开展房屋结构动力检测,提高房屋安全鉴定水平

1、开展房屋结构动力检测 , 提高房屋安全鉴定水平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. 引言近几年来 , 地震、台风自然灾害与火灾、爆炸等人为因素已 对在役房屋造成了不同程度的损伤甚至破坏。其次 , 当前房屋结 构正朝着高层次、大柔度方向发展 , 因此在风载、地震荷载及周 围环境作用下可能会产生危险振动。再者 , 房屋在施工过程中 , 由于被偷工减料等原因未能达到设计要求 , 还有房屋使用过程中 的随意改造等 , 致使房屋使用安全难以得到保证。房屋安全不容 忽视 , 它是直接关系人民生命财产和安居乐业的大事 ,

6、特别是近 年来以人为本发展新概念的深入人心 , 使人们对房屋使用安全提 出了更高的要求。社会的发展 , 对房屋安全鉴定水平提出了新要 求 , 结构质量检测是房屋安全鉴定的主要手段 , 这要求我们要全 面做好房屋的质量检测工作。因此 , 作为结构质量检测重要手段 的结构动力检测技术也应运而生 , 而且表现出了很大的发展潜力 和发展空间。 本文就是从结构质量检测角度出发 , 结合工程实例 , 论述开展结构动力检测是提高房屋安全鉴定水平的重要手段和 方法。2. 结构动力检测技术2.1 概念及原理。对房屋开展动力测试 , 利用结构动力响应识别结构模态参数 由模态参数的性状判定结构质量 , 即为结构动力

7、检测。结构动力 检测的基本问题是依据结构的动力响应 , 测得结构模态参数 , 然 后识别结构当前状态。建筑物的动力特性是建筑物自身固有的特性 , 一般是指建筑 物的固有频率 （ 周期） 、振型和阻尼比等。 建筑物一旦出现损伤或 其它质量问题 , 这些参数也随之发生改变。 因此, 结构动力参数的 改变可以视为结构质量发生变化的标志。当前, 结构动力检测被普遍认为是一种很前途的检测方法 , 它是结合系统识别、振动理论、振动测试、信号采集与分析等多 学科的一门测试技术 , 它的出现能较好弥补传统的经验方法存在 的诸多缺陷和不足。特别是近年来 , 随着能够满足结构检测要求 的强大试验和分析处理工具的出

8、现 , 高效模块化、数字化的结构 动力响应量测技术已为结构动力检测的实现提供了强大的支持 , 使得结构动力检测技术已走向成熟 , 在土木工程领域的应用已日 趋广泛,不但是大学、科研机构 , 而且许多工程质量检测单位也已 逐步开始使用。结构动力检测方法优点很多 , 如该方法可以不受结构规模、 复杂性及隐蔽性的限制 , 只要在可达到的结构位置安装动力响应 传感器即可。 另外, 结构动力检测属于结构无损检测范畴 ,对一些 已建成投入使用 , 而不便采取破损检测手段的工程结构特别适用满足人们需求标准不断提高的需求。2.4 工程应用及意义。虽然结构的自振频率、 振型、阻尼比都可以通过理论计算求 得, 但

9、通过测试得到的动力特性仍然具有重要意义。如果已经有 了结构的实物或设计图纸 ,并掌握所有材料的力学性能数据 , 那 么原则上可以用有限元分析等数值计算方法求出结构的模态参 数。然而由于诸方面的原因 , 例如:非线性因素 ,材料的不均匀性 , 阻尼机理的复杂性 , 再加上构件与构件、整机与基础、基础与地 基的联结刚度难以确定等等 , 使有限元计算的准确性 （甚至于可 能性）受到限制1 。利用现场实测得到的结构动力特性是建筑物 建成后的实际动力特性 , 因此是准确可靠的 2 。建筑物建成以后完好状态下量测得到的结构动力特性数据 , 可作为基本技术档案保存。 建筑物一旦遭受地震等自然灾害或使 用了一

10、定的年限以后 , 再进行测量 , 可以从中获得宝贵的对比资 料。比如, 房屋结构破坏开裂后或结构内部有质量问题时 ,结构的 自振周期会加长 ,振型会改变等 , 从结构的自身固有特性的变化 可以识别建筑物的损伤 , 为房屋安全鉴定提供强有力的数据支 持。当然,动力特性实测作为安全鉴定的一个手段 , 还要与其他鉴 定方法一起工作 , 全面分析 , 综合评定 , 才能得到满意的结果 , 增 加判定的科学性和准确性 , 提高房屋安全鉴定技术水平。如若没有房屋建成以后完好状态下的动力特性数据 , 我 们可以根据测量大量相同类型房屋的情况 , 归纳实测经验公式 , 通过实测与经验公式 （实测或规范经验公式

11、 ）取值的对比 , 同样可 以从某个范围上较好评价房屋的安全性。 因为这方面尚缺少国家 相应标准 , 致使该检测方法的应用受到一定的限制 , 但是动力检 测还是能弥补传统检测很多方面的不足 , 在实际的工程应用中也 得到了很好的效果。3. 工程应用实例3.1 工程概况。某工厂一期主厂房共有 7 层,建于 1986年, 建筑面积约11475m2,建筑高度约38.6m,结构平面呈矩形，总长度105米，总 跨度 18 米, 纵向柱间距 7.5 米, 横向柱间距 9 米。厂房采用钢筋 混凝土框架结构 , 基础采用桩基础 , 楼屋面板均为现浇钢筋混凝 土板。因该工厂二期扩建工程的需要，需对标高28.80

12、0m第至第 轴的局部楼板结构进行改造。为了确认现有结构是否安全，现对该工厂一期主厂房结构进行房屋安全鉴定 , 并提出处理建议。3.2 检测鉴定内容及结果。（1）房屋现场查勘。经现场调查 , 并与原设计图纸核对 , 该结构主要结构布置情况基本与原施工图一致,构件尺寸偏差最大值为+20mm,-4mm除 个别截面尺寸 （梁高）偏大较多外 ,其它构件截面尺寸符合现行规 范要求。通过现场勘察 , 发现北立面沉降缝处墙面开裂严重 , 这一现象可能与沉降缝处理不当有关。房屋主体结构的沉降状况良好 , 没有发现明显的不均匀沉降、倾斜和开裂 , 所以判定该厂房地基 基础无严重静载缺陷。 结构内部也没有发现明显的

13、裂缝或较大的 挠度等影响结构安全使用的状况。该结构的施工质量总体较好 , 未发现构件露筋、蜂窝等施工质量问题。(2) 倾斜测量。在现场使用全站仪对该房屋的整体倾斜程度进行了观测 , 倾 斜率最大值为0.039%，此时侧向位移量为15mm根据国家危险房 屋鉴定标准第 4.2.3 条、4.5.4 条3, 房屋的整体倾斜率极值是 1%,并且其侧向位移量不宜大于房屋高度的1/500; 实测结果均小于规范规定框架结构整体倾斜率和侧向位移的控制值。(3) 结构材料检测 。为了评定现有混凝土强度 , 检测人员现场采用回弹法抽检了 框架梁、柱的混凝土强度 , 并用钻芯法进行修正。由于本文篇幅 限制,构件检测部

14、位及详细结果略。该结构原设计混凝土构件的 标号为 300号,回弹结果表明部分测点的混凝土强度未达到原设 计混凝土强度值 , 但这些测点的混凝土碳化深度较深。再结合钻 芯取样检测的混凝土强度 , 认为该结构的混凝土强度基本达到原 设计混凝土强度。(4) 结构构造措施。该结构为框架结构 , 抗震等级为二级 , 根据现场的调查情况 ,认为其构造措施基本能够满足现行规范的要求。(5) 结构动力检测。为了提高传统检测鉴定方法的准确程度 , 做到全面评定房屋 的安全状况 , 为此开展动力检测。采用脉动法对一期主厂房在设 备运行状态下进行动力测试 , 测试设备采用由同济大学土木工程 学院研制的SVSA振动信

15、号采集分析仪，传感器采用LC0132T内装 IC 压电加速度传感器。测试分为三个工况 , 第一工况是南北向平 移振动信号测试 , 第二工况为东西向平移振动信号测试 , 第三工 况为楼板竖向振动信号测试。 信号数据处理由采集系统配套软件 依靠计算机完成 , 动力测试结果见表 3.1 。根据建筑结构荷载规范经验公式 4, 可以算得结构的第 1 自振频率为 1.814Hz, 根据高层建筑混凝土结构技术规程经验公 式 5, 可以算得结构第 1 自振频率范围 1.7862.381Hz 。由测试 结果可以看出 , 实测频率值大于经验公式取值 , 即实测周期比经 验周期短 , 认为测试结果正常 , 当前厂房

16、结构状态良好。 由实测得 出的基本周期比经验周期短的原因 , 是因为脉动测试时结构处于 微小振幅下 , 而且经验公式也是由大量的设计计算结果总结所得 设计计算时数学模型的简化对周期有影响 , 加上计算采用的最大 荷载,通常都大于实际结构重量 , 因而实测所得的基本周期会比 计算所得的短 , 通常也小于经验公式所得值。 相反, 如若实测周期 较明显大于经验公式值 , 则说明结构很可能存在某方面的问题。厂房结构在机器设备时其阻尼比未明显增大 , 说明该结构无 明显的内部质量损伤。另外 , 设备运行引起的楼面最大振幅为 0.032mm,其值小于ISO推荐及联邦德国（DIN4150）的建筑振动标 准;

17、楼面振动最大加速度为 7.71cm/s2, 其值小于日本烟中元弘归 纳的建筑物允许振动界限值 2 。参照国外标准 , 由测试结果认为 楼板振动在安全限度内。3.3 结构验算。该工程抗震设防类别为丙类 , 抗震等级为二级 , 结构安全等 级为二级 , 结构重要性系数可以取为 1.0, 抗震设防烈度为 7度, 设计地震分组为第一组 , 设计基本地震加速度值为 0.10g, 场地类 别为 II 类。根据建筑结构荷载规范2,基本风压为0.40KN/m2,地面粗 糙度取为B类,基本雪压0.65KN/m2。有关活荷载标准值取值如 下:不上人屋面活载为 0.5KN/m2; 上人屋面活载为 2.0KN/m2;

18、 楼 板活荷载为3.5KN/m2;楼梯活载为3.5KN/m2;走道活载为 2.0KN/m2; 其余的具体荷载根据有关规范和具体情况取值。结构 验算分析采用中国建筑科学研究院开发的PKPM程序，由于本文篇幅限制 , 计算过程及详细结果略。计算所得底层中柱（位于?X轴）轴压比相对较高，富余量不 多。结构标高28.770m处第轴线之间的现浇混凝土楼板的 实际配筋基本满足设计要求 , 但楼板承载能力没有富余。检查原 结构竣工图纸表明原框架柱的实际所配钢筋均能满足设计要求。3.4 结构安全性鉴定和加固处理建议。通过对房屋结构现场调查、检测及结构验算分析 , 可得如下结论和建议 :(1) 根据现场量测 ,

19、 该房屋现状良好 , 主要结构和构件尺寸与 原设计基本相符 , 截面尺寸偏差在现行规范允许的范围内 , 施工 质量较好。(2) 根据混凝土回弹和钻芯取样的检测结果 , 认为结构中的 混凝土材料实际强度基本达到原设计强度的要求 , 但混凝土的碳 化深度较深。(3) 结构动力测试结果表明 , 厂房虽已投入使用 20 多年, 但 实测频率值大于经验公式取值 ,表明测试结果正常 , 从结构动力 学角度认为结构质量状况保持良好。(4) 对原结构竣工图纸的检查表明 , 该厂房结构的构造措施 基本能够满足现行规范的要求。(5) 建议设置沉降观测点 , 以满足沉降观测的要求。 在以后的 使用过程中应注意对沉降的监测 ,以便及时发现安全隐患 , 确保 结构安全使用。(6) 由于混凝土的碳化深度较大 , 建议对外露的混凝土构件 进行粉刷 , 防止碳化深度继续增加。4. 结论与建议(1) 随着社会的发展 ,以人为本发展新概念的深入人心 , 人们 对房屋使用安全不断提出更高的要求 , 更加准确科学鉴定房屋的 安全状况势在必行 , 因此,作为房屋安全鉴定重要手段的结构质 量检测也将随着社