环境振动评价标准研究

2010-06-12蔡翔宇姚晓平

山西建筑 2010年27期

蔡翔宇姚晓平

所谓振动公害,是指交通、生产及建设等引起的地面或建(构)筑物等的振动对人类生活和工作环境、建(构)筑物安全以及精密仪器正常使用的影响等。研究振动的受体可分为人体、结构物及精密仪器三种,各国规范亦依此有不同规定。振动的强度以振级表示,振级通常以分贝(dB)为单位,分贝的定义是物理量 Q相对于参考基准物理量Q0的对数值乘以 10,即 dB=10lg Q/Q0。

1 振级的定义

其中,a0为加速度参考值,10-6m/s2;ar.m.s为振动加速度有效值,m/s2。

1)振动加速度级 VAL。振动加速度级 VAL定义为:

其中,a(t)为某时刻 t的加速度值,m/s2;T为积分时间,s。

一般人刚刚感觉到的垂直振动为10-3m/s2对应60 dB,不可忍耐的加速度是5×10-1m/s2对应114 dB。

2)振动级 VL。按ISO 2631-1-1985规定的全身振动不同频率计权因子修正后得到的振动加速度级,简称振级,记为 VL,单位为dB。振动级 VL的计算公式为:

其中,a0为基准加速度,取值与 VAL中的一致;而 a′r.m.s为修正的振动加速度有效值,m/s2,其计算式:

其中,af.r.m.s表示频率为f的振动加速度有效值;cf为振动加速度的感觉修正值[1]。

3)Z振级 VLz。按ISO 2631-1-1985规定的全身铅垂向振动的计权因子修正后得到的振动加速度级,记为 VLz,单位为dB。计算公式与式(3),式(4)完全相同,只不过公式中的 cf取垂直方向的修正值。

2 生理标准

1)ISO国际标准。新颁布的ISO 2631-2:2003建筑物内的振动(1～80Hz)[2]废除和取代了前期版本(ISO 2631-2:1989),ISO规定的建筑物内振动限值如表1所示。

2)中国标准。我国于1988年颁布执行GB 10070-88城市区域环境振动标准[4],配套标准为GB 10071-88城市区域环境振动测量方法[5]。标准按照不同区域划分规定了环境振动限值,其中对铁路干线两侧也作了规定,这主要考虑了铁路运输引起的环境振动。城市各类区域铅垂向Z振级标准值如表2所示。

表1 ISO关于建筑物内振动限值的建议

表2 城市各类区域铅垂向Z振级标准值 dB

说明:a.“特殊住宅区”是指特别需要安静的住宅区;b.“居民、文教区”是指纯居民和文教、机关区;c.“混合区”是指一般商业与居民混合区;工业、商业、少量交通与居民混合区;d.“商业中心区”是指商业集中的繁华地区;e.“工业集中区”是指在一个城市或区域内规划明确确定的工业区;f.“交通干线道路两侧”是指车流量每小时100辆以上的道路两侧;g.“铁路干线两侧”是指距每日车流量不少于20列的铁道外轨30 m外两侧的住宅区;h.本标准适用的地带范围,由地方人民政府划定。

3 结构标准

目前一些国家采用PPV作为建筑物安全的振动控制指标[3]。德国1996年颁布的DIN4150规范的第Ⅲ部分规定了防止建筑物振动破坏的峰值振动速度限值。该标准根据建筑物对振动的灵敏性将其分为三类,并对每类建筑物给出了PPV上限对于建筑物振动频率的函数曲线。当进行振动评定时,所考虑的建筑物振动速度在其基础处测得,并选用三个速度分量中的最大值进行评价;所考虑的建筑物振动频率一般是指结构的卓越频率。

4 精密仪器标准

振动对于激光、电子显微镜、电子天平的操作,外科手术器具、半导体集成电路的制作等有很大的影响。为了保证这些精密仪器的正常工作,美国和日本等有关文献提出了建筑物或仪器台座的微振动限值要求[6],即对精密仪器的环境振动控制容许标准在位移振幅小于1 μ m、加速度小于1 gal的量级范围内。

5 各国标准比较与分析

1)限值比较。各国的生理限值标准大体相同,但也存在着一定的差距,如表3所示。

表3 国际振动标准部分数据比较

从表3中可以看出,我国的环境振动限值标准较其他国家偏严。限值严格虽然能够保证环境的舒适性,但同时对环境治理要求过于严格,可能会造成技术和经济上的困难。对于环境振动标准应综合考虑经济、技术、居民舒适性等问题,争取做到限值最优。

2)对振动随机特性的考虑。环境振动评价标准ISO 2631最初是以短时间的简谐荷载试验为制定依据的,虽然其后经过多次修订,但对于随机振动特性的研究仍存在着很大的欠缺。而我国的GB 10070-88是在ISO 2631的基础上制定出来的,显然,它同样存在对于振动随机问题考虑不周的问题。因此,对于我国的环境振动评价标准,只用一个单值来界定振动是否超标,很难体现随机特性,对于环境振动标准如何体现振动随机特性仍需作深入研究。