工業(yè)廠房中不可忽視的廠房樓板震動(dòng)檢測(cè)

　　隨著機(jī)械自動(dòng)化的普及，工廠的大型設(shè)備越來越多，廠房承重檢測(cè)和廠房樓板振動(dòng)檢測(cè)成為工業(yè)廠房安全檢測(cè)的重要項(xiàng)目，樓板的振動(dòng)通常是儀器設(shè)備在使用過程中對(duì)地面樓板產(chǎn)生的振動(dòng)帶來的影響，在儀器設(shè)備振動(dòng)等因素作用下,不僅僅會(huì)影響儀器設(shè)備的度，還會(huì)引起廠房的不良振動(dòng),振動(dòng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫,影響結(jié)構(gòu)的耐久性、影響生產(chǎn),甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞,這在廠房安全中是非常重要的一個(gè)問題,必須引起高度重視。

　　工業(yè)廠房建筑,隨著時(shí)間的推移,結(jié)構(gòu)老化,可靠性降低,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性也將發(fā)生變化,機(jī)械重復(fù)高頻振動(dòng)從而使結(jié)構(gòu)發(fā)生不良振動(dòng)影響結(jié)構(gòu)安全。另外廠房生產(chǎn)工藝流程的改變、動(dòng)力設(shè)備的更換、以及外部震源等也會(huì)使廠房發(fā)生振動(dòng)。廠房發(fā)生振動(dòng)往往難以完全避免,關(guān)鍵要減少不必要的振動(dòng),把振動(dòng)控制在容許的范圍內(nèi)。

　　機(jī)電建筑設(shè)計(jì)研究院分院承接的立德電子廠房振動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目，該工程位于塘廈鎮(zhèn)，廠房二層板1-4×C-J區(qū)域在設(shè)備運(yùn)營(yíng)時(shí)震動(dòng)很大，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的安全性能及正常使用性有較大的影響。在進(jìn)行廠房震動(dòng)檢測(cè)時(shí)我司房屋安全鑒定工程師了解振源的形式、特點(diǎn)和性質(zhì)，在對(duì)廠房的現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)和記錄，并測(cè)定廠房的自振頻率和阻尼比。

　　在振動(dòng)過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，振動(dòng)結(jié)束后對(duì)廠房的振動(dòng)損害情況進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)和記錄，并與振動(dòng)之前的廠房狀況進(jìn)行對(duì)比和鑒定；完成現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)檢測(cè)后根據(jù)相關(guān)規(guī)范結(jié)合類似廠房樓板振動(dòng)檢測(cè)工程經(jīng)驗(yàn)編制嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆课莅踩b定報(bào)告和針對(duì)該建筑制定的減震加固優(yōu)化處理方案以恢復(fù)安全使用要求。

　　房屋檢測(cè)鑒定結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中由振動(dòng)設(shè)備所產(chǎn)生的振動(dòng)問題，從局部和整體分別進(jìn)行了討論和分析；對(duì)工業(yè)廠房的振動(dòng)控制，從設(shè)備、結(jié)構(gòu)布置和計(jì)算方法等方面提出了具體的要求和措施。

　　隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的日趨緊張，發(fā)展多高層工業(yè)廠房已成必然趨勢(shì)，各種振動(dòng)設(shè)備也隨之上樓。受設(shè)備振動(dòng)的影響，或者設(shè)備振動(dòng)之間相互影響，導(dǎo)致振動(dòng)放大，并傳播到結(jié)構(gòu)上引起廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)，輕者影響生產(chǎn)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫；重者導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

　　振動(dòng)問題給我們的生產(chǎn)和生活帶來很多危害。廠房?jī)?nèi)的大型動(dòng)力設(shè)備在使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨大的反復(fù)變動(dòng)的荷載，這荷載引起樓蓋的垂直振動(dòng)，同時(shí)也有整體的水平振動(dòng)。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)過大，降低了機(jī)器的動(dòng)態(tài)精度和使用性能，同時(shí)使處在其中的工作人員有不舒服感，影響人員的身體健康。

　　對(duì)于有動(dòng)力設(shè)備的廠房，結(jié)構(gòu)振動(dòng)往往不能完全避免，故如何將振動(dòng)的影響控制在結(jié)構(gòu)安全的范圍之內(nèi)，控制在不影響廠房?jī)?nèi)敏感設(shè)備和操作人員正常運(yùn)行的范圍之內(nèi)，解決振動(dòng)問題就成了廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。

　　一、分析方法及計(jì)算模型

　　由動(dòng)力學(xué)理論可知，有兩個(gè)方面的因素控制著結(jié)構(gòu)的振動(dòng)：一個(gè)是對(duì)結(jié)構(gòu)施加的激振力，即擾力源；另一個(gè)則是結(jié)構(gòu)對(duì)特定激勵(lì)的響應(yīng)，即結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性。當(dāng)結(jié)構(gòu)自身的某階固有頻率與擾力源頻率接近甚至吻合時(shí)將發(fā)生共振，從而形成較大振幅、高動(dòng)應(yīng)力和高等級(jí)噪聲等。

　　平常我們采取的簡(jiǎn)單的方法就是使其避開共振。避開共振有二種途徑：一是調(diào)整機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率；二是改變結(jié)構(gòu)的自振頻率。對(duì)于定型設(shè)備，其頻率已經(jīng)確定，從結(jié)構(gòu)方面采取措施就是選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)自振頻率，使其遠(yuǎn)離設(shè)備激振力頻率。

　　一般地說，若結(jié)構(gòu)的自振頻率低于設(shè)備的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，當(dāng)設(shè)備在開啟或停機(jī)時(shí)，隨著設(shè)備機(jī)器轉(zhuǎn)速的變換，設(shè)備動(dòng)荷載工作頻率也隨之變化，會(huì)發(fā)生設(shè)備動(dòng)荷載工作頻率穿越結(jié)構(gòu)自振頻率從而產(chǎn)生穿越共振；若結(jié)構(gòu)的自振頻率高于設(shè)備的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，則不可能發(fā)生共振，是比較安全的。故在具體設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)“結(jié)構(gòu)的頻率密集區(qū)內(nèi)自振頻率計(jì)算值大于設(shè)備的振動(dòng)頻率”這一原則來進(jìn)行。

　　以前由于計(jì)算手段及相關(guān)條件的制約，設(shè)計(jì)中一般只對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的梁做振動(dòng)計(jì)算，也就是對(duì)梁的自振頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)整。作為直接振動(dòng)梁支座的間接振動(dòng)梁，則不再做動(dòng)力計(jì)算。從《機(jī)器動(dòng)荷載作用下建筑物承重結(jié)構(gòu)的振動(dòng)計(jì)算和隔振設(shè)計(jì)規(guī)程》中梁的自振頻率計(jì)算公式看：

　　式中：φ j -固有頻率系數(shù)，D-梁的剛度, m-梁的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，l-梁的跨度。

　　梁的自振頻率隨其剛度的增加而提高，隨其均布質(zhì)量的增加而降低。計(jì)算剛度D時(shí)，其中梁的高度和跨度起到關(guān)鍵作只要變化梁高和跨度，通過試算，就使梁的自振頻率遠(yuǎn)大于設(shè)備的振動(dòng)頻率。計(jì)算均布質(zhì)量m時(shí)，要考慮結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備重，以及那些長(zhǎng)期作用的荷載。

　　對(duì)于梁上或梁邊的臨時(shí)堆載、由設(shè)備產(chǎn)生的動(dòng)荷載以及人群出現(xiàn)時(shí)的短暫荷載等，采取周全的做法，即在計(jì)算梁的自振頻率時(shí)，對(duì)荷載的取值考慮兩種情況：一是只考慮結(jié)構(gòu)自重和長(zhǎng)期作用的設(shè)備重；二是除考慮上述質(zhì)量外，再加上使用時(shí)的一些臨時(shí)荷載。

　　取這兩種情況下梁的自振頻率的較小值，從而能比較全面地考慮不利情況的產(chǎn)生。然后根據(jù)“梁的頻率密集區(qū)內(nèi)自振頻率計(jì)算值大于設(shè)備的振動(dòng)頻率”這一原則，來進(jìn)行梁的截面的設(shè)計(jì)，滿足這一要求的振動(dòng)梁可以只需考慮設(shè)備的動(dòng)力系數(shù)后按一般的靜力計(jì)算即可。

　　采用以上的簡(jiǎn)化方法一定程度上可以有效的控制結(jié)構(gòu)局部的振動(dòng)問題，但是無法提前預(yù)知工業(yè)廠房的振動(dòng)問題，因?yàn)椴粌H單根結(jié)構(gòu)梁固有頻率的計(jì)算方法準(zhǔn)確性差，區(qū)間范圍大，而且，即使單根梁的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，而工程實(shí)際中的振動(dòng)往往表現(xiàn)為多根梁、板的組合振動(dòng)，在設(shè)計(jì)上難以準(zhǔn)確把握。故比較準(zhǔn)確的方法是采用較復(fù)雜的有限元對(duì)包括主梁、次梁和樓板為一體的整個(gè)樓蓋甚至整個(gè)廠房的動(dòng)力特性進(jìn)行分析計(jì)算。

　　在進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到廠房的振動(dòng)不但有框架整體的水平振動(dòng)，而且還有樓蓋的垂直振動(dòng)。對(duì)于框架的水平振動(dòng)，需要對(duì)廠房整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度進(jìn)行加強(qiáng)來減少結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。

　　對(duì)于樓蓋的垂直振動(dòng)，從振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生共振反應(yīng)的是包含梁系的一定區(qū)域，說明樓蓋垂直振動(dòng)具有某種程度的整體性或局部整體性。

　　雖然可以通過建立整體有限元模型進(jìn)行計(jì)算，但建模和計(jì)算都太復(fù)雜，而且由于結(jié)構(gòu)體系頻率密集很多，很難找到局部區(qū)域模態(tài)結(jié)果，這都不利于設(shè)計(jì)中的定性判斷及方案修改，所以選取一定樓板區(qū)域進(jìn)行計(jì)算是比較科學(xué)的，其分析結(jié)果