某建筑结构动力测试与抗震性能分析
2015-10-31曾宾
曾宾
（广州建设工程质量安全检测中心有限公司 广东 广州 510440）
某建筑结构动力测试与抗震性能分析
曾宾
（广州建设工程质量安全检测中心有限公司广东广州510440）
本文以某建筑进行动力测试为例，采用脉动法获取其固有频率、振型及阻尼，运用PKPM软件对结构进行模态分析及抗震计算，通过对比结构的固有特性，分析评定结构的安全性及可靠性。
动力测试；固有频率；可靠性
1 引言
随着建筑的使用时间增长，在所处的自然环境中，不可避免遭受到环境侵蚀、材料老化、复杂荷载的长期效应与疲劳效应等，导致结构抗力衰减，极端情况下可能会引发灾难性事件。因此，为了保障建筑结构的安全性、适用性和耐久性，对长期在役的结构对其健康状况进行正确的评估，掌握结构的工作状态，具有非常重要的意义。
结构动力测试由于其自身的优势越来越多的应用到实际工程中，此方法不受结构规模与隐蔽的限制，目前测试主要采用脉动测试的方式，对建筑物没有损伤，同时不影响建筑结构内部的正常工作[1]。本文以某新区以建筑为例，对其进行动力测试，建立结构的PKPM模型，对比其固有特性，评定结构的抗震性能。
2 工程概况
该建筑采用钢筋混凝土框架结构，Ⅵ度抗震设防，共五层，建筑高度为19.0m，基本风压为0.4kN/m2，采用钢筋混凝土桩基础。因该建筑需改造升级，为确定此建筑是否能继续安全使用，对其进行安全评估及抗震检测。
3 动力测试
结构的动力特性包括自振频率、阻尼比及阵型，是结构在地震中响应的决定因素，也是进行抗震验算及设计的重要指标[1]，同时反映结构的刚度分布情况，与理论计算相比能方便了解结构的损伤情况，因此动力测试主要检测建筑结构的自振频率、阻尼比及阵型。
3.1测点布置
根据建筑平面布置情况以及踏勘现场情况，拟在建筑物每层结构的质心部位，每一测点同时放置一对传感器，分别测试X向和Y向的水平振动。传感器布置在质心附近，方向分别为南北和东西向。测点的楼层包括2层、3层、4层、5层及天面层，数据采用时间至少20min，若数据采用过程中出现较大波动，就应取消采集[2～4]。测点布置部位在建筑中部。
3.2振动测试数据分析
提取该建筑结构共两个测点Y向及X向的振动加速度最大幅值见表1，结果表明加速度幅值随着楼层的增加而增大。
表1 加速度幅值
通过对现场实测振动曲线分析，可得到该结构X向一阶自振频率为3.516Hz（周期为0.284s），阻尼比为0.088；Y向一阶自振频率为2.441Hz（周期为0.410s），阻尼比为0.093。该结构Y向及X向振动频率功率谱曲线如图1及图2所示。
图2 Y向功率谱曲线
4 有限元及抗震性能分析
该工程根据现场实测及设计图纸，采用中国建筑科学研究院开发的多高层建筑结构分析程序PKPM系列软件建模，对其进行模态分析，可知该建筑结构理论计算周期见表2，根据《建筑结构荷载规范》附录F.2.2[5]，钢筋混凝土框架结构的理论周期检表2。
表2 周期对比
表2中结果表明，基本周期实测值Y向比经验值稍大，X向偏小，但PKPM软件计算值偏大较多，说明该建筑主体结构实际刚度未明显退化。而造成PKPM软件计算值偏大较多的主要原因是软件计算时不能准确计算该楼大量填充墙对结构的刚度的加强作用。
通过计算分析，该建筑底层抗震柱最大轴压比为0.87，满足《建筑抗震设计规范》[6]的要求，同时X、Y向最大层间位移角分别为1/6889、1/877均小于规范规定的弹性层间位移角1/550的限值，满足《建筑抗震设计规范》的要求。
5 结语
本文通过对某建筑结构进行动力测试、理论计算及软件模拟结果表明：①通过对建筑结构的动力分析，能为结构的抗震性能评估提供可靠的动力参数，通过其参数分析结构的安全性及可靠性；②建筑结构由于填充墙的加入，使得实测值与软件计算值相比小的多，软件计算时不能准确计算该楼大量填充墙对结构的刚度的加强作用。
[1]陆伟东，蓝宗建，等.某高层建筑结构动力测试与抗震性能分析[J].世界地震工程，2013，26（3）：169～174.
[2]李正农，刘福义，李秋胜，等.高层建筑动力反应实测中测点的优化布置方法的研究[J].地震工程与工程振动，2003，25（5）：149～156.
[3]李杰.高层建筑结构质量动力评定研究[J].地震工程与工程振动，2001，21（4）：125～132.
[4]李星新，贺国京，黄智慧，等.建筑结构振动安全性研究[J].世界地震工程，2007，23（4）：234～238.
[5]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）[S].
[6]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[S].
TU973+.31
A
1673-0038（2015）28-0144-02
2015-5-26
曾宾（1986-），男，汉族，硕士研究生，从事建筑工程检测与鉴定研究工作。
