曾賓

（廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司　廣東　廣州　510440）

某建筑結(jié)構(gòu)動力測試與抗震性能分析

曾賓

（廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司廣東廣州510440）

本文以某建筑進(jìn)行動力測試為例，采用脈動法獲取其固有頻率、振型及阻尼，運(yùn)用PKPM軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析及抗震計(jì)算，通過對比結(jié)構(gòu)的固有特性，分析評定結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性。

動力測試；固有頻率；可靠性

1　引言

隨著建筑的使用時間增長，在所處的自然環(huán)境中，不可避免遭受到環(huán)境侵蝕、材料老化、復(fù)雜荷載的長期效應(yīng)與疲勞效應(yīng)等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗力衰減，極端情況下可能會引發(fā)災(zāi)難性事件。因此，為了保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，對長期在役的結(jié)構(gòu)對其健康狀況進(jìn)行正確的評估，掌握結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，具有非常重要的意義。

結(jié)構(gòu)動力測試由于其自身的優(yōu)勢越來越多的應(yīng)用到實(shí)際工程中，此方法不受結(jié)構(gòu)規(guī)模與隱蔽的限制，目前測試主要采用脈動測試的方式，對建筑物沒有損傷，同時不影響建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的正常工作[1]。本文以某新區(qū)以建筑為例，對其進(jìn)行動力測試，建立結(jié)構(gòu)的PKPM模型，對比其固有特性，評定結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2　工程概況

該建筑采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，Ⅵ度抗震設(shè)防，共五層，建筑高度為19.0m，基本風(fēng)壓為0.4kN/m2，采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。因該建筑需改造升級，為確定此建筑是否能繼續(xù)安全使用，對其進(jìn)行安全評估及抗震檢測。

3　動力測試

結(jié)構(gòu)的動力特性包括自振頻率、阻尼比及陣型，是結(jié)構(gòu)在地震中響應(yīng)的決定因素，也是進(jìn)行抗震驗(yàn)算及設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)[1]，同時反映結(jié)構(gòu)的剛度分布情況，與理論計(jì)算相比能方便了解結(jié)構(gòu)的損傷情況，因此動力測試主要檢測建筑結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比及陣型。

3.1測點(diǎn)布置

根據(jù)建筑平面布置情況以及踏勘現(xiàn)場情況，擬在建筑物每層結(jié)構(gòu)的質(zhì)心部位，每一測點(diǎn)同時放置一對傳感器，分別測試X向和Y向的水平振動。傳感器布置在質(zhì)心附近，方向分別為南北和東西向。測點(diǎn)的樓層包括2層、3層、4層、5層及天面層，數(shù)據(jù)采用時間至少20min，若數(shù)據(jù)采用過程中出現(xiàn)較大波動，就應(yīng)取消采集[2～4]。測點(diǎn)布置部位在建筑中部。

3.2振動測試數(shù)據(jù)分析

提取該建筑結(jié)構(gòu)共兩個測點(diǎn)Y向及X向的振動加速度最大幅值見表1，結(jié)果表明加速度幅值隨著樓層的增加而增大。

表1　加速度幅值

通過對現(xiàn)場實(shí)測振動曲線分析，可得到該結(jié)構(gòu)X向一階自振頻率為3.516Hz（周期為0.284s），阻尼比為0.088；Y向一階自振頻率為2.441Hz（周期為0.410s），阻尼比為0.093。該結(jié)構(gòu)Y向及X向振動頻率功率譜曲線如圖1及圖2所示。

圖2　Y向功率譜曲線

4　有限元及抗震性能分析

該工程根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測及設(shè)計(jì)圖紙，采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的多高層建筑結(jié)構(gòu)分析程序PKPM系列軟件建模，對其進(jìn)行模態(tài)分析，可知該建筑結(jié)構(gòu)理論計(jì)算周期見表2，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄F.2.2[5]，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的理論周期檢表2。

表2　周期對比

表2中結(jié)果表明，基本周期實(shí)測值Y向比經(jīng)驗(yàn)值稍大，X向偏小，但PKPM軟件計(jì)算值偏大較多，說明該建筑主體結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度未明顯退化。而造成PKPM軟件計(jì)算值偏大較多的主要原因是軟件計(jì)算時不能準(zhǔn)確計(jì)算該樓大量填充墻對結(jié)構(gòu)的剛度的加強(qiáng)作用。

通過計(jì)算分析，該建筑底層抗震柱最大軸壓比為0.87，滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]的要求，同時X、Y向最大層間位移角分別為1/6889、1/877均小于規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角1/550的限值，滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

5　結(jié)語

本文通過對某建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力測試、理論計(jì)算及軟件模擬結(jié)果表明：①通過對建筑結(jié)構(gòu)的動力分析，能為結(jié)構(gòu)的抗震性能評估提供可靠的動力參數(shù)，通過其參數(shù)分析結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性；②建筑結(jié)構(gòu)由于填充墻的加入，使得實(shí)測值與軟件計(jì)算值相比小的多，軟件計(jì)算時不能準(zhǔn)確計(jì)算該樓大量填充墻對結(jié)構(gòu)的剛度的加強(qiáng)作用。

[1]陸偉東，藍(lán)宗建，等.某高層建筑結(jié)構(gòu)動力測試與抗震性能分析[J].世界地震工程，2013，26（3）：169～174.

[2]李正農(nóng)，劉福義，李秋勝，等.高層建筑動力反應(yīng)實(shí)測中測點(diǎn)的優(yōu)化布置方法的研究[J].地震工程與工程振動，2003，25（5）：149～156.

[3]李杰.高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量動力評定研究[J].地震工程與工程振動，2001，21（4）：125～132.

[4]李星新，賀國京，黃智慧，等.建筑結(jié)構(gòu)振動安全性研究[J].世界地震工程，2007，23（4）：234～238.

[5]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）[S].

[6]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[S].

TU973+.31

A

1673-0038（2015）28-0144-02

2015-5-26

曾賓（1986-），男，漢族，碩士研究生，從事建筑工程檢測與鑒定研究工作。