1 。利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是建筑物 建成后的實(shí)際動(dòng)力特性 , 因此是準(zhǔn)確可靠的 2 。建筑物建成以后完好狀態(tài)下量測(cè)得到的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性數(shù)據(jù) , 可作為基本技術(shù)檔案保存。 建筑物一旦遭受地震等自然災(zāi)害或使 用了一

10、定的年限以后 , 再進(jìn)行測(cè)量 , 可以從中獲得寶貴的對(duì)比資 料。比如, 房屋結(jié)構(gòu)破壞開(kāi)裂后或結(jié)構(gòu)內(nèi)部有質(zhì)量問(wèn)題時(shí) ,結(jié)構(gòu)的 自振周期會(huì)加長(zhǎng) ,振型會(huì)改變等 , 從結(jié)構(gòu)的自身固有特性的變化 可以識(shí)別建筑物的損傷 , 為房屋安全鑒定提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支 持。當(dāng)然,動(dòng)力特性實(shí)測(cè)作為安全鑒定的一個(gè)手段 , 還要與其他鑒 定方法一起工作 , 全面分析 , 綜合評(píng)定 , 才能得到滿意的結(jié)果 , 增 加判定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性 , 提高房屋安全鑒定技術(shù)水平。如若沒(méi)有房屋建成以后完好狀態(tài)下的動(dòng)力特性數(shù)據(jù) , 我 們可以根據(jù)測(cè)量大量相同類型房屋的情況 , 歸納實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式 , 通過(guò)實(shí)測(cè)與經(jīng)驗(yàn)公式 （實(shí)測(cè)或規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式

11、 ）取值的對(duì)比 , 同樣可 以從某個(gè)范圍上較好評(píng)價(jià)房屋的安全性。 因?yàn)檫@方面尚缺少國(guó)家 相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) , 致使該檢測(cè)方法的應(yīng)用受到一定的限制 , 但是動(dòng)力檢 測(cè)還是能彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)很多方面的不足 , 在實(shí)際的工程應(yīng)用中也 得到了很好的效果。3. 工程應(yīng)用實(shí)例3.1 工程概況。某工廠一期主廠房共有 7 層,建于 1986年, 建筑面積約11475m2,建筑高度約38.6m,結(jié)構(gòu)平面呈矩形，總長(zhǎng)度105米，總 跨度 18 米, 縱向柱間距 7.5 米, 橫向柱間距 9 米。廠房采用鋼筋 混凝土框架結(jié)構(gòu) , 基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ) , 樓屋面板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝 土板。因該工廠二期擴(kuò)建工程的需要，需對(duì)標(biāo)高28.80

12、0m第至第 軸的局部樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。為了確認(rèn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)是否安全，現(xiàn)對(duì)該工廠一期主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行房屋安全鑒定 , 并提出處理建議。3.2 檢測(cè)鑒定內(nèi)容及結(jié)果。（1）房屋現(xiàn)場(chǎng)查勘。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 , 并與原設(shè)計(jì)圖紙核對(duì) , 該結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)布置情況基本與原施工圖一致,構(gòu)件尺寸偏差最大值為+20mm,-4mm除 個(gè)別截面尺寸 （梁高）偏大較多外 ,其它構(gòu)件截面尺寸符合現(xiàn)行規(guī) 范要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察 , 發(fā)現(xiàn)北立面沉降縫處墻面開(kāi)裂嚴(yán)重 , 這一現(xiàn)象可能與沉降縫處理不當(dāng)有關(guān)。房屋主體結(jié)構(gòu)的沉降狀況良好 , 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的不均勻沉降、傾斜和開(kāi)裂 , 所以判定該廠房地基 基礎(chǔ)無(wú)嚴(yán)重靜載缺陷。 結(jié)構(gòu)內(nèi)部也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的

13、裂縫或較大的 撓度等影響結(jié)構(gòu)安全使用的狀況。該結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量總體較好 , 未發(fā)現(xiàn)構(gòu)件露筋、蜂窩等施工質(zhì)量問(wèn)題。(2) 傾斜測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)使用全站儀對(duì)該房屋的整體傾斜程度進(jìn)行了觀測(cè) , 傾 斜率最大值為0.039%，此時(shí)側(cè)向位移量為15mm根據(jù)國(guó)家危險(xiǎn)房 屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)第 4.2.3 條、4.5.4 條3, 房屋的整體傾斜率極值是 1%,并且其側(cè)向位移量不宜大于房屋高度的1/500; 實(shí)測(cè)結(jié)果均小于規(guī)范規(guī)定框架結(jié)構(gòu)整體傾斜率和側(cè)向位移的控制值。(3) 結(jié)構(gòu)材料檢測(cè) 。為了評(píng)定現(xiàn)有混凝土強(qiáng)度 , 檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)采用回彈法抽檢了 框架梁、柱的混凝土強(qiáng)度 , 并用鉆芯法進(jìn)行修正。由于本文篇幅 限制,構(gòu)件檢測(cè)部

14、位及詳細(xì)結(jié)果略。該結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)混凝土構(gòu)件的 標(biāo)號(hào)為 300號(hào),回彈結(jié)果表明部分測(cè)點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度未達(dá)到原設(shè) 計(jì)混凝土強(qiáng)度值 , 但這些測(cè)點(diǎn)的混凝土碳化深度較深。再結(jié)合鉆 芯取樣檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度 , 認(rèn)為該結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度基本達(dá)到原 設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度。(4) 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。該結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu) , 抗震等級(jí)為二級(jí) , 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查情況 ,認(rèn)為其構(gòu)造措施基本能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。(5) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)。為了提高傳統(tǒng)檢測(cè)鑒定方法的準(zhǔn)確程度 , 做到全面評(píng)定房屋 的安全狀況 , 為此開(kāi)展動(dòng)力檢測(cè)。采用脈動(dòng)法對(duì)一期主廠房在設(shè) 備運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試 , 測(cè)試設(shè)備采用由同濟(jì)大學(xué)土木工程 學(xué)院研制的SVSA振動(dòng)信

15、號(hào)采集分析儀，傳感器采用LC0132T內(nèi)裝 IC 壓電加速度傳感器。測(cè)試分為三個(gè)工況 , 第一工況是南北向平 移振動(dòng)信號(hào)測(cè)試 , 第二工況為東西向平移振動(dòng)信號(hào)測(cè)試 , 第三工 況為樓板豎向振動(dòng)信號(hào)測(cè)試。 信號(hào)數(shù)據(jù)處理由采集系統(tǒng)配套軟件 依靠計(jì)算機(jī)完成 , 動(dòng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 3.1 。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式 4, 可以算得結(jié)構(gòu)的第 1 自振頻率為 1.814Hz, 根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程經(jīng)驗(yàn)公 式 5, 可以算得結(jié)構(gòu)第 1 自振頻率范圍 1.7862.381Hz 。由測(cè)試 結(jié)果可以看出 , 實(shí)測(cè)頻率值大于經(jīng)驗(yàn)公式取值 , 即實(shí)測(cè)周期比經(jīng) 驗(yàn)周期短 , 認(rèn)為測(cè)試結(jié)果正常 , 當(dāng)前廠房

16、結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好。 由實(shí)測(cè)得 出的基本周期比經(jīng)驗(yàn)周期短的原因 , 是因?yàn)槊}動(dòng)測(cè)試時(shí)結(jié)構(gòu)處于 微小振幅下 , 而且經(jīng)驗(yàn)公式也是由大量的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總結(jié)所得 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化對(duì)周期有影響 , 加上計(jì)算采用的最大 荷載,通常都大于實(shí)際結(jié)構(gòu)重量 , 因而實(shí)測(cè)所得的基本周期會(huì)比 計(jì)算所得的短 , 通常也小于經(jīng)驗(yàn)公式所得值。 相反, 如若實(shí)測(cè)周期 較明顯大于經(jīng)驗(yàn)公式值 , 則說(shuō)明結(jié)構(gòu)很可能存在某方面的問(wèn)題。廠房結(jié)構(gòu)在機(jī)器設(shè)備時(shí)其阻尼比未明顯增大 , 說(shuō)明該結(jié)構(gòu)無(wú) 明顯的內(nèi)部質(zhì)量損傷。另外 , 設(shè)備運(yùn)行引起的樓面最大振幅為 0.032mm,其值小于ISO推薦及聯(lián)邦德國(guó)（DIN4150）的建筑振動(dòng)標(biāo) 準(zhǔn);

17、樓面振動(dòng)最大加速度為 7.71cm/s2, 其值小于日本煙中元弘歸 納的建筑物允許振動(dòng)界限值 2 。參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn) , 由測(cè)試結(jié)果認(rèn)為 樓板振動(dòng)在安全限度內(nèi)。3.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。該工程抗震設(shè)防類別為丙類 , 抗震等級(jí)為二級(jí) , 結(jié)構(gòu)安全等 級(jí)為二級(jí) , 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)可以取為 1.0, 抗震設(shè)防烈度為 7度, 設(shè)計(jì)地震分組為第一組 , 設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.10g, 場(chǎng)地類 別為 II 類。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范2,基本風(fēng)壓為0.40KN/m2,地面粗 糙度取為B類,基本雪壓0.65KN/m2。有關(guān)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值如 下:不上人屋面活載為 0.5KN/m2; 上人屋面活載為 2.0KN/m2;

18、 樓 板活荷載為3.5KN/m2;樓梯活載為3.5KN/m2;走道活載為 2.0KN/m2; 其余的具體荷載根據(jù)有關(guān)規(guī)范和具體情況取值。結(jié)構(gòu) 驗(yàn)算分析采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的PKPM程序，由于本文篇幅限制 , 計(jì)算過(guò)程及詳細(xì)結(jié)果略。計(jì)算所得底層中柱（位于?X軸）軸壓比相對(duì)較高，富余量不 多。結(jié)構(gòu)標(biāo)高28.770m處第軸線之間的現(xiàn)澆混凝土樓板的 實(shí)際配筋基本滿足設(shè)計(jì)要求 , 但樓板承載能力沒(méi)有富余。檢查原 結(jié)構(gòu)竣工圖紙表明原框架柱的實(shí)際所配鋼筋均能滿足設(shè)計(jì)要求。3.4 結(jié)構(gòu)安全性鑒定和加固處理建議。通過(guò)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢測(cè)及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析 , 可得如下結(jié)論和建議 :(1) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè) ,

19、 該房屋現(xiàn)狀良好 , 主要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件尺寸與 原設(shè)計(jì)基本相符 , 截面尺寸偏差在現(xiàn)行規(guī)范允許的范圍內(nèi) , 施工 質(zhì)量較好。(2) 根據(jù)混凝土回彈和鉆芯取樣的檢測(cè)結(jié)果 , 認(rèn)為結(jié)構(gòu)中的 混凝土材料實(shí)際強(qiáng)度基本達(dá)到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求 , 但混凝土的碳 化深度較深。(3) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試結(jié)果表明 , 廠房雖已投入使用 20 多年, 但 實(shí)測(cè)頻率值大于經(jīng)驗(yàn)公式取值 ,表明測(cè)試結(jié)果正常 , 從結(jié)構(gòu)動(dòng)力 學(xué)角度認(rèn)為結(jié)構(gòu)質(zhì)量狀況保持良好。(4) 對(duì)原結(jié)構(gòu)竣工圖紙的檢查表明 , 該廠房結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施 基本能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。(5) 建議設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn) , 以滿足沉降觀測(cè)的要求。 在以后的 使用過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)沉降的監(jiān)測(cè) ,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患 , 確保 結(jié)構(gòu)安全使用。(6) 由于混凝土的碳化深度較大 , 建議對(duì)外露的混凝土構(gòu)件 進(jìn)行粉刷 , 防止碳化深度繼續(xù)增加。4. 結(jié)論與建議(1) 隨著社會(huì)的發(fā)展 ,以人為本發(fā)展新概念的深入人心 , 人們 對(duì)房屋使用安全不斷提出更高的要求 , 更加準(zhǔn)確科學(xué)鑒定房屋的 安全狀況勢(shì)在必行 , 因此,作為房屋安全鑒定重要手段的結(jié)構(gòu)質(zhì) 量檢測(cè)也將隨著社