施工振动对建筑物影响技术标准条文说明 河北.docx

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施工振动对建筑物影响技术标准条文说明河北

河北省工程建设标准

施工振动对建筑物影响技术标准

DB13（J）/Txxx-2019

条文说明

制定说明

《施工振动对建筑物影响技术标准》DB13（J）/Txxx-2019，经河北省住房和城乡建设厅2019年xx月xx日以第x号公告批准、发布。

为便于有关人员在使用本规程时能够正确理解条文规定，《施工振动对建筑物影响技术标准》编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明，对一些条文规定的目的、依据以及在执行中需要注意的有关事项等进行了说明。

但是，本说明不具备与规程正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规程规定的参考。

目次

1总则40

3基本规定42

3.1一般规定45

3.2测量数量、位置及参数45

5传感器的位置和安装45

6数据的收集、处理和分析47

7数据评价47

1总则

1.0.1随着我国国民经济的发展，各种工业和民用建筑工程和市政工程建设量均有大幅增长，在施工过程中，尤其是在地基基础施工过程中，不可避免地会遇到打桩、强夯、振动压实等施工工艺，产生场地振动。

为了确保建筑物在振动施工过程中的安全使用，特制定本标准。

1.0.2有关爆破振动和古建筑保护可按照有关规定执行。

1.0.3本条规定了评价施工振动对建筑物影响时应遵循的基本原则。

1.0.4本条规定了评价施工振动对建筑物影响，除执行本技术标准外，还应遵循国家现行有关规范、标准的规定。

如《建筑抗震设计规范》GB50011，《机械振动与冲击建筑物的振动振动测量及其对建筑物影响的评价指南》GB/T14124，《古建筑防工业振动技术规范》GB/T50452，《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》GB／T50355，《铁路环境振动测量》TBT3152等。

3基本规定

3.1一般规定

3.1.2施工振动与建筑物破损之间的相关性涉及如下几个主要方面：

1振动历时及其幅频特性；

2振源与受振建筑物间地基中波的传播特性；

3建筑物的基础条件；

4建筑物特性及其状态。

施工振动影响或效应通常是通过施工活动所产生的振动波对邻近建（构）筑物的作用来实现的，对此进行定量研究将是相当复杂的。

这种振动波的产生及其在地基中的传播本身就是一个尚未弄清楚的问题。

而对建（构）筑物来说，这种振动波仅是外部条件，受振时的结构力学特性是其内部条件，与结构类型、建筑材料的实际特性等因素又密切相关。

工程实践还表明，对于同一结构类型的建筑物，评估其当前的静力状态是很有必要的。

这是因为，如果某建筑物在受振前的静应力作用下已接近临界稳定状态，则较小的振动也会有可能使它产生相当严重的破坏。

3.1.4建筑结构动力监测具体做法可参照《结构健康监测系统设计标准》CECS333执行。

3.1.10施工振动对邻近建筑物所产生的危害可以分成如下三种主要形式：

1直接引起建筑物破损：

这是指建筑结构在受振前完好且无异常应力变化，其破损单纯是由强烈振动的作用所引起的。

2加速建筑物破损：

对大多数建在软弱地基上的建筑结构，在使用期内会或多或少地因某种原因（如差异沉降、温度变化）受过损伤，而振动引起的附加动应力加速了这种损伤的发展。

3间接地引起建筑物破损：

对完好且无异常应力变化的建筑结构，其破损是由于振动导致较大的地基位移或失稳（如饱和土软化或液化、边坡坍塌）所造成的。

在以上三种施工振动对建筑结构的影响方式中，一般是以第2种最为常见。

除此之外，有时施工振动虽然不会造成建筑结构破损，但它可能已超出了人的正常承受范围或仪器设备的正常工作条件，这在实际工程中也是应该避免的。

3.1.11从理论上讲，如果能将施工引起的地基振动或振动波作用表达成结构在与岩土交界面上所受的力-时间函数，则根据结构的运动方程就可以求出建筑结构的动力响应（位移、速度或加速度）。

然而，正是由于这种力-时间函数的确定极其困难，用这种方法来研究结构的施工振动效应难以得到实际应用。

另一种计算方法是，对原处于静止状态的建筑结构，将基础或地基的实测施工振动信号作为它的初始条件，然后根据运动方程来求解该结构的动力响应。

这种方法类似于计算结构的地震响应，显然比第一种方法更具有可行性。

在受振建筑结构的计算模型选取方面，当其基础的整体刚度很大或其平面尺寸比施工振动波的波长小得多时（如水塔），结构基础和各楼层平面上质点间的相对运动可以不加考虑，各楼层的力学模型可以简化为集中质量、弹簧和阻尼器（图1a），结构的附加内力主要是由基础运动加速度引起的。

然而，当结构基础的整体刚度较小或其平面尺寸与施工振动波的波长相当时（如多跨框架），在施工振动波的作用下，基础在不同位置处的运动将各不相同，同一楼层上质点间的相对运动往往不能忽略，结构振动计算必须采用较为复杂的平面或空间模型（图1b）。

在这种情况下，即使由施工振动波引起的惯性力很小，结构的附加内力也可能显著得使结构产生破坏。

图1施工振动效应的分析模型

3.2测量数量、位置及参数

3.2.1对振动输入和响应两者的固有特性的描述可以通过各种传感器的测量来完成。

这些传感器可以检测一个质点的位移、速度或加速度的时间历程。

实际上测得的只是某一种动态的量，如速度或加速度。

利用检测系统，每一种量都能通过积分或微分转换为其他的量，对传感器和整个仪器系统的振幅—相位响应，在较低频段进行积分时，要注意其结果有否失真。

传感器应满足数据的收集、处理和表示的要求。

根据经验，一般建筑桩基施工引起的振动参数范围见下表。

表1强夯施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值

频率范围

Hz

振幅范围

μm

质点速度范围

mm/s

质点加速度范围

mm/s2

1~300

10~100

0.2~50

0.02~2.0

3.2.3确定建筑物振动的固有特性需要一定数量的测试部位，而这些部位取决于建筑物的大小和复杂程度。

如果是监测强迫振动，较好的位置是在基础上，典型测点是设置在底层平面主要承重外墙的底部。

由于交通运输、打桩和爆破，特别是在远距离激振所引起的振动测量表明，振动在建筑物内可能会放大，并与建筑物的高度成正比，因此有必要在建筑物内几个测点上进行同步测量。

在基础和室外地面上的同步测试可用来建立传递函数。

高于四层（≥12m）的建筑物，应每隔四层和在顶层设置测点。

长度大于10m的建筑物，应沿水平方向每隔10m设置测点。

分析型式的选择、测点位置的确定取决于所考虑的模态。

大多数情况下，由于经济上的原因，局限于确定整体结构的基本模态和最大响应的测量，并对一些构件，如楼板、墙和窗等进行观测。

在建筑物内，传感器的布置取决于所关注的响应。

如在6.1条中所述，来自地面传播的振源并输入建筑物的振动，最好通过基础上或其附近的测量值来评定。

作为整体来看，结构猛烈振动或建筑物剪切变形的确定，要求直接在具有结构刚度的承重构件上测量，这通常是指互为直角的三分量的测量，但也不排除其他的布置方法。

有时，所关注的楼板或墙在跨中位置的振幅最大，虽然有时振动得很强烈，但通常与结构的整体性无关。

在建筑物内，与振源有关的研究通常包括试算探索阶段。

在进行与设备有关的测量中，如监测对振动敏感的计算机、继电器和其他装置时，测量应反映输入的振动。

测点应设置在基础上或设备的构架上。

在进行与地面传播的振动有关的测量中，如研究地面振源，通常把振源和传感器之间的连线方向，作为传感器径向的定位方向，当研究结构对地面振动的响应时，根据结构的主轴和副轴定位较为实际。

在地面上或地面下进行振动测量可能受到具有一定深度的表面波振动幅度的影响，这样，建筑物基础可能处于一种与地面上所观测到的不同的运动，这取决于波长、基础深度和地质构造等条件。

关于风所引起的振动，垂直分量常被略去。

测量仪器应按转动和平移模态布置。

3.2.4确定施工振动对建筑物的影响，测量点一般情况下不应少于3个，最远的测点的测距应大于建筑物至振源的距离，主要是为了保证测量结果的准确性，同时利用3个测点的测量结果，可拟合振动参数与测距的关系曲线，进一步确定对建筑物产生影响的范围。

每个测点应测量两个水平方向和1个竖直方向的振动参数。

5传感器的位置和安装

5.0.1在布置平移振动测点时候，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。

当受现场试验条件的限制，不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地小，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，传感器可布置至几何中心。

5.0.2应避免采用托架，最好将三个单轴向的传感器用螺栓或者高分子树脂牢固地安装在一个固定的金属立方体的三个面上。

或用膨胀螺栓将传感器的底座固定在建筑物的构件上，在轻质混凝土构件上应该选用石膏接合。

在特殊的环境下，可以用胶粘结或者磁座吸附传感器。

在具有柔性覆盖层的楼面上测量结果会失真，应该避免采用。

如果必须采用这种方法，则需要对传感器安装件进行不同质量和连接条件的对比测试，以此来评价柔性覆盖层的影响。

每一个测点的传感器都要按照测试的方向摆放一致，可以在建筑物内寻找一个参照物，统一方向，如果摆放不一致，传感器感应的振动分量就会有差异，影响分析结果。

量测记录时，传感器不能随意翻看及移动，所以传感器要放在不易被人发现的地方，或者需要专人看守。

传感器附近不能有强磁场的干扰，免得影响传感器的正常工作。

传感器附近不能有强烈的振动。

因为建筑物内有人工作，特别是还没有全部完工的建筑物，局部施工的强烈振动会使记录量程超值，影响记录数据的分析处理。

5.0.3如果土壤的条件允许的话，可以将传感器固定在一根穿透地表松散层的刚性钢棒上（直径不小于10mm）。

钢棒伸出地表面不超过几个毫米。

必须注意确保钢棒与土的紧密接触。

在预计加速度大于2m/s²的情况下，需要与地面稳固安装，以防滑移。

传感器必须安装在地面以下时，为了把结合的失真减小到最小，埋入深度至少为传感器的（包括安装装置）主要尺寸的三倍。

也可以选择将它们固定在质量比（

，其中

为土壤密度，m为传感器和平板的质量，r是平板的等效半径）不大于2的具有刚性表面的平板上，例如可以是一块砌筑的平稳的铺路板，对大多数的土壤而言，

的范围是从1500kg/m³到2600kg/m³。

6数据的收集、处理和分析

6.0.2记录时间与建筑物自身的振动频率及阻尼比的大小有关。

为了得到足够的频率分辨率以满足分辨带宽的要求，及为了提高统计精度用很多次的平均处理来得到一个平稳的谱，需要较长的记录时间。

另外，由于试验现场种种的干扰及影响，记录信号不可能自始至终都很好，记录时间长些，可以找出信号好的段落进行分析处理，以得到满意的结果。

6.0.4当真正响应信号的电平较低时，振动信号可能被噪声歪曲，甚至淹没在噪声中。

因此要求高灵敏度，高质量的传感器，并且尽可能在自然环境激励（例如风）较小时进行测试。

例如，当列车经过所引起的振动被记录下来后，没有列车经过时的信号也应该用同样的方法进行记录和处理，然后将两者的结果进行比较，这个比率就是信噪比S/N。

当信噪比S/N>10dB时，获得的数据可以不做修正。

当信噪比6dB≤S/N≤10dB时，获得的数据就应该进行修正，并在试验报告中加以说明。

当信噪比S/N<6dB时，获得的数据只可作为参考。

6.0.5现场试验影响的因素很多，要尽量避开突发的大信号，使信号尽可能平稳地记录。

传感器要尽量放在主体结构部位，免得局部振动的干扰。

局部振动频率相对于主体结构来说比较高，在测试以前，先估计好建筑物的基频，以及需要测量的多少阶频率数值，高频成分可以在仪器上先行滤波去除，不让它正式进人记录中去。

7数据评价

7.0.2在控制建筑施工振动的影响时，人们首先应该知道保护对象（包括建筑物、室内人员和仪器设备）的允许振动值。

虽然国内外目前已陆续颁布实施了一些技术标准或法规（如国际标准化协会标准ISO2631，联邦德国标准DIN4150，中国国家标准GB6722-86等），但它们大多是对实际工作状态的振动进行测量或做调查统计分析的结果，并不是通过较为严密的理论分析而得出的人或物体的真正的允许振动。

与人和仪器设备承受简谐振动能力的研究成果相比，在打桩等施工振动作用下，人们对建筑结构的动力响应及其破损机理的认识更为肤浅，各国或不同行业之间在振害的评价指标及其量化方面尚存在着较大的差异。

在定量评价施工振动对建（构）筑物的影响时，目前较广泛采用的是地基质点振动的最大速度或加速度，较少采用最大位移、谱烈度和能量比等地震工程中常用的指标。

至于是最大速度还是最大加速度更优越，目前还存在争议。

例如，采用加速度者认为，施工振动加速度可以反映建（构）筑物结构所受惯性作用的大小，从而便于揭示结构的附加受力状态及其破坏机理。

而采用质点振动速度者则认为该指标是以弹性波理论为基础的，即对于无限介质和一维杆件中的平面冲击波，动应力σ与质点振动速度V之间存在如下关系：

σ=（E/c）V（7.0.2）

式中E和c分别为介质的弹性模量、弹性波速。

在实际爆破工程中，大量观测数据也表明了，建（构）筑物的破坏程度与地基质点振动速度的大小关系密切：

当装药量、埋深和爆心距相同时，即使传播爆破地震波的岩土层不同，地基质点的振动速度较之其他指标而言变化不大。

应当指出的是，采用上述质点振动速度或加速度来评价建（构）筑物的振动效应是难以反映出结构的真实受力状态和破坏机理的。

根据结构动力学原理，在施工振动的作用下，结构的动力响应与振源能量、频率、持续时间等特性以及结构本身的固有频率、阻尼比等因素有关。

在同一次施工振动的作用下，对具有同一结构类型的不同建筑物，其动力响应也可能相差很大，如当结构的固有频率与施工振动主频率相同或接近时，该结构就会产生剧烈的振动并且会导致一定程度的损伤。

因此，仅用质点振动速度或加速度来评价建（构）筑物的爆破振动效应只能算是一种实用的近似方法。

7.0.3本章主要为了防止建筑施工振动对建筑结构产生损伤，不适用于室内生产条件和人体舒适性的评估。

主要涵盖民用与工业建筑，不包括古代建筑。

另外，对室内外非结构性构件和各类悬挂物体等，由于其特性及受支承或约束的方式具有较强的不确定性，故其受施工振动的安全性评估不得套用本章规定。

根据理论研究和工程实践，建筑结构附加动应力与地基基础振动速度的相关性良好。

因此，本章采用振动速度作为由施工引起的振动对一建筑结构影响的评价物理量，并将地基基础和顶层楼面处各自实测的三个振动速度分量峰值的最大值V作为容许振动评价指标。

评价中所涉及的振动频率是指该最大值在相应振动速度分量时域信号上的标称频率，其值可按图2所示取为1/To。

图2振动速度分量时域信号

在施工振动的测试方面，目前在不同的国家和行业中尚未统一。

如美国矿产部门对爆破振动采用的是三个相互正交方向振动量的最大分量max（

，

，

），这三个方向相对于爆心来说，通常分别是沿爆破地震波波阵面的

7.0.4表7.0.4-1和表7.0.4-2中的数据是根据国内及德国等国外相关科技文献资料和编者工程经验而提出的，其中工业建筑、公共建筑和居住建筑是指符合设计和施工质量相关技术标准的普通建筑。

在每个具体工程中，为尽可能地避免建筑结构因沿高度存在振动放大效应而损伤，地基基础处和顶层楼面处的振动速度峰值均不得超过各自的容许振动值。

为保持与现行相关的国家标准一致，岩土爆破振动测试与影响评价应符合现行国家标准《爆破安全规程》GB6722的规定。

对于建筑物结构的安全振动控制标准，国内外目前已经陆续颁布实施了一些技术标准或法规（如联邦德国标准DIN4150-1999，瑞士标准SN640312—1992等）。

应该指出的是，由于各国在制定标准时的是在某一场地条件下，针对特定结构物进行实验取得数据的基础上加以调整而制定的一种普适标准，因而各国标准之间存在差异。

 衡量建筑物所受到的影响常用的物理量为振动速度和振动频率。

这是因为振动速度和振动频率与建筑物的破坏有着直接的关系，他们能直接反映建筑物的破坏烈度以及结构对振动响应时的能量大小，在建筑物的振动中起着决定性的作用。

所以，这些规范大多采用建筑物的振动速度和频率相关的限值。

1 ISO推荐的建筑振动标准

图3所示为国际标准ISO推荐的建筑振动控制标准。

图中的振动速度采用质点峰值振动速度PPV（ParticlePeakVibration）。

图3 1SO推荐的建筑振动标准

2 我国规定的建筑物振动容许值[JBl6—2000]

在我国，《机械工业环境保护设计规定》（JBl6-2000）对特殊建筑物的振动容许值进行了规定。

表2中的速度容许值不是单一方向的速度，而是合速度。

表2 JBl6-2000影响建筑物正常使用的振动速度限值

建筑物的类型

振源频率

/Hz

速度容许值[V]

/（mm/s）

有保护价值或对振动特别敏感的建筑

10～30

30～60

3

3～5

古建筑（严重开裂及风蚀者）

10～30

30～60

1.8

1.8～3.0

3 德国标准DIN4150-3-1999

德国标准DIN4150-3-1999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振动速度上限对卓越频率的函数图线，如图4。

该标准规定：

建筑物的振动速度应低于某一等级限值，在该限值下结构通常不会发生损伤，但若是接近相应的限值则应该进行深入的研究；稍微超越这些限值不会破坏建筑物的稳定性，但会降低建筑物的使用功能（如产生小裂缝等）。

该标准还规定：

当建筑物在外荷载作用下发生非连续的间歇性振动或冲击振动时，振动的测量点应布置在建筑物的基础处，并选用测量到的三个方向速度的最大值；当建筑物在外荷载作用下发生连续振动，振动的测量点应布置在顶层楼板平面内（由外墙支撑的）的楼板中心位置处，并选用平面内的最大水平速度。

图4 德国DIN4150-3建筑物安全振动标准

表3 DIN4150-3-1999影响建筑物正常使用的振动速度限值

建筑物类型

基础处的振动

速度限值/（mm/s）

顶层楼板水平

速度限值/（mm/s）

非连续振动

非连

续振动

连续

振动

1~10Hz

10~50Hz

50~100Hz

第

1

类

商业建筑、工业建筑和与此用途相类似的建筑

20

20~40

40~50

40

10

第

2

类

住宅、公寓和具有此类用途的建筑

5

5~15

15~20

15

5

第

3

类

除以上两类外，对振动特别敏感的建筑物和具有一定保护等级的历史性古建筑物

3

3~8

8~10

8

2.5

4 日本烟中元弘归纳的建筑物容许振动界限

日本烟中元弘对一些研究者提出的建筑物振动允许界限进行了归纳，针对不同的评价指标的规定如表4示。

表4 日本烟中元弘归纳的建筑物振动限值

振动评价指标

研究者

建筑物类型

容许值

振动位移

/mm

R.westwater

普通建筑物

强度特别好的建筑物

0.067（0.203）

0.135（0.406）

A.G.Reid

设备和基础结构

可以有轻微受害的场所

住宅和建筑物

教堂、旧纪念馆

0.406

0.406

0.203

0.127

振动速度

/（mm/s）

E．Banik

建筑物基本没有损坏

轻微损坏

有相当的损坏发生

损坏相当大

5

10

50

100

E.J.Grandell

损害的危险范围

损害发生

>84

>119

振动加速度

/g

安全范围

开始引起损坏

0.102

>1.02

5 瑞士标准SN640312-1992

瑞士标准将结构类型将建筑物分为4个不同类别，振动容许值按照质点峰值振动速度PPV来取，取三个方向振动速度的最大值。

该标准考虑两组不同的振源：

第一组振源M是机械、交通和施工设备；第二组振源S是冲击荷载，假定发生的机率较小，因而容许的限值较高。

表5为SN640312-1992对不同类型建筑物所规定的振动速度限值。

表5 SN640312-1992对不同类型建筑物所规定的振动速度限值

结构类别

振源M

振源S

频率

/Hz

Vmax

/（mm/s）

频率

/Hz

Vmax

/（mm/s）

钢筋混凝土结构和钢结构（无抹灰），如工业建筑、桥、桅杆、挡土墙、非埋设管线；地下结构，如有衬砌和无衬砌的石窟、隧道、坑道等

10~30

12

10~60

30

30~60

12~18*

60~90

30~40**

有混凝土楼板、混凝土地下室墙和地上墙及有砖的建筑；石挡土墙，埋设管线；地下结构，如砌体衬砌的石窟、隧道、坑道等

10~30

8

10~60

18

30~60

8~12*

60~90

18~25**

有混凝土地下室楼板和墙的建筑，地面上为砌体墙、木搁栅楼板

10~30

8

10~60

12

30~60

5~8

60~90

12~18**

特别敏感或要求保护的古建筑

10~30

3

10~60

8

30~60

3~5

60~90

8~12**

注：

对于振源M，带*的较低值用于频率30Hz，较高值用于60Hz，中间用差值

对于振源S，带**的较低值用于频率60Hz，较高值用于90Hz，中间用差值

7.0.5城市旧房是指设计建造时未考虑抗震要求或低于现行抗震设防标准的既有建筑，而镇（乡）村自建房屋绝大多数是未经正式设计、施工质量未受正规监督的，其整体性以及抵抗场地建筑施工振动的性能相对较差，因而应该降低它们的容许振动速度峰值。

7.0.6振动对建筑结构的影响具有累积效应。

当振动作用次数较少、时间较短时，容许振动速度峰值可适当提高，但同时应该加强对受振建筑结构实际安全状况的观察。

7.0.7本条是为了防止新浇混凝土和砌体砂浆在强度明显低于设计强度的情况下受振损伤，从而降低建筑构件的承载力和耐久性。

对普通混凝土和砌体砂浆，在可施工气候环境条件下，浇筑后1天~2天内，应尽量避免遭受较为强烈的振动。

7.0.8确定施工振动对建筑物的影响范围，可依据测量结果，采用幂函数的曲线形式，可拟合振动参数与测距的关系曲线，确定对建筑物产生影响的范围。

影响范围的划分可分为振动影响区、过渡区、振动不影响区，振动影响区与过渡区的边界可依据施工对建筑结构影响在时域范围内的容许振动值确定好，过渡区和振动不影响区的边界可依据经验确定。