高层楼房震动测试报告

目录

第1章测试的目的 (1)

第 2 章高层建筑结构现场动力特性测试方法 (3)

2.1概述 (3)

2.2 影响高层建筑动力测试的环境因素 (3)

2.3高层建筑结构脉动测试测点分类 (3)

2.3.1水平振动测点 (3)

2.3.2扭转振动测点 (4)

2.4测点及测站布置原则 (4)

2.4.1找好中心位置布置平移振动测点。 (4)

2.4.2在建筑物的两侧布置扭转测点 (4)

2.5 传感器布置的方法 (5)

第3章西安建筑科技大学XX大楼现场动力测试 (6)

3.1 结构概况 (6)

3.2 测试目的 (6)

3.4 测试仪器设备 (6)

3.5 测试方案 (6)

3.6 脉动过程记录 (7)

3.7结果分析 (9)

3.8 结论 (11)

参考文献 (12)

第1章测试的目的

高层建筑结构的动力特性指它的自振频率、振型及阻尼比.虽然这些动力特性可以通过理论计算求得，但通过测试所得的动力特性仍然具有重要意义。主要表现在以下几个方面:

①.检验理论计算

理论计算方法求结构的自振频率时存在误差。于在理论计算过程中，要先确定计算简图和结构刚度，而实际结构往往是比较复杂的，计算简图都要经过简化，常填充墙等非结构构件并不记入结构刚度，而且结构的质量分布、材料实际性能、施工质量等都不能很准确的计算。因此，计算周期与实测周期相比，往往相差很多，据统计，大约前者为后者的1.5--3倍。这样，如果直接采用理论计算的自振周期计算等效地震荷载，往往使内力及位移偏小，设计的结构不够安全。因此，理论周期要用修正系数加以修正。现场实测可以得到建筑物建成后实际的动力特性，因此是准确可靠的。所得数据可以与理论计算数据进行对照比较，验证理论计算，也可为设计类似的对于超高层建筑提供经验及依据。

②．验证经验公式

通过实测手段对各种不同类型的建筑物进行测试以后，可归纳总结出结构周期的规律，得到计算结构振动周期的经验公式。在估算结构动力特性及估算地震作用时采用经验公式可快速得到结果，方便实用。由于实测周期大都采用脉动试验的方法得到，是反映结构在微小变形下的动力特性，得的周期都比较短，如果激振力加大，结构周期会加长。在地震作用下，随着地震烈度不同，房屋会有不同程度的开裂破坏，刚度降低，自振周期会变长。因此，完全按照脉动测试的周期来确定同类型结构的周期，将使计算等效地震力加大，设计偏于保守。所以由脉动方法得到的实测周期需要乘以修正系数，再计算等效地震力。在大量测试工作和积累了丰富资料的基础上，这个修正系数的大小视结构类型、填充墙的多少而定，大约在1.1-1.5之间。在给出经验公式时，计入这一修正系数，这样既可以简化计算，又与实际周期较为接近。

③.为结构安全性评估及损伤识别提供依据

建筑结构的质量问题不容忽视，它是直接关系着千家万户的生命财产安全和安居乐业的大事，建筑结构的质量状态评估日益受到人们的重视。传统的经验性的评估方法存在许多缺陷和不足，静力检测结构的缺陷也有许多局限性。动力检测应用于整体结构的质量评估受到国内外学者的广泛关注。近10年来，国内外学者一直在寻找一种能适用于复杂结构整体质量评估的方法。目前，到

普遍认同的一种最有前途的方法就是结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的振动模态分析法。高层建筑建成以后完好状态下量测得到的动力特性数据，可以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，结构损伤开裂后，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来识别结构的损伤，从而进行安全性评估，并采取相应的科学决策。当然，动力特性测试作为安全评估的一个手段，还要与其他评估工作一起进行全面分析，综合评定得到满意的结果。

④.为改进设计提供依据

地震中，建筑物由于扭转振动导致损坏的例子并不少见，而由于鞭梢效应引起的损坏也很多。由实测数据得到的建筑物的固有频率，特别是各阶模态的振型，对于分析结构的扭转效应和鞭梢效应、积累经验、改进设计是很有帮助的。

⑤.寻求减小结构振动的途径

结构动力特性实测还可以为解决各类振动问题寻找答案，达到减震、消振和隔振的目的。如从振动频率入手，避开共振频率，减小振动幅值

第 2 章高层建筑结构现场动力特性测试方法

2.1概述

高层建筑结构的动力特性测试 ,目前主要采用脉动测试的方法。建筑物的脉动是一种微小的振动 ,脉动源来自地壳运动引起的微小振动 ,地面车辆运动、机器运转所引起的微小振动 ,以及风振引起的建筑物的微小振动等。该方法利用高灵敏度的传感器、放大器及记录设备 ,借助于随机信号数据处理的技术 ,量测环境激励结构物的响应 ,分析确定结构物的动力特性。它可以不利用任何激振设备 ,对建筑物没有损伤 ,也不影响建筑物内部正常工作 ,是一种有效而简便的方法。

2.2 影响高层建筑动力测试的环境因素

高层建筑周围的环境对脉动测试结果有着重要的影响，高层建筑大多建于闹市区，周围车水马龙，环境噪声大，这对脉动测试的干扰很大，影响了数据的精确性。因此，如何选取合适的时机，采用性而有效的方法减少噪声的影响值得研究。另外，内部激励尤其是近传感器的激励，会对测试产生很很大影响。因此，在进行现场实测时，应该采取有效措施，减少环境噪声和局部环境振动的影响。

2.3高层建筑结构脉动测试测点分类

测点的布置应考虑测站、传感器、布线、人员调度以及现场条件等因素。已经完成的高层建筑结构现场动力特性测试表明，测点归纳为以下几种:

2.3.1水平振动测点

水平振动测点用于测试楼层的水平振动。高层建筑从它振动状态来分析一般可以分为水平方向的振动，扭转振动和垂直振动。为了区分于扭转振动，习惯上把水平方向的振动称为结构的平移振动。这种振动一般可分为横向振动与纵向振动两种。现时结构的平面形式很多是方行或圆形的，在描述结构振动时也常常描述为X方向振动，Y方向振动。当然，平移振动除了横向、纵向(X.Y方

向)振动外，还有任意方向的振动，但是主要关心的是这两个方向的振动。

2.3.2扭转振动测点

扭转振动测点用于测试楼层的扭转振动。地震破坏的实践表明，建筑物由于扭转振动导致损坏的例子并不少见，因此尽量减少结构的扭转效应是设计师们应该注意的。但是由于有的建筑物太长，有的建筑物质量偏心太大，有的建筑物属于不对称结构，刚度中心偏离质量中心较大，还有的建筑，尽管设计时已经考虑到减小扭转效应的影响，但由于施工、使用等种种原因的影响，或多或少的会出现扭转振动。振动信号有的数倍于平移振动信号，因此扭转振动信号的测试是很重要的。

2.4测点及测站布置原则

一栋高层建筑，从什么部位来捡拾它的振动信号才能得到预期的效果，这是一个十分重要的问题。振动信号的拾取要靠传感器的布点来实现，因此传感器布置在什么部位，就是一个关键的工作。在进行测试时，测站位置的布置，也很重要，因为这关系到导线的放取，合理的布置将大大节省花费在导线放取上的时间和体力。在此提出以下几点测点和测站布置中的原则:

2.4.1找好中心位置布置平移振动测点。

在布置平移振动测点的时候，传感器一般安放在建筑物的刚度中心，其目的是为了让传感器接收到的信号仅仅是平移振动信号，扭转振动信号不要进来，这样在做数据分析处理时便于识别平移振动信号。当受到现场试验条件的限制，不可能在建筑物的刚度中心安放传感器时，要尽可能地靠近刚度中心，使扭转振动信号尽可能的小，突出平移振动信号。在现场试验时，刚度中心不易确定，平面位置的几何中心容易找到，传感器可放至几何中心。

2.4.2在建筑物的两侧布置扭转测点

建筑物的扭转振动是整个建筑物绕着结构的扭转中心在转动，因此它越远离扭转中心，振动也就越大。显然，该类型的测点布置于远离扭转中心的位置。对于比较规则的结构，楼层扭转测点通常布置于远离几何中心的两侧对称布置，而且在位置较高的一两个楼层布置扭转测点。但是对于体型复杂的结构，受扭转效应影响比较大，也很难确定扭转中心位置，为测得扭转频率及振型，常常

在不同楼层的不同位置适当多布置几个测点。甚至有时在布置测点的所有层都布置扭转测点。

2.5 传感器布置的方法

测试时按传感器布置方向有“单轴法”和“双轴法”之分。“单轴法”，即楼层的测点各布置一个传感器，其方向为水平振动的一个主轴方向。待此方向测试完毕后，传感器转至另一主轴方向再进行测试。该方法适用于区域内测点较少的情况。“双轴法”则在同一测点布置两个传感器，同时沿水平和纵向进行测试。该方法适于结构特性复杂、区域内测点较多的情况。

第3章西安建筑科技大学XX大楼现场动力测试

3.1 结构概况

3.2 测试目的

对西安建筑科技大学工科楼的原型结构进行脉动测试，获得原型结构的自振频率、阻尼和振型等动力特性，为类似工程提供参考。

结构现场测试期望得到以下结果：

1 结构自振频率

2 结构阻尼比

3 结构振型

3.4 测试仪器设备

此次测试所采用的仪器设备有：

1. 北京东方振动与噪声技术研究所生产的INV智能信号采集处理分析仪；

2. 中国地震局工程力学研究所生产的891型16线功率放大器；

3. 中国地震局工程力学研究所生产的891-2型拾振器；

4.联想便携式计算机；

5. 低噪声导线。

3.5 测试方案

采用脉动测试的方法对工科楼原型结构进行振动测试：将测站布置在中间楼层，按“单轴法”在结构的每个楼层布置水平振动测试传感器，测试结构的环境随机振动，测站及测点的具体布置如图3.1。对“东—西”方向进行测试，分别测试结构的位移和速度，运用DASP2000专业模态分析软件对测试结果进行分析，可得到的结构的动力特性。

测站

4层

5层

6层

7层

8层

9层

层

层

层

层

层

层

层

层

层

层

图3-1 测站及测点布置图

3.6 脉动过程记录

通过脉动测试，可得到XX 大楼各楼层同步测试的振动波形（图3-2）。

图3-2（a）楼层自振波形图1

图5

图3-2（b）楼层自振波形图2 各楼层脉动测试统计结果见表3-1。

表3-1XX大楼各层脉动记录

3.7结果分析

经过函数传递后，通过结构模态分析可得到结构的频率、阻尼、振型，由于一阶与二阶模态对结构产生主要影响，因此，此处选取了一阶与二阶模态进行分析。表3-2为结构的一阶和二阶振动的频率和阻尼比。图3-6为经模态拟合后，结构的模态分析阶数，结构的一阶与二阶振型，如图3-7，3-8所示。

表3-2 结构的模态频率和阻尼比

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）和《高层建筑混凝土结构技术规范》（JGJ3-2002）规定，钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比应取0.05，所测结果和规范相符。

图3-6模态分析阶数

图3-7 XX楼1阶振型

图3-8 XX楼2阶振型

3.8 结论

本文对XX大楼进行了动力测试及分析，其结论如下：

①．对结构的位移振动测试分析可知，随着测点所在层数的增加,楼层的振动均相应增大，这与模态分析中结构的一阶模态占主要成分是一致的；

②．对结构的速度振动分析可知，结构的一阶自振频率为0.876，对应的阻尼比为0.053%，与《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中规定的钢筋混凝土高层建筑结构的阻尼比接近；

③．本文测试所得的结果可以为改进经验公式、改进高层建筑结构设计、结构安全性评估及损伤识别提供依据。

参考文献

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