建筑工程中机械振动控制策略研究

秦龙飞，陈善龙

摘 要：随着高层建筑和超高层建筑越来越多，机械振动问题也逐渐成为影响建筑工程安全和舒适性的重要因素。基于此，研究建筑工程中机械振动控制策略，包括振动源控制、结构控制和基础控制等方面。通过对国内外相关研究的分析和总结，提出了一些有效的控制方法和策略，并对其进行了详细的讨论和分析。

关键词：建筑工程；机械振动；控制策略；振动源控制；结构控制；基础控制

中图分类号：TU352.1                               文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2024）05-0034-03

0 引言

随着建筑高度的增加，机械振动问题逐渐成为影响建筑工程安全和舒适性的重要因素。机械振动可能导致建筑结构的疲劳损伤、降低建筑物的使用寿命，甚至引发结构破坏。因此，研究建筑工程中机械振动的控制策略具有重要的理论和实际意义。

1 振动源控制策略

振动源控制是通过减少或消除振动源来控制机械振动的方法。在建筑工程中，振动源主要包括机器设备、交通工具和自然环境等。为了减少振动源对建筑物的影响，可以采取以下3点控制策略。

1.1 合理布局建筑物的机器设备

在建筑物的设计和施工过程中，应合理布局机器设备，尽量减少其对建筑物的影响。可以通过采用减振支架、隔振垫等方法来减少机器设备的振动传递到建筑物上。通过以下4种方法，合理布局建筑物的机器设备，降低振动源对建筑物的影响，提高建筑物的安全和舒适性。

1.1.1 分离振动源

将振动源与其他部分隔离开来，避免振动源的振动直接传递到整个建筑物。例如，将电梯、空调机组等振动较大的设备单独设置在一个区域，或者使用减振支架、隔振垫等方法来减少机器设备的振动传递到建筑物上。

1.1.2 考虑建筑物自振特性

在布局机器设备时，应考虑建筑物的自振特性和机器设备的振动特性，尽量使机器设备的振动频率与建筑物的自振频率错开，以减少振动源对建筑物的影响。

1.1.3 优化建筑物的隔振系统

在建筑物的设计和施工过程中，可以采用一些隔振措施，如隔振桩、隔振基础等，来减少振动源对建筑物的影响。在布局机器设备时，应充分考虑这些隔振措施的设置，使机器设备与隔振系统合理配合，达到最佳的隔振效果。

1.1.4 考虑周边环境的影响

在布局机器设备时，还应考虑周边环境的影响，如交通、天气等因素。例如，尽量避免将振动源设备设置在靠近道路、地铁等振动源较强的区域，以减少外部振动对建筑物的影响。

1.2 控制交通工具的影响

在建筑物周围的道路和交通设施设计中，应考虑采取减振措施，如使用减振材料、减振垫等，以减少交通工具对建筑物的影响。通过以下4种方法，可以有效地控制交通工具对建筑物的影响，提高建筑物的安全和舒适性。

1.2.1 采用减振材料和减振垫

在建筑物的基础部分采用减振材料和减振垫，可以有效地减少交通工具对建筑物的影响。这些材料和垫子可以消耗振动能量，降低振动传递到建筑物上的程度。

1.2.2 设置隔振桩或隔振基础

在建筑物的基础部分设置隔振桩或隔振基础，可以有效地减少交通工具通过地基传递到建筑物上的振动。这些隔振装置可以改变建筑物的自振频率和阻尼比，降低振动传递到建筑物上的程度。

1.2.3 合理规划建筑物与交通设施的距离

在建筑物的设计和规划过程中，应尽量增加建筑物与交通设施之间的距离，以减少交通工具对建筑物的影响。此外，还可以考虑设置绿化带、隔音墙等隔离措施，以减少交通工具的振动对建筑物的影响。

1.2.4 采用地基处理技术

采用地基处理技术可以改善地基的承载能力和抗震性能。例如，采用地基加固、地基减震等方法，可以有效地降低地基的振动传递到建筑物上。

1.3 采用隔振措施

在建筑物的基础部分采用隔振措施，如隔振桩、隔振基础等，可以有效地减少振动源对建筑物的影响。

1.3.1 隔振支架和隔振垫

在建筑物中的机器设备和结构之间安装隔振支架和隔振垫，可以有效地减少振动传递。这些隔振装置通常由弹性材料制成，能够吸收和消耗振动能量，从而降低振动对建筑物的影响。

具体有以下5点措施：①隔振支架和隔振垫。在建筑物中的机器设备和结构之间安装隔振支架和隔振垫，可以有效地减少振动传递。这些隔振装置通常由弹性材料制成，能够吸收和消耗振动能量，从而降低振动对建筑物的影响。②隔振基础。隔振基础是一种特殊的基础设计，旨在减少振动从机器设备传递到地基。这种基础通常包括弹性层，如弹簧或橡胶层，以提高对振动的隔离效果。③减振隔离装置。减振隔离装置是一种用于隔离振动传递的装置，如减振隔离器、橡胶隔离器等。这些装置可以安装在建筑物的结构和机器设备之间，以减少振动的传递[1]。④浮筏式基础。浮筏式基础是一种特殊的基础设计，用于减少振动传递到建筑物。它通过将建筑物的基础整体抬高，使其浮在弹性垫层上，从而减少振动的传递。⑤隔振井和隔振沟。在建筑物周围设置隔振井和隔振沟，可以有效地减少振动传递到建筑物。这些隔振井和隔振沟通常用于隔离地下交通工具（如地铁、隧道）的振动。

2 结构控制策略

结构控制是通过改变建筑物的结构特性来控制机械振动的方法。在建筑工程中，可以采取以下3点控制策略。

2.1 优化建筑物的结构设计

在建筑物的结构设计中，可以采用一些抗震性能良好的结构形式，如框架结构、筒体结构等，还可以通过调整建筑物的自振频率和阻尼比来降低其对振动的敏感性。

第一，选择合适的结构体系。根据建筑物的使用功能和环境条件，选择合适的结构体系，如框架结构、剪力墙结构、筒体结构等。不同的结构体系具有不同的抗震性能，合理选择结构体系可以有效地减少振动对建筑物的影响。

第二，合理布置建筑物的空间布局。建筑物的空间布局对结构的抗震性能有重要影响。通过合理布置房间和走廊，避免大规模的开洞和悬挑，可以提高建筑物的整体抗震性能。此外，还应考虑建筑物的立面刚度分布，避免刚度突变，以减少振动引起的结构响应。

第三，考虑建筑物的自振特性。在结构设计中，应考虑建筑物的自振特性和机器设备的振动特性，使建筑物的自振频率与机器设备的振动频率错开，以减少振动源对建筑物的影响。

第四，采用合理的构件尺寸和材料。在结构设计中，应采用合理的构件尺寸和材料，以提高建筑物的抗震性能。合理选择构件的截面形状和尺寸，可以提高构件的抗弯、抗剪能力，减少振动对建筑物的影响。此外，选择合适的建筑材料，如高强度钢材、高性能混凝土等，也可以提高建筑物的抗震性能。

第五，考虑地震效应和风效应的影响。在结构设计中，应考虑地震效应和风效应的影响，采用相应的抗震和抗风设计措施，以提高建筑物的抗震性能。这包括合理设置抗震缝、采用抗风构件等。

2.2 采用阻尼器

在建筑物的结构中设置阻尼器，可以有效地消耗振动能量，降低建筑物的振动响应。阻尼器可以根据需要选择不同类型和规格，以适应不同场合的需求。

第一，选择合适的阻尼器类型。根据建筑物的具体情况和振动特性，选择合适的阻尼器类型。常见的阻尼器类型包括摩擦阻尼器、橡胶阻尼器、金属阻尼器和液压阻尼器等。每种阻尼器都有其独特的特点和适用场合，设计人员应根据实际需求选择最合适的阻尼器。

第二，确定阻尼器的规格和数量。根据建筑物的振动分析和设计要求，确定阻尼器的规格和数量。这需要考虑建筑物的结构形式、尺寸、材料和振动特性等因素。通过合理选择阻尼器的规格和数量，可以确保建筑物具有足够的阻尼能力来消耗振动能量。

第三，合理布置阻尼器的位置。在建筑物的结构中合理布置阻尼器的位置，可以提高阻尼器的控制效果。这需要根据建筑物的振动传递路径和受力状况来确定阻尼器的安装位置。通常，阻尼器应安装在建筑物的关键部位，如梁、柱、墙体等，以最大限度地减少振动传递。

第四，考虑阻尼器的耐久性和可靠性。在选择和布置阻尼器时，应考虑其耐久性和可靠性。阻尼器应能够承受预期的荷载和振动，并在长期使用中保持良好的工作性能。此外，阻尼器的安装和维护也应简单方便，以确保其长期稳定运行。

第五，阻尼器的测试和验证。在工程实践中，应对采用的阻尼器进行测试和验证，以确认其性能是否符合设计要求。这包括对阻尼器的静态和动态性能进行测试，以及对其在实际振动环境中的效果进行验证。通过这些测试和验证，可以确保阻尼器的控制效果达到预期目标。

2.3 采用减震隔震技术

在建筑物的结构和基础之间设置减震隔震装置，如减震垫、隔震支座等，可以有效地减少振动源对建筑物的影响。这些装置可以改变建筑物的自振频率和阻尼比，降低振动传递到建筑物上的程度。减震隔震装置如图1所示。

第一，选择合适的减震隔震装置。根据建筑物的具体情况和振动特性，选择合适的减震隔震装置。常见的减震隔震装置包括减震垫、隔震支座、减震隔离器和浮筏式基础等。每种装置都有其独特的特点和适用场合，设计人员应根据实际需求选择最合适的减震隔震装置。

第二，确定减震隔震装置的规格和数量。根据建筑物的振动分析和设计要求，确定减震隔震装置的规格和数量。这需要考虑建筑物的结构形式、尺寸、材料和振动特性等因素。通过合理选择减震隔震装置的规格和数量，可以确保建筑物具有足够的减震隔震能力来减少振动传递。

第三，合理布置减震隔震装置的位置。在建筑物的结构和基础之间合理布置减震隔震装置的位置，可以提高减震隔震效果。这需要根据建筑物的振动传递路径和受力状况来确定减震隔震装置的安装位置。通常，减震隔震装置应安装在建筑物的关键部位，如柱、墙体和基础等，以最大限度地减少振动传递。

3 基础控制策略

基础控制是通过控制建筑物基础的振动特性来控制机械振动的方法。在建筑工程中，可以采取以下2点控制策略。

3.1 采用深基础

采用深基础可以提高建筑物的稳定性和抗震性能。深基础可以将建筑物的重量均匀地传递到地基上，降低地基的振动响应。

第一，选择合适的深基础类型。根据建筑物的荷载、地基条件和环境因素，选择合适的深基础类型。常见的深基础类型包括桩基、沉井基础、地下连续墙和岩石锚杆等。每种深基础类型都有其独特的优点和适用场合，设计人员应根据实际需求选择最合适的基础类型。

第二，确定深基础的设计参数。在深基础的设计过程中，需要确定基础的设计参数，如桩径、桩长、桩间距和地基承载力等。这些参数应根据建筑物的荷载、地基条件和深基础类型的特点进行合理选取，以确保基础的稳定性和抗震性能。

第三，考虑深基础的施工方法。在深基础的施工过程中，应考虑施工方法和施工技术。根据不同的深基础类型和地质条件，选择合适的施工方法，如钻孔桩、沉井施工、地下连续墙施工和岩石锚杆施工等。合理的施工方法可以确保深基础的施工质量和安全[2]。

3.2 采用地基处理技术

地基处理技术可以改善地基的承载能力和抗震性能。例如，采用地基加固、地基减震等方法，可以有效地降低地基的振动传递到建筑物上。

第一，选择合适的地基处理方法。根据建筑物的荷载、地基条件和环境因素，选择合适的地基处理方法。常见的地基处理方法包括压实、固结、置换、预压和排水等。每种地基处理方法都有其独特的优点和适用场合，设计人员应根据实际需求选择最合适的地基处理方法。

第二，确定地基处理的设计参数。在地基处理的设计过程中，需要确定地基处理的设计参数，如处理深度、处理范围和处理材料等。这些参数应根据建筑物的荷载、地基条件和地基处理方法的特点进行合理选取，以确保地基处理的效果和安全性。

4 结束语

建筑工程中的机械振动问题对建筑物的安全和舒适性具有重要影响。本文通过对振动源、结构和基础等方面的控制策略进行研究，提出了一些有效的控制方法和策略。在实际工程中，可以根据具体情况选择适当的控制策略，以降低机械振动对建筑物的影响。

参考文献

[1] 马清原.机械振动中的两个问题[J].石家庄经济学院学报， 1986（2）：202-206.

[2] 王大专.工程机械施工振动对某民宅的影响分析[J].安徽建筑，2018，24（1）：200，218.