某厂房结构振动原因分析及影响评估

蒋智勇 覃帮程 张元泽

(1.四川省建筑科学研究院，四川成都 610081;2.四川省建筑新技术工程公司，四川成都 610081;3.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

0 引言

在工业生产活动中，一些易产生动力荷载的机器设备(如风机、电机、锻锤等)不可避免地需要设置在楼层上，如果设备隔振和结构抗振设计考虑不当，动力设备运转会使结构产生一系列振动问题，将影响到机器的使用寿命，甚至直接影响到工厂的安全生产及作业人员的身心健康。在实际工程中主要通过振动测试和振动计算来分析此类振动问题的原因，科学评估可能造成的后果，并采取相应的对策。

1 工程概况

某厂房排风楼为2层(局部3层)的单跨(两侧悬挑)框架结构，纵向柱距为6.0 m，横向柱距为9.0 m，悬挑长度2.7 m。框架柱截面尺寸分别为400 mm×400 mm，500 mm×500 mm，2层楼盖梁部分截面尺寸分别为250 mm×500 mm，250 mm×550 mm，250 mm×600 mm，300 mm×800 mm，2层楼盖现浇板厚度均为100 mm。

该厂房排风楼在其2层楼盖布置有多台排风设备，因生产需要对排风机的转速进行了提速以后，2层楼盖部分区域出现了较明显的振动。为了查明强迫振动对结构的影响，对该厂房2层楼盖的强迫振动频率、振幅进行了测试，因厂房风机不允许停机，结合构件自振频率理论计算综合分析，得出该厂房排风楼2层楼盖振动的原因及对结构的影响评估。

2 测点布置及设备信息

3 振动测试系统

振动测试采用941B型超低频测振仪，通过采集各测点的振动信号来分析结构构件及整个结构体系的强迫振动频率，数据的采集及处理系统如图3所示。

图1 2层楼盖结构平面及测点布置

图2 2层楼盖排风设备

图3 测试仪器及数据处理设备框图

图3 中941B型拾振器用于测试时的信号采集;941型多通道测振放大器用于放大拾振器检测的各测点的脉动信号;INV-306U智能信号采集处理分析系统用于对放大的脉动信号进行采集、存储和分析处理。

941B型超低频测振仪是一种用于超低频或低频振动测量的多功能仪器，它主要用于地面和结构物的脉动测量、一般结构物的振动测量、高柔结构物的超低频大幅度测量和微弱振动测量。本次测试采用941B型超低频测振仪的主要技术指标如下:

1)941B拾振器。拾振器速度档灵敏度(单位:mV/(mm·s)－1):测点1拾振器为21.14，测点2拾振器为20.07;分辨率:小速度档:4 ×10－8m/s2;通频带:小速度档:1.0 Hz～100 Hz。

2)941B放大器。通频带:0.025 Hz～35 Hz;低通滤波陡度:－40 dB/oct。

本次测试数据采用DASP2006专业版软件进行自功率谱分析。

4 振动测试结果与理论计算

4.1 振动测试结果

在设备运行的工况下，采用脉动法对各测点的速度反应谱进行了测试，并对测试数据采用INV多通道数据处理系统DASP2006专业版软件进行了数据分析，主要进行的是自功率谱分析和时域分析，得到各测点的竖向强迫振动频率和振幅最大值(见表1)。测点的自功率谱曲线见图4，时域分析速度谱曲线见图5(均以测点1为例)。

表1 各测点频率及振幅最大值(绝对值)测试结果

图4 测点1的自功率谱曲线（速度谱）

图5 测点1的时域分析谱曲线（速度谱）

4.2 理论计算

因生产需要，该厂房的风机不允许停机，无法直接测得相关结构构件的固有频率，故根据结构布置、设备信息、荷载信息等进行了理论计算［1，2］，得到相关构件的竖向固有频率理论值以及强迫振动频率与固有频率理论值的比值，计算结果见表2。

表2 各测点部分构件的竖向固有频率理论计算结果

5 振动原因分析

结合振动测试结果分析表明，该厂房在设备同时运行时，测点1、测点2处测得的竖向强迫振动频率均为16.25 Hz(见表1)，与设备运行时的扰动频率16 Hz(960/60)比较接近。经对测点所在区域的梁、板构件的固有频率进行理论计算(见表2)，该区域的结构构件的强迫振动频率与固有频率之比均在 0.75～1.25的共振区范围，出现“共振”现象。

6 振动影响评估

经对测试数据进行时域分析，得到2层楼盖测点1、测点2处的强迫振动的振幅速度最值分别为14.99 mm/s和11.47 mm/s(见表1)。

因现行规范GB 50190-93多层厂房楼盖抗微振设计规范尚未对建筑物自身和人文使用环境的容许振动指标作出规定，故参考文献［5］第三章相关内容进行影响评估。表3为生产操作区连续稳定振动时对人的环境影响防振指标，表4为部分国家及机构的一般性建筑物的容许振动速度指标。

表3 生产操作区连续稳定振动对人的环境影响防振指标

表4 部分国家及机构一般性建筑物的容许振动速度指标

从表4可知，该厂房的设备强迫振动对工人的身心健康会有一定影响，对该厂房部分区域结构已造成了轻微损坏，进而有可能使结构构件出现明显裂缝和损坏。

7 结论与建议

根据以上振动测试数据、理论计算结果结合相关资料进行综合分析，得出如下结论及建议:

1)该厂房排风楼2层楼盖部分结构构件的强迫振动频率与固有频率之比均在0.75～1.25的共振区范围，出现“共振”现象导致振动异常。2)该厂房的设备强迫振动对工人的身心健康会有一定影响，对建筑物结构造成了轻微损坏，进而有可能使结构构件出现明显裂缝和损坏。3)结合生产需要考虑降低排风机的转速或对排风机设备采取更有效的隔振措施。4)对振动较大部分区域的构件的刚度进行调整，改变结构构件的固有频率，避免在设备运行时产生共振。

［1］ 张荣山.工程振动与控制［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.

［2］ 中国工程标准化协会建筑振动专业委员会.建筑振动工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［3］ 吴 体，肖承波，熊 峰.建筑结构中的振动问题与对策［J］.四川建筑科学研究，2006(6):142-144.

［4］ 于建华，谢用九，魏咏涛.高等结构动力学［M］.成都:四川大学出版社，2001.

［5］ 茅玉泉.建筑结构防振设计与应用［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［6］ GB 50190-93，多层厂房楼盖抗微震设计规范［S］.