摘要：报告围绕临地铁建筑结构振震双控技术展开分享，给出了研究背景（地铁发展致振动噪声问题、敏感建筑受影响）、关键问题（振源特性、传播特征等）、振动控制与振震双控装置现状，还通过上音歌剧院等三个工程案例，展示技术应用与效果。
报告围绕临地铁建筑结构振震双控技术展开分享，给出了研究背景（地铁发展致振动噪声问题、敏感建筑受影响）、关键问题（振源特性、传播特征等）、振动控制与振震双控装置现状，还通过上音歌剧院等三个工程案例，展示技术应用与效果。
丁洁民
全国工程勘察设计大师，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司总工程师，《建筑结构》编委会副主任委员
第一部分 研究背景
轨道交通与城市更新现状
我国各大城市地铁建设飞速发展，地铁路网不断加密。同时，城市更新升级与中心城区建筑再开发推进，使得临地铁建筑受振动和噪声影响的问题愈发突出。依据《环境影响评价技术导则》HJ453-2018，地铁、轻轨振动/噪声环境评价范围通常为距线路中心线两侧50m，且可根据实际情况调整，随着地铁线网密集化，受影响建筑数量逐渐增多。
振动/噪声投诉情况
多地出现地铁振动与噪声扰民投诉，以上海、成都、北京为例。如上海8 号线地铁振动噪音影响百余户居民休息，多部门推诿；成都地铁2号线高架段无降噪设备，影响东安湖公园游玩体验，3号线未恢复绿化且隔音不佳；北京 6号线、16号线地铁振动噪音干扰居民生活，部分还涉及楼体安全隐患担忧，虽部分投诉有官方回复，但问题解决仍需推进。
敏感型建筑受影响
除居民住宅外，试验室、医院精密仪器室、歌剧院、音乐厅等特殊功能建筑，因对振动和噪声要求极高，受地铁振动影响较大，在设计时需重点采取有效应对措施，如上海浦江实验室有振动控制要求，上海交响乐团音乐厅有噪声控制要求。
第二部分 关键问题探讨
1. 地铁振动振源特性
与地震震动对比
地铁振动幅值小（地面一般0.1m/s²以内）、频率大且频带宽（20~100Hz）、发生概率高、以竖向影响为主；地震震动幅值大（一般 6m/s² 以内）、频率小且频带窄（1~10Hz）、发生具有偶然性、多以水平影响为主。
影响因素
列车速度、车辆重量、钢轨类型、轨道结构、轨道平滑度等都会影响地铁振源振动特性，地铁振动属于随机振动，不同振动时程频谱分布差异大，主要集中在 20~100Hz 频段，振动控制设计多围绕该频段展开。
2. 地铁振动传播特征
方向性与人体感知
地铁诱发振动的水平分量传播中衰减快于竖向分量，建筑物内部水平振动通常比竖向振动小约 10dB，且人体对竖向振动更敏感，减隔振设计主要考虑竖向分量。
与地铁线路位置关系
距轨道中心越近，振动影响越大。不同位置关系的建筑受影响程度不同，大致为：建筑物位于车辆段盖上≈建筑物地下室与地铁共建 > 建筑物位于地铁正上方 > 建筑物临近地铁运行。
建筑物内部竖向传递
中低频振动成分（20~40Hz）随楼层升高基本不变或放大，高频振动成分（80Hz以上）衰减较快；不同地铁振动波频谱差异大，沿建筑物竖向传递规律不同，需结合频谱特性研究。
结构自振特性影响
一般K板
3. 噪声评价
评价标准
国际上ISO采用NR 曲线评定建筑空间噪声等级，评价频率31.5~8000Hz，要求所有频率点达标；国内规范多采用A声级，但A声级无法反映噪声源频谱特性，对200Hz 以下低频噪声低估，噪声控制设计建议补充 NR 曲线评价与验算。同时，不同区域、不同类型建筑物室内二次辐射噪声限值及允许室内噪声级有明确标准。
振动与噪声关系
振动评价量为振动加速度级VL=20lg (a/a₀)，噪声评价量为声压级Lp=20lg (pe/pref)，分频加速度级与分频声压级存在一定相关关系，但受计权网络影响，wk 计权振动总级与 A 计权声压总级无明显相关关系，二者相关关系需结合振源主频、结构特性进一步研究。
4. 振动控制研究现状
振源减振
主要为轨道减振，按效果分中等（15dB，如弹簧浮置道床）减振措施。弹簧浮置板道床自振频率一般 6~16Hz，自振频率越低隔振效果越显著。
建筑外部传播路径减振
隔振沟（肥槽）/ 排桩屏障存在易超建筑红线、对共建地铁隧道不适用、对低频振动控制不佳等问题，实际应用可行性小；在建筑基础底面及侧面设置聚氨酯或弹性减振材料，可一定程度阻隔振动，如北京某项目铺设减振垫后，各楼层平均振动加速度有效值最大下降 47%。
建筑结构支座隔振
有碟簧支座、钢弹簧支座、厚肉橡胶支座等类型，应用于北京通惠家园项目、上海交响乐团音乐厅、大型工业厂房等。但纯竖向隔振装置无水平减震作用且无抗拉能力，高层隔振建筑地震时摇摆效应显著，催生振震双控技术需求。
5. 振震双控装置研究现状
技术类型
分为分离式三维减震隔振和一体式三维隔振（震）。分离式在隔振层同时设置竖向隔振和水平减震装置，如上音歌剧院采用竖向弹簧隔振支座与水平向黏滞阻尼器，竖向隔振10~25dB，水平减震15%~20%；一体式将竖向隔振和水平隔震装置组合为整体，有碟簧-铅芯橡胶支座、厚肉橡胶-双摩擦摆复合支座等多种组合形式，北京地铁16 号线北安河车辆段有相关应用。
6. 小结
地铁振动为随机振动，影响因素多、频带宽，振动控制设计主要考虑 20~100Hz 频段。
不同地铁振动时程在结构内部传播规律不同，需结合振源频谱特性、结构自振特性研究。
现有振动控制方法中，振源减振和支座隔振控制效果较优。
二次噪声评价建议补充 NR 曲线标准与验算，振动与二次噪声相关关系需进一步研究。
振震双控支座研发受关注，但应用较少，相关评价方法、数值模拟、响应控制、设计理论等研究尚不全面，有较大探索空间。
第三部分 工程应用实践
1. 上音歌剧院 —— 分离式三维减震隔振
项目概况
总建筑面积31926m²，地下 3 层（16937m²），地上3~5层（14989m²），建筑高度13.80~33.30m，包含1200座歌剧院及排演厅、交流报告厅等。位于上海音乐学院东北角，地下室北侧外边缘距 1 号线隧道最近仅10m，受地铁振动影响大，且作为歌剧院对声学要求极高。
减振（震）设计思路
A单体采用弹簧隔振，与周边及地下室结构脱开形成隔振层，竖向隔振效果达10dB~25dB，减小90%~97%振动加速度，满足振动控制目标。但钢弹簧竖向隔振后，结构周期延长、加速度谱值增大，水平地震作用效应放大，基底剪力增大约 20%，最大层间位移角增大超 100%。
地震作用应对
在隔振层合理布置水平黏滞阻尼器，参与地震耗能，基底剪力降低20% 以上，隔振层变形减少约50%，还能提高隔振层恢复力和弹簧支座稳定承载力。
2. 上海某幼儿园项目 —— 隔振层外减震
项目概况
位于上海市黄浦区新闸路，建筑面积4628m²，建筑高度15.6m，紧邻地铁 1 号线运行段。
项目特点
现场实测最大反应振级 78dB，超业主要求的 65dB 控制限值 13dB；属地震重点监视防御区八大类建筑，需减隔震措施；受建筑红线限制，周边无法设隔震沟。
设计思路与效果
上部结构采用黏滞阻尼墙，地下室顶板采用水平限位型弹簧支座。设置弹簧隔振支座后，结构最大反应振级降至64.01dB，最大噪声降至14.6dB，满足规范限值；设置黏滞阻尼墙后，结构基底剪力降低约10%，最大层间位移角减少约 18%。
3. 上海市某小学项目 —— 一体式振震双控
项目概况
位于上海市徐汇区滨江地带，距黄浦江500 米，轨交12 号线从场地下方穿过，隧道顶标高约-19 米，轨交 5m 控制线内不可设桩基，3m 控制线内不可设基础，隧道顶距基础底仅15 米。
项目特点
现场实测场地内最大振级74.64dB，超规范限值70dB；上海地区新建学校需采用隔震减震技术。
设计思路与效果
采用振震双控技术，在地下室柱中设隔振（震）层，采用 “隔震橡胶支座+厚肉支座” 组合支座。整楼设隔振支座后，教学楼区各测点振级降至70dB 以下，平均降低约7dB；设防地震下结构底部剪力比最大值0.46
以上内容来自全国工程勘察设计大师，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司总工程师，《建筑结构》编委会副主任委员丁洁民在“第五届工程结构隔震减震技术交流会”上做的题为《临地铁建筑结构振震双控研究与思考》的精彩报告，点击会议标题可查看更多精彩报告！
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来源：建筑结构杂志社