工业建筑振动控制设计标准
来源:广东润远建设有限公司 发布时间:2019-03-20
工业建筑振动控制设计标准
Standard for vibration control design of industrial buildings
前 言
根据住房城乡建设部《2005年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)的通知》(建标[2005]124号文)及《关于同意国家标准《多层厂房楼盖抗微振设计规范》名称变更及调整主编单位的函》(建标标便[2012]146号文)》的要求,编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上编制而成。
本标准的主要内容是:1 总则、2 术语和符号、3 基本规定、4 结构振动计算、5 单层工业建筑振动控制、6 多层工业建筑振动控制、7 多层工业建筑楼盖微振动控制、8 振动测试、9 既有工业建筑振动控制等。
本标准由住房和城乡建设部负责管理,中国机械工业集团有限公司和中国中元国际工程有限公司负责具体技术内容的解释。在执行过程中,请各单位结合工程实践,认真总结经验,并将意见和建议寄交北京市海淀区西三环北路5号《工业建筑振动控制设计标准》编制组。
1 总则
1.0.1 为了在工业建筑结构振动控制中贯彻国家法律法规及相关技术经济政策,确保工业建筑在振动作用下,能够满足结构安全、正常生产及环境要求,做到技术先进、经济合理,制定本标准。
1.0.2 本标准适用于动力设备作用下工业建筑结构振动控制设计。
1.0.3 工业建筑振动控制设计除应执行本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2.1.1 建筑振动building engineering vibration
建筑由动力设备作用等引起的结构振动。
2.1.2 容许振动值 allowable vibration value
受振对象振动指标的限值。
2.1.3 水平向振动 horizontal vibration
与地面平行的振动,用x轴、y轴表示两个正交控制方向。
2.1.4 竖向振动 vertical vibration
与地面垂直的振动,用z轴表示。
2.1.5第一频率密集区 compact zone of first frequency
在振动荷载作用下的多跨连续梁,其幅频特性曲线上出现若干密集区,每个密集区内拥有若干个固有频率,在幅频特性曲线上首先出现的频率密集区,称为第一频率密集区。
2.1.6微振 micro-vibration
振动速度小于5mm/s,且对建筑结构无损伤的振动。
2.1.7隔振 vibration isolation
对振动源采取措施降低振动输出或者对受振动影响的仪器仪表、机器及建筑采取措施降低振动响应。
2.2.1 作用和作用效应:
——结构构件效应;
C——结构构件效应限值;
R——结构构件的承载力设计值;
u——振动线位移;
v——振动速度;
a——振动加速度。
2.2.2 计算指标:
f——振动作用频率、结构自振频率;
——振动圆频率;
E——材料弹性模量;
m——构件均布质量;
F——振动荷载幅值。
2.2.3 几何参数:
I——构件截面惯性矩。
3.1.1工业建筑的振动控制设计,应具备如下资料:
1 工程规划总图及工艺平面布置图。
2 设备及仪器平面布置图、设备名称、型号、外形及底座尺寸。
3 动力设备的振动荷载。
4 设备及仪器的容许振动标准。
5 结构平面图、剖面图。
6 工业建筑地质资料。
7 周边的动力设备及环境振动资料、对振动控制有较高要求的建筑及人群分布资料。
3.1.2工业建筑的振动控制设计,应包括下列极限状态:
1 承载能力极限状态:应包括在振动荷载作用下构件承载力验算,必要时应进行构件疲劳验算。
2 正常使用极限状态:应包括在振动荷载作用下构件变形验算,设备要求的振动位移、速度、加速度验算,人体舒适度验算,必要时应进行混凝土构件应力和裂缝验算。
3.1.3工业建筑在微振状态下,结构振动应满足设备位移、速度、加速度的要求以及人体舒适度的要求;在强振状态下,尚应进行构件承载力验算,必要应进行构件疲劳、应力和裂缝验算。
3.1.4 工业建筑振动控制设计时,动力设备的振动荷载宜由设备制造厂提供,当设备制造厂不能提供时,应按现行国家标准《建筑振动荷载标准》GB/T51228的规定确定。
3.1.5工业建筑振动控制设计时,容许振动标准应按现行国家标准《建筑工程容许振动标准》GB 508686的规定和设备厂家要求的较小值确定。
3.1.6工业建筑结构的自振频率应避开扰力频率,无法避开时,应采取增大结构阻尼或设备隔振措施。
3.1.7工业建筑振动控制采取隔振措施时,应按现行国家标准《工程隔振设计标准》GB 50463的规定执行。
3.2.1 当工业建筑的振动环境要求较高时,宜远离强振源。
3.2.2 当工业建筑动力设备的振动荷载较大时,不宜建在软土、填土、液化砂土等不良地质区域。
3.2.3工业建筑的工艺设计时,振动设备与精密仪器、精密加工设备应分区布置,精密加工与普通加工设备宜分区布置。
3.2.4 动力设备的布置,宜符合下列要求:
1 自重较大且振动荷载较大的设备和冲击式机器应布置在首层或地下室。
2 楼层上的动力设备宜沿楼盖主、次梁成列布置,竖向振动较大的设备宜布置在靠近柱的主梁上。
3 为建筑物服务的辅助振动设备,宜集中设置在对精密加工和精密仪器振动影响较小的区域。
3.3.1工业建筑的结构选型,在满足生产工艺和建筑功能要求的同时,应满足下列要求:
1 承受振动荷载的工业建筑,宜采用现浇钢筋混凝土结构或钢结构,对于水平振动较大的工业建筑,不应采用砌体结构。
2 工业建筑抗侧力结构的布置应与振动荷载作用方向相协调。
3 结构及构件的平面和竖向布置宜规则,传力应合理且传力路径应连续。
4 多层工业建筑的楼盖,宜采用现浇混凝土结构楼盖或组合楼盖。
3.3.2 当工业建筑布置振动荷载较大的设备时,动力设备可单独设构架式设备基础并与主体结构脱开。
3.3.3 振动控制要求较高的多层工业建筑内不宜设置起重机;当需设置时,应单独设置支承结构并与主体结构脱开。
3.3.4 承受强振影响的工业建筑,地基基础宜采用桩基础或复合地基。
3.3.5 承受振动荷载的工业建筑结构,混凝土强度等级不宜低于C30。
3.4.1 工业建筑振动控制设计时,结构的正常使用极限状态,应采用下列设计表达式:
1 振动荷载组合作用下,结构的正常使用极限状态,应采用下列表达式:
式中:
——正常使用极限状态动荷载组合的效应设计值,可按本标准第3.4.8条计算;
——结构达到正常使用要求所容许的位移、速度、加速度以及舒适度等限值。
2 计入振动荷载作用、静荷载的准永久组合并考虑长期作用的影响时,结构的正常使用极限状态,应采用下列表达式:
式中:S——正常使用极限状态下,计入振动荷载作用和静力荷载组合后的效应设计值。结构变形和受弯构件挠度应按本标准第3.4.4条计算,钢筋混凝土构件应力和裂缝应按本标准第3.4.5条计算;
C——结构构件达到正常使用要求所规定的限值,应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《钢结构设计规范》GB50017的规定取值。
3.4.2 工业建筑振动控制设计时,结构的承载能力极限状态,应采用下列表达式:
式中:
——结构重要性系数:对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1,对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0,对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9;
——承载能力极限状况下作用组合的效应设计值,按本标准第3.4.6条计算;
——结构构件的承载力设计值。
3.4.3 结构构件在振动荷载作用下的疲劳验算应分别按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《钢结构设计规范》GB50017的规定实施,验算时采用的荷载标准值应按本标准第3.4.7条的规定计算。
3.4.4 工业建筑承受振动荷载作用时,结构和构件的变形设计值,应按下式计算:
式中:
——结构和构件的变形设计值;
——结构和构件在静力荷载作用下的变形值;
——结构和构件在振动荷载作用下的变形幅值。
3.4.5 工业建筑钢筋混凝土受振构件的应力及裂缝验算时,构件截面内力组合设计值,应按下式计算:
式中:
——结构构件内力组合的设计值,包括组合的弯矩、轴力和剪力设计值等;
——结构构件在静力荷载作用下内力组合的设计值。
3.4.6 结构构件的振动作用效应与其他静力荷载效应的基本组合,应按下式计算:
3.4.7 工业建筑构件疲劳验算时,结构构件的振动作用效应与其他荷载效应的标准值组合,应按下式计算:
式中:
——构件在静力荷载作用下内力组合的标准值。
3.4.8 多振源振动荷载作用效应组合,应符合下列规定:
1 当多个周期性振动荷载或稳态随机振动荷载组合时,振动荷载作用效应组合值,宜按下式计算:
式中:
——第i个振动荷载作用效应值;
n——振动荷载的总数量。
2 当两个周期性振动荷载作用时,振动荷载作用效应组合值,宜按下式计算:
式中:
——两个振动荷载效应组合值;
第1个、第2个振动荷载效应的最大值。
3 当冲击荷载起控制作用时,振动荷载作用效应组合值,宜按下式计算:
式中:
——最大冲击荷载效应值。
4 结构振动计算
4.1 一般规定
4.1.1 工业建筑结构的振动控制设计时,可将整体结构水平振动和楼盖及屋盖竖向振动分别计算。
4.1.2 结构水平向动力特性和振动响应的计算,应符合以下规定:
1对于平面及竖向布置规则、结构质量及刚度分布均匀、楼盖刚度较大、振动作用与结构抗侧刚度偏心小且扭转效应较小的结构,可采用本标准第5章、第6章规定的简化方法,计算结构动力特性和振动响应。
2 对于不满足本条第1款条件的结构,应采用数值分析方法,计入空间作用影响,计算结构动力特性和振动响应。
3 当扰力频率大于对应方向结构二阶频率时,可取扰力幅值等效静力荷载,计算结构振动响应。
4.1.3 楼盖及屋盖的竖向动力特性及其在振动荷载作用下的响应,应按以下规定进行计算:
1 当符合下列条件时,可按本标准第5章、第6章及第7章规定的简化方法,计算楼盖及屋盖的竖向动力特性和振动响应:
1)单层工业建筑屋盖竖向受力系统没有空间协同作用时,可以简化为单榀结构进行竖向振动分析;
2)多层工业建筑楼盖的刚度和质量分布比较均匀,各跨跨长最大相差不超过20%时。
3)机器转速小于1500r/min时。
2对于不满足本条第1款条件的结构,应采用数值分析方法,计算楼盖及屋盖的竖向动力特性和振动响应。
4.1.4结构的振动响应计算时,振动荷载作用点的位置应根据动力设备的质量分布、形状尺寸等综合确定。
4.1.5 结构的动力特性和振动响应计算时,建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和,各可变荷载的组合值,应按下列规定计算:
1结构整体计算时,楼面活荷载可采用与设计主梁相同的荷载,并计入准永久值系数进行组合。
2楼盖整体固有频率、竖向振动响应计算时,楼面活荷载宜采用与设计次梁相同的荷载,并计入准永久值系数进行组合。
3 楼盖局部固有频率、竖向振动响应计算时,楼面活荷载宜按实际情况计入;当不能精确确定楼面活荷载时,应按以下原则取值:结构频率低于扰力频率时可取较小值,结构频率高于扰力频率时可取较大值。
4.1.6 结构振动计算时,结构阻尼比确定应符合下列规定:
1 结构的自振频率与扰力频率之比在0.7~1.3范围内时,应考虑结构阻尼作用。
2 钢筋混凝土整体结构和楼盖结构的阻尼比,可按表4.1.6取值。
表4.1.6振动计算时的阻尼比
|
结构类型 |
强振 |
微振 |
|
混凝土结构 |
0.05 |
0.02 |
|
钢结构 |
0.02 |
0.005~0.01 |
|
混合结构 |
0.035 |
0.01~0.02 |
4.1.7 结构振动计算时,混凝土、钢筋和钢材的材料强度、弹性模量、泊松比可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010和《钢结构设计规范》GB50017采用;强振计算时混凝土的弹性模量可取现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定值的1.35倍。
4.1.8 结构振动分析时,构件的截面参数宜按下列规定采用:
1 现浇楼盖及装配整体式楼盖,宜考虑楼板对梁刚度的影响。
2 楼板上的砂浆面层,可计入二分之一面层厚度。
3 有效翼缘按表4.1.8的最小值采用。
4 设备基础与楼板有可靠连接时,宜计入基础对楼盖刚度的影响。
5 梁的上下有墙体时,应考虑墙体对梁的影响。
表4.1.8 有效翼缘计算厚度
|
情况 |
T形、L形截面 |
倒L形截面 |
|||
|
肋形梁(板) |
独立梁 |
肋形梁(板) |
|||
|
1 |
按计算跨度l0考虑 |
l0/3 |
l0/3 |
l0/6 |
|
|
2 |
按 梁(肋)净距sn考虑 |
b+sn |
— |
b+sn/2 |
|
|
3 |
按翼缘高度 |
|
— |
b+12 |
— |
|
|
b+12 |
b+6 |
b+5 |
||
|
|
b+12 |
b |
b+5 |
||
注:1) 表中b为梁的腹板厚度,h0为梁截面有效高度;
2) 肋形梁在梁跨内设有间距小于纵肋间距的横肋时,可不考虑表中情况3的情况;
3) 加腋的T形、I形和倒L形截面,当受压区加腋的高度
不小于
且加腋的长度
不大于
时,其翼缘计算宽度可按表中情况3的规定分别增加
(T形、L形截面)和
(倒L形截面);
4) 独立梁受压区的翼缘板在荷载作用下经验算沿纵肋方向可能产生裂缝时,且计算宽度应取腹板厚度b。
4.1.9结构在单一周期性荷载作用下的振动响应,当计算出结构位移时,结构的振动速度和振动加速度,可按下列公式计算:
(4.1.9-1)
2 (4.1.9-2)
式中:v——结构振动速度幅值;
a——结构振动加速度幅值;
u——结构振动位移幅值;
——激励圆频率。
4.2.1 结构振动分析采用数值计算方法时,应符合下列规定:
1 对于谐波、周期性或者频段较集中的振动荷载作用时,振动分析宜在频域内采用传递函数方法计算。
2 对于非稳定、非周期或者频率成分比较复杂的振动荷载作用时,振动分析宜在时域内采用动力时程分析方法进行计算。
4.2.2 计算结构振动幅值和动内力时,宜在扫频区范围进行计算,并符合下列规定:
1 当结构自振频率不在扫频区范围内时,扰力频率可取扫频区最大值和最小值分别计计算结构振动响应;当结构一阶频率高于扫频区频率最大值时扰力频率可取扫频区最大值计算结构振动响应。
2 当结构自振频率在扫频区范围内时,扰力频率取值间隔不宜大于0.5Hz,且应涵盖所有扫频区范围内的结构频率。
4.2.3扰力频率扫频区范围,应符合下列规定:
fe,min=fe(1-ε) (4.2.3-1)
fe,max=fe(1+ε) (4.2.3-2)
式中:fe,min——计算频率最小值;
fe,max——计算频率最大值;
fe——设备的自振频率;
ε——扫频参数,可按表4.2.3采用。
表4.2.3 扫频参数
|
扫频参数 |
计算屋盖楼盖竖向振动 |
计算整体结构水平振动 |
|
|
0.2 |
0.3 |
4.2.4 结构动力特性和振动响应的数值分析,可采用有限单元法;采用有限元方法进行结构振动分析时,计算单元的选取,应符合下列规定:
1 整体结构水平振动应按独立结构单元进行计算,若建筑物与附属建筑或构筑物相连,应在计算中计入附属结构的影响。
2 楼盖竖向振动计算可按独立结构单元计算;当不计入层间传递时,可取振动荷载直接作用的楼层计算。
4.2.5结构整体分析时,宜根据实际情况按下列要求分部建模计算:
1 粗略建模验证振动响应规律。
2 精细建模验证振动响应容许值。
4.2.6 有限元计算模型中构件布置、杆件类型、几何参数、物理特性、边界条件、外加荷载等,应能真实的反映结构的受力状态,并符合下列要求:
1 梁单元应计入弯曲、剪切、扭转变形,必要时计入轴向变形;
2 板单元应计入平面外弯曲,剪切变形,必要时计入平面内变形;
3 柱单元应计入弯曲、剪切、轴向和扭转变形。
4 楼板面层刚度宜取叠合板等效刚度。
5 振动控制点应设为节点。
5.1 一般规定
5.1.1 本章适用于单层工业建筑在振动荷载作用下基础振动、结构水平振动、屋盖及吊车梁等竖向振动的控制。
5.1.2 单层工业建筑屋架设置动力设备或者地面设置中大型振动设备时,其结构水平一阶自振频率及屋架一阶竖向自振频率宜避开设备的扰力频率。
5.1.3 单层工业建筑屋架设置动力设备时,应加强屋盖整体水平刚度,并验算屋盖水平向及竖向振动荷载作用下的振动响应;屋盖竖向振动速度超过20mm/s时,应进行屋架在振动荷载作用下的强度和疲劳验算。
5.1.4 单层工业建筑内及附近布置锻锤、压力机、落锤、破碎机、磨机等动力设备时,建筑结构邻近的基础承载力应计入地基土承载力折减系数,折减系数可按下式计算:
式中:
——建筑结构基础地基土承载力折减系数;
a——动力设备基础振动加速度。
5.1.5 单层工业建筑采用天然地基时,基础容许振动加速度,宜满足表5.1.5的要求。
表5.1.5 基础容许振动加速度
|
地基土类别 |
砂土 |
粘土 |
黄土 |
|
容许振动加速度 |
0.1g |
0.15g |
0.3g |
5.1.6 单层工业建筑地面设置大型动力设备,当结构振动验算不能满足要求时,宜采取下列减小振动输出的措施:
1 大型冲击动力设备基础需在底部设置整体高阻尼隔振层;
2 大型回转动力设备需在设备底部设置整体隔振层;
3 大型振动台激振设备经评估后,可采用独立桩筏基础或基础隔振层。
5.2 结构振动计算
5.2.1 单层工业建筑横向振动频率,可按下列公式计算:
式中:
——单层工业工业建筑横向一阶自振频率;
L——建筑横向总跨度(m);
H——建筑屋架下弦高度(m);
——山墙影响系数,按表5.2.1-1取值;
——侧墙类型影响系数;
——屋盖类型影响系数,按表5.2.1-2取值。
表5.2.1-1 山墙影响系数
|
L/B |
0.85 |
1.0 |
1.5 |
|
|
山墙影响系数 |
0.8 |
0.85 |
0.9 |
1.0 |
注:B为山墙间距。
表5.2.1-2 屋盖类型影响系数
|
屋盖类型 |
砼屋架屋面 |
钢屋架砼屋面 |
|
屋盖类型影响系数 |
1.0 |
0.85 |
5.2.2 工业建筑的屋盖在水平振动荷载作用下,屋架下弦的水平振动位移,可按下式计算:
式中:
——结构屋架下弦水平振动位移幅值;
——结构在振动荷载幅值作用下产生的静水平位移,计算时不计入屋盖的空间作用;
——结构一阶水平自振圆频率;
——设备扰力频率;
——材料阻尼系数,对于钢筋混凝土结构可取0.1。
5.2.3 工业建筑屋盖在振动荷载作用下,设备作用点处的竖向振动位移,可按下式计算;
式中:
——屋盖动力设备作用点处的竖向振动位移幅值;
F——屋盖动力设备振动荷载幅值;
K——屋盖动力设备处抗弯刚度,可按简支约束计算;
——屋盖第一阶竖向自振圆频率;
——设备扰力频率。
5.2.4 大型动力设备作用于地面时,结构柱基础的振动位移,可按下列公式计算:
式中:
——柱基础的振动位移幅值;
——设备基础的振动位移幅值;
——柱基中心至设备基础中心的距离(m);
r0 ——设备基础折算半径(m);
——设备基础面积(m2);
——修正系数,可取0.5~0.6。
5.2.5地大型动力设备作用于地面时,结构柱顶的振动位移,可按下式计算:
式中:
——柱顶振动传递系数,按表5.2.5确定。
表5.2.5 柱顶振动传递系数
|
H/rc |
|
|
|
|
0.8 |
1.0 |
表中:rc——柱回转半径(m),
;
H——柱的高度(m);
——柱截面面积(m2)。
5.2.6地面大型动力设备作用下,屋架的竖向振动位移,可按下列公式计算:
式中:
——屋架支撑柱顶的振动位移平均值;
——屋架支撑右柱柱顶振动位移幅值;
——屋架支撑左柱柱顶振动位移幅值;
——设备振动频率;
——屋架第一阶竖向自振频率。
5.3 构件内力计算
5.3.1 单层工业建筑内安装锻锤、压力机、空气压缩机及落锤等振动强度较大的动力设备时,结构构件应进行振动荷载作用下的强度验算。
5.3.2 单层工业建筑在振动荷载作用下,结构内力可采用本标准4.2节的规定进行计算;对于非轻质屋盖结构,也可按本节动应力放大系数方法进行简化计算。
5.3.3 单层工业建筑在振动荷载作用下,动应力放大系数宜按下列要求确定:
1 屋盖结构动应力放大系数宜按第5.3.4条~第5.3.7条确定。
2 吊车梁动应力放大系数可取5%。
3 柱可不考虑动应力放大系数。
5.3.4 锻锤振动作用对屋盖结构动应力放大系数,可按表5.3.4确定。
表5.3.4 锻锤振动屋盖动应力放大系数及影响半径
|
锻锤下落部分的公称质量(t) |
|
2.0~5.0 |
10.0~16.0 |
18.0~25.0 |
|
屋盖动应力放大系数 |
1.05 |
1.05~1.10 |
1.10~1.15 |
1.15~1.20 |
|
影响半径(m) |
15~25 |
30~40 |
45~55 |
60~70 |
5.3.5 压力机振动作用对屋盖结构动应力放大系数,可按表5.3.5确定。
表5.3.5压力机振动屋盖动应力放大系数
|
压力机公称压力(kN) |
|
16000~18000 |
|
|
屋盖动应力放大系数 |
1.03~1.05 |
1.05~1.10 |
1.10~1.15 |
5.3.6 空气压缩机振动作用对屋盖结构动应力放大系数,可按表5.3.6确定。
表5.3.6空气压缩机振动屋盖动应力放大系数
|
空气压缩机基础垂直振动( |
50 |
100 |
200 |
|
屋盖动应力放大系数 |
1.05 |
1.10 |
1.15 |
5.3.7 落锤振动作用对屋盖结构动应力放大系数,可按表5.3.7确定。
表5.3.7 落锤振动屋盖动应力放大系数及影响半径
|
落锤冲击能量( |
|
120 |
|
|
|
屋盖动应力放大系数 |
1.10~1.15 |
1.15~1.20 |
1.20~1.25 |
|
|
影响半径 |
一、二、三类土 |
30 |
40 |
60 |
|
四类土(除下栏外) |
40 |
50 |
70 |
|
|
饱和粉土、细砂及淤泥质土 |
50 |
80 |
100 |
|
6.1.1 本章适用于多层工业建筑水平振动及楼盖竖向振动控制设计。
6.1.2 多层工业建筑的振动控制设计,应包括下列内容:
1 确定设备布置及振动荷载。
2 设定楼盖结构竖向自振频率目标值;当楼层上设置低频动力设备时,设定结构整体水平自振频率目标值。
3 确定抗侧力结构体系。当楼层上设置低频动力设备时,进行结构水平自振频率计算直至满足设定目标;计算结构水平振动响应,并满足容许振动值需求。
4 设计楼盖梁板截面,计算并满足楼盖的固有频率需求;计算楼盖的竖向振动值,必要时调整楼盖布置,直至满足容许振动值需求。
6.1.3 当楼层上设置低转速、大扰力的动力设备时,结构宜采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构、钢框架-支撑结构,并符合下列要求:
1 水平振动作用较大的设备宜布置在较低楼层,设备平面布置宜与结构抗侧刚度中心重合。
2 当水平振动设备布置在较高楼层时,结构抗侧刚度宜沿结构高度均匀布置。
6.1.4 承受振动荷载的工业建筑应采用梁板式楼盖,主次梁的最小高跨比宜符合表6.1.4的规定:
表6.1.4 梁的最小高跨比
|
振动荷载(kN) |
≤1.0 |
1.0~3.0 |
|
次梁高跨比 |
1/12 |
1/10 |
|
主梁高跨比 |
1/10 |
1/8 |
6.1.5 承受振动荷载的楼盖,板厚不宜小于板跨的1/20,且不应小于120mm;楼盖不应采用悬臂结构。
6.1.6扰力超过3kN的动力设备,宜采取隔振措施后方可布置在楼盖上;扰力超过15kN的动力设备,不宜布置在楼盖上。
6.1.7设置于楼面或屋面上的动力设备,满足下列情况之一时,其支承结构可不做振动荷载作用下承载力、疲劳和裂缝验算。
1 当机器扰力不大于300N且扰力频率远离共振区时。
2 当机器扰力不大于100N时。
6.1.8当建筑结构的振动不能满足动力设备、精密仪器的容许振动或结构强度要求时,宜对动力设备或精密仪器采取隔振或减振措施。
(Ⅰ)结构水平振动计算
6.2.1 工业建筑结构水平振动简化计算时,应符合下列假定和要求:
1 楼盖在其平面内可假定为绝对刚性,不计入其平面内变形。
2 假定结构质量集中在楼盖处。
3 基础可假定为绝对刚性,不考虑其变形。
4 分析模型除主要受力构件外,尚应计入填充墙的作用。
6.2.2 水平振动简化计算可采用振型分解法,计算时可取振动方向的前两阶振型。
6.2.3 结构在第k类振源作用下,结构第
层前两阶振型的水平振动响应,可按下列公式计算:
式中:
——第i层的位移幅值;
——k类振源对j振型的滞后角;
——在振型j折算荷载幅值
静力作用下折算体系产生的位移;
——k类振源对j振型的动力系数;
——j振型的圆频率;
——k类振源修正后的圆频率;
——钢筋混凝土结构的阻尼比;
mi——第i层的有效质量;
Xji——j振型第i层的振型向量;
Fki——作用于第i层上,第k类振源的振动荷载幅值。
(Ⅱ)结构竖向振动计算
6.2.4 楼盖在设备扰力作用下,扰力点的竖向振动响应可采用单跨梁模型并考虑梁端约束条件简化计算。
6.2.5 采用单跨梁模型计算振动响应时,可采用下列计算假定:
1 柱可以作为主梁的刚性支座。
2 主梁在动荷载作用下静挠度小于次梁在动荷载作用下静挠度的1/10时,主梁可视为次梁的刚性支座,否则应作为弹性支座处理。
3 结构第一阶频率小于扰力频率时,主次梁节点采用刚接模型;结构第一阶频率大于扰力频率时,主次梁节点采用铰接模型。
4 采用刚接模型时,梁端支座刚度应计入0.95倍的刚度降低系数。
6.2.6 非弹性支座刚接的主梁(图6.2.6),一阶自振频率可按下式计算
图6.2.6非弹性支座刚接主梁计算简图
式中:E——梁的弹性模量;
I——梁的截面惯性矩;
L——梁长;
——梁上单位长度的等效均布质量,按6.2.11计算。
6.2.7 弹性支座铰结次梁(图6.2.7)一阶自振频率可按下式计算:
式中:
——梁单位长度上的质量;
——梁上第i点的集中质量;
——质量修正系数,可按表6.2.9采用。
表6.2.9 质量修正系数
|
x/L |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
|
|
0.191 |
0.691 |
1.314 |
1.810 |
2.000 |
1.810 |
1.310 |
0.691 |
0.191 |
6.2.10 单跨梁模型振动位移幅值,可按下式计算:
式中:
——梁在振动荷载幅值作为静荷载作用下产生的竖向位移;
——梁一阶竖向自振频率;
——设备扰力频率;
——结构非弹性阻尼系数。
(Ⅰ)结构水平振动控制措施
6.3.1 当结构水平振动过大时,应对动力设备采取下列措施:
1 动力设备扰力频率与结构固有频率接近时,可对动力设备采取隔振减振,降低振动
荷载、改变扰力频率等措施。
2 将动力设备水平扰力作用方向,布置在结构水平自振频率与扰力频率相差较大的方
向。
6.3.2 结构水平振动过大时,应对结构采取下列措施:
1 增加剪力墙、支撑等抗侧力构件。
2合理利用填充墙刚度,将刚性填充墙设置在对减小楼盖水平旋转振动最有效的位置上,并且加强填充墙与主体结构的连接。
3 当工艺不允许增加抗侧力构件时,可调整结构跨度或者增大构件截面。
4 当工业建筑与附属构筑物相连时,宜将附属构筑物配置在建筑的对称轴线上。
5 合理设置减振耗能产品或构件。
(Ⅱ)结构竖向振动控制措施
6.3.3动力设备在楼盖上的布置,应符合下列要求:
1动力设备宜合理布置在楼盖梁上,应避免布置在无梁楼板上。
2上下往复运动的设备应布置在结构的竖向构件附近。
3水平往复运动的设备应布置在跨中部位,并使扰力沿梁轴向作用。
6.3.4 当设备布置在单根梁上时,应采取措施避免梁产生扭转振动。
6.3.5 楼盖上的动力设备,不应与竖向结构构件连接。
6.3.6 多台振动控制要求类似的动力设备毗邻时,或多台振动控制要求相近的精密仪器设备毗邻时,宜采用联合基础。
6.3.7 结构楼盖与在动力设备的扰力作用下发生共振时,应采取措施调整楼盖结构的固有频率;当采用刚性支撑加强楼盖刚度时,应符合下列规定:
1 斜支撑的总刚度不宜小于楼板主梁刚度的0.5倍;
2 斜支撑的设置,宜符合下列规定:
1)当采取“人”字形时,以双支撑方式布置在楼盖主梁或者次梁跨中。
2)当采取“一”字形时,宜以单支撑方式布置在楼盖相邻主梁或次梁之间。
3)当采取“十”字形时,宜宜正交支撑方式布置在楼板下方。
6.3.8当采取6.3.7条措施不能控制楼盖竖向振动时,可对动力设备采用隔振减振措施。
7.1.1 本章适用于多层工业建筑的楼盖在振动荷载小于600N的中小型机床、制冷压缩机、电机、风机或水泵等设备作用下的结构振动响应计算和设计。
7.1.2 当楼盖上设置加工表面粗糙度较粗的机床,其楼盖单位宽度的相对抗弯刚度大于或等于表7.1.2的规定值时,可不做竖向振动计算。
表7.1.2 楼盖单位宽度的相对抗弯刚度
|
楼盖横向 跨数 |
板梁相对抗弯刚度比 |
机床分布密度(㎡/台) |
||
|
≤10 |
11~18 |
>18 |
||
|
1 |
≤0.4 |
240 |
200 |
170 |
|
0.8 |
280 |
220 |
180 |
|
|
1.6 |
330 |
270 |
220 |
|
|
2 |
≤0.4 |
230 |
180 |
160 |
|
0.8 |
270 |
200 |
180 |
|
|
1.6 |
300 |
240 |
200 |
|
|
3 |
≤0.4 |
220 |
170 |
150 |
|
0.8 |
260 |
200 |
170 |
|
|
1.6 |
280 |
229 |
190 |
|
注:1机床分布密度为机床布置区的总面积除以机床台数。
2板梁相对抗弯刚度比按本标准第7.2.2条的规定计算。
7.1.3 次梁间距小于或等于2m、板厚大于或等于80mm的肋形楼盖和预制槽板宽度小于或等于1.2m的装配整体式楼盖,其梁和板的截面最小尺寸,应符合表7.1.3的规定。
表7.1.3 梁和板的截面最小尺寸
|
肋形楼盖 |
装配整体式楼盖 |
主梁 高跨比 |
|||
|
板高跨比 |
次梁 高跨比 |
现浇面层厚度(mm) |
板肋 高跨比 |
板厚(mm) |
|
|
1/18 |
1/15 |
60 |
1/20 |
30 |
1/10 |
7.2.1 楼盖的竖向微振动计算简图,可按下列规定采用:
1 扰力作用在主梁或次梁上时,宜沿主梁或次梁方向将楼盖视为彼此分开的单跨或多
跨连续T形梁;
2 柱可作为主梁支座,主梁可作为次梁支座;
3 当连续梁超过五跨时,可按五跨计算;
4 楼盖的周边支承条件宜取简支。
7.2.2 楼盖的板梁相对抗弯刚度比,应按下式计算:
(7.2.2)
式中:
——板梁相对抗弯刚度比;
——主梁的弹性模量(
);
——次梁的弹性模量(
);
——次梁的跨度(
);
——主梁的跨度(
);
——次梁的跨度(
);
——主梁的跨度(
);
——次梁间距(
)。
7.2.3 楼盖第一频率密集区内的最低和最高固有频率,宜按下列公式计算:
(7.2.3-1)
(7.2.3-2)
式中:
——楼盖第一频率密集区内最低固有频率(
);
——楼盖第一频率密集区内最高固有频率(
);
——楼盖构件上单位长度的均匀质量(
),当有集中质量时,应按本标准第7.2.4条的规定计算;
——楼盖构件的跨度(
);
、
——固有频率系数,按表7.2.3确定。
表7.2.3固有频率系数
|
固有频 率系数 |
梁的跨数 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
φ1 |
1.57 |
1.57 |
1.57 |
1.57 |
1.57 |
|
φh |
1.57 |
2.45 |
2.94 |
3.17 |
3.30 |
7.2.4 当楼盖构件上有均布质量和集中质量时,宜将集中质量按下式换算成均布质量:
(7.2.4)
式中:
——楼盖构件上单位长度的均布质量(
);
——楼盖构件上的集中质量(kg);
——梁的跨数;
——集中质量换算系数,按表7.2.4确定。
表7.2.4集中质量换算系数kj
|
跨度数 |
跨度序号 |
固有频率 |
αj |
|||||||||
|
0 |
0.10 |
0.20 |
0.30 |
0.40 |
0.50 |
0.60 |
0.70 |
0.80 |
0.90 |
|||
|
1 |
1 |
f11 |
0 |
0.191 |
0.691 |
1.310 |
1.810 |
2.000 |
1.810 |
1.310 |
0.691 |
0.191 |
|
2 |
1 |
f1h |
0 |
0.311 |
1.070 |
1.863 |
2.267 |
2.088 |
1.456 |
0.720 |
0.208 |
0.018 |
|
2 |
f1h |
0 |
0.018 |
0.208 |
0.720 |
1.456 |
2.088 |
2.267 |
1.863 |
1.070 |
0.311 |
|
|
3 |
1 |
f1h |
0 |
0.226 |
0.756 |
1.243 |
1.381 |
1.100 |
0.601 |
0.183 |
0.011 |
0.006 |
|
2 |
f1h |
0 |
0.160 |
0.951 |
2.380 |
3.803 |
4.400 |
3.803 |
2.380 |
0.951 |
0.160 |
|
|
3 |
f1h |
0 |
0.006 |
0.011 |
0.183 |
0.601 |
1.100 |
1.381 |
1.243 |
0.756 |
0.226 |
|
|
4 |
1 |
f1h |
0 |
0.164 |
0.540 |
0.863 |
0.913 |
0.670 |
0.312 |
0.062 |
0.000 |
0.018 |
|
2 |
f1h |
0 |
0.192 |
1.044 |
2.440 |
3.646 |
3.903 |
3.046 |
1.639 |
0.504 |
0.046 |
|
|
3 |
f1h |
0 |
0.457 |
0.504 |
1.639 |
3.046 |
3.903 |
3.646 |
2.440 |
1.044 |
0.192 |
|
|
4 |
f1h |
0 |
0.018 |
0.000 |
0.062 |
0.312 |
0.670 |
0.913 |
0.863 |
0.540 |
0.164 |
|
|
5 |
1 |
f1h |
0 |
0.122 |
0.397 |
0.623 |
0.641 |
0.448 |
0.188 |
0.026 |
0.004 |
0.022 |
|
2 |
f1h |
0 |
0.170 |
0.914 |
2.070 |
2.992 |
3.072 |
2.260 |
1.104 |
0.278 |
0.012 |
|
|
3 |
f1h |
0 |
0.106 |
0.841 |
2.367 |
3.992 |
4.693 |
3.992 |
2.367 |
0.841 |
0.106 |
|
|
4 |
f1h |
0 |
0.142 |
0.278 |
1.104 |
2.260 |
3.072 |
2.992 |
2.070 |
0.914 |
0.170 |
|
|
5 |
f1h |
0 |
0.022 |
0.004 |
0.026 |
0.188 |
0.448 |
0.641 |
0.623 |
0.397 |
0.120 |
|
7.2.5 当楼盖上机器的转速均低于600r/min时,可仅计算楼盖第一频率密集区内最低固有频率
。
7.2.6 计算楼盖的竖向振动值时,楼盖的固有频率计算,值宜按下列公式计算:
式中:
——楼盖第一频率密集区内最低固有频率计算值(
);
——楼盖第一频率密集区内最高固有频率计算值(
)。
7.2.7 楼盖竖向微振动位移,可按下列规定计算:
ξ——楼盖的阻尼比;
——空间影响系数,当计算主梁的振动位移时,可取为1;
、
——动力系数;
——扰力作用点位置修正系数,应按本规范第7.2.8条的规定采用。
7.2.8 扰力作用点位置修正系数,可按下列规定取值:
1 当扰力作用点位于主梁上及三跨或两跨边跨的次梁上时,扰力作用点位置修正系数
可取1;
2 当扰力作用点位于三跨中跨的次梁上时,扰力作用点位置修正系数
可取0.8;
3 当扰力作用点位于单跨的跨中次梁上时,扰力作用点位置修正系数
可取1.2。
7.2.9 位移计算系数可按表7.2.9确定。
表7.2.9 位移计算系数kst、k1、k2
|
计算简图 |
kst |
k1 |
k2 |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
0.25 |
0.50 |
0.75 |
0.25 |
0.50 |
0.75 |
0.25 |
0.50 |
0.75 |
|
|
|
1.172 |
2.083 |
1.172 |
1.042 |
2.054 |
1.042 |
- |
- |
- |
|
|
0.942 |
1.497 |
0.723 |
0.578 |
1.101 |
0.541 |
0.362 |
0.513 |
0.138 |
|
|
0.928 |
1.458 |
0.693 |
0.461 |
0.861 |
0.412 |
0.160 |
0.193 |
0.054 |
|
|
0.620 |
1.146 |
0.620 |
0.379 |
0.747 |
0.379 |
0.185 |
0.460 |
0.185 |
|
|
0.927 |
1.456 |
0.691 |
0.428 |
0.792 |
0.373 |
0.108 |
0.126 |
0.043 |
|
|
0.613 |
1.121 |
0.597 |
0.326 |
0.625 |
0.309 |
0.139 |
0.303 |
0.107 |
|
|
0.927 |
1.455 |
0.691 |
0.424 |
0.781 |
0.366 |
0.089 |
0.103 |
0.040 |
|
|
0.612 |
1.119 |
0.595 |
0.312 |
0.590 |
0.286 |
0.110 |
0.228 |
0.082 |
|
|
0.590 |
1.096 |
0.590 |
0.269 |
0.523 |
0.269 |
0.107 |
0.268 |
0.107 |
7.2.10 当机器扰力不作用在跨中板条上时,其作用点的竖向振动位移(图7.2.10),可按下列公式计算:
式中
——跨中板条上各扰力作用点的竖向振动位移(m);
——跨中板条以外的各扰力作用点竖向振动位移(m)。
7.2.11 计算楼盖竖向振动位移时,机床的扰力频率
可取楼盖第一频率密集区内最低固有频率
。
7.2.12 同一层楼盖上,扰力作用点以外各验算点的竖向振动位移,可按下式计算:
(7.2.12)
式中 ur——同一楼层上扰力作用点以外各验算点的竖向振动位移(m);
γ——位移传递系数,应按本规范附录A确定。
7.2.13 当楼盖上设有对振动敏感的设备和仪器时。第i受振层上各验算点的竖向振动位移,可按下式计算:
(7.2.13)
式中 uri——第i受振层上各验算点的竖向振动位移(m);
——层间振动传递比,可按表7.2.13取值。
7.2.14 楼盖的水平向振动速度,可按下式计算:
式中
——一台机器运转时,楼盖上某验算点产生的水平竖向振动速度;
——水平向与竖直向振动速度等效系数,可取0.2~0.5。
7.3.1 有微振控制要求的多层工业建筑,设备布置应符合下列规定:
1 有强烈振动的设备,宜布置在工业建筑的底层;
2 较大振动的设备或对振动敏感的设备和仪器,宜靠近承重墙、框架梁及柱等楼盖局部刚度较大的部位;
3同时布置有较大振动的设备和对振动敏感的设备、仪器时,宜分类集中,分区布置,并利用工业建筑变形缝分隔;
4 对振动敏感的设备和仪器,应远离有较大振动的设备;
5 有水平扰力较大的设备时,宜使其扰力方向与工业建筑结构水平刚度较大的方向一致。
7.3.2 多层工业建筑内不宜设置起重设备,当必须设置时,宜采用悬臂式起重设备或其他对振动影响较小的运输工具。
7.3.3 设置在楼盖上的牛头刨床、砂轮机、制冷压缩机和水泵等设备,宜采用加设橡胶隔振垫等隔振措施。
7.3.4 各类动力设备与管道之间,宜采用软管或弹性软管连接;管道与建筑物连接部位应采取隔振措施。
7.3.5 工业建筑底层设有强烈振动的设备时,应设置独立基础,并应与工业建筑基础脱开。
8.0.1 结构振动测试应包含设计前及竣工后二阶段测试。
8.0.2工业建筑设计前,应根据工业建筑的使用功能、内部设备使用环境等进行潜在振源调查及对工业建筑所处环境振动进行测试,确定潜在振源可能产生的影响,并采用环境振动评价标准曲线评价环境振动水平。
8.0.3 工业建筑竣工后,应对振动敏感区域进行测试,确认满足建筑及设备振动容许标准。
8.0.4 工业建筑振动测试,应根据下列要求选择测量仪器:
1对于具有精密设备的工业建筑应选用倒摆式拾振器或对低频微幅响应较为敏感的传感元件。
2对于具有普通设备的工业建筑可选用磁电式拾振器或对中低频微幅反应较为敏感的传感元件。
3对于具有大型设备的工业建筑可选用磁电式和MEMs式拾振器或对中高频大幅振动较为敏感的传感元件。
8.0.5 振动测试系统和测试仪器的性能应符合国家现行有关标准的规定,测试仪器应由国家认定的计量部门定期检定或校准,并在有效期内使用。
8.0.6 振动荷载测试应符合下列规定:
1 振动荷载测试宜采用直接测试法。
2 除有特殊要求外,振动荷载测试点应取振动设备的支承点或振动荷载作用点;
3 振动荷载测试方向应取竖向和水平向两个方向。
8.0.7 振动响应测试除了满足振动控制需求外,尚应符合下列规定:
1 对于超低频振动,宜测量振动位移和速度;
2 对于低频振动,宜测量振动速度和加速度;
3 对于中高频振动和高频振动,宜测量振动加速度。
8.0.8工业建筑结构动力特性和响应的测试,应符合下列要求:
1 当结构对称时,可按任一主轴水平方向测试;当结构不对称时,应按各个主轴水平方向分别测试。
2 精密装备微振动测试时,应对精密装备底部、支撑结构顶、底部进行布设监测点。
8.0.9 拾振器的安装,应符合下列要求:
1 拾振器的灵敏度主轴方向应与测量方向一致。
2 拾振器应进行水平向和竖直向校平。
3 拾振器应与测量地面或设备紧密连接。
8.0.10 振动测量过程中,应保持振源处于正常工作状态,应避免其他振源和环境因素对振动测量的干扰。
8.0.11 振动测量应在振动噪声最大时段测量,环境振动测量尚应在昼间和夜间分别进行。
8.0.12 振动测试采样频率不应低于256Hz。
8.0.13 环境振动测量的测点数量不宜少于3个;对楼板的振动进行测试时,面积不大于20m²时,应至少选取1个测点,面积大于20m2时,应至少选取3个测点。
8.0.14 每个测点记录有效振动数据的次数不得小于3次。当3次测试结果与其算术平均值的相对误差在±5%以内时,测试结果可取其平均值。
8.0.15 建筑结构进行传递率分析时,宜进行多点同步测试。
9.0.1 当既有工业建筑的振动不能满足容许振动标准要求时,应采取下列一种或多种措施进行治理:
1 降低振源扰力。
2 改变结构刚度。
3 增加结构阻尼。
4 精密设备隔振。
9.0.2 降低振源扰力可采取下列措施:
1 减小设备的偏心距,改善设备动平衡性能;
2 调整设备布置方向或布置区域;
3 动力设备隔振。
9.0.3 改变结构的刚度可采用调整跨度、改变构件截面、施加体外预应力等措施。
9.0.4 增加结构阻尼,可采取下列措施:
1 增设隔墙、吊顶或面层等非结构构件;
2 设置调频质量阻尼器;
3 增设消能部件。
A.0.1 本附录适用于板梁相对抗弯刚度比
在0.4~3范围内,工业建筑跨度少于或等于三跨的现浇钢筋混凝土肋形楼盖或带现浇钢筋混凝土面层的预制槽形板楼盖。
A.0.2 位移传递系数的计算,应符合下列规定:
1当
时,应按下列规定计算:
(1)扰力作用点在梁中或板中,验算点也在梁中或板中的位移传递系数,可按下式计算:
式中
——扰力作用点在梁中或板中,机器扰力频率大于或等于楼盖第一频率密集区域内最低固有频率计算值且小于或等于楼盖第一频率密集区内最低固有频率时,楼盖上其他梁中或者板中某验算点的位移传递系数。
(2)当扰力作用点不在梁中或板中,验算点在梁中或板中的位移传递系数,可按下式计算:
式中
——扰力作用点位置换算系数。
(3)当验算点不在梁中或板中时的位移传递系数,可按本规范第A.0.5的规定确定。
2当
时,位移传递系数可按标准范第A.0.6条的规定确定。
A.0.3 扰力作用点在梁中或板中,机器扰力频率大于或等于楼盖第一频率密集区内最低固有频率计算值且小于或等于楼盖第一频率密集区内最低固有频率时,楼盖的其他各梁中或板中验算点(图A.0.3)的位移传递系数
,可按表A.0.3确定。
表A.0.3 位移传递系数
|
扰 力 作用点 位 置 |
验算点
所在跨 |
验算点位置 |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
||
|
板 中 |
本跨 |
|
1.00 |
0.55+0.03
-0.1 |
0.50+0.02
-0.12 |
0.30+0.03
-0.1 |
0.18+0.04 |
0.05+0.03 |
|
邻跨 |
|
0.30+0.08 |
0.20+0.08 |
0.15+0.08 |
0.08+0.05 |
0.06+0.05 |
0.04+0.02 |
|
|
隔跨 |
|
0.12+0.06 |
0.10+0.05 |
0.08+0.05 |
0.06+0.04 |
0.04+0.04 |
0.03+0.01 |
|
|
梁 中 |
本跨 |
1.00 |
0.90+0.2 |
0.36+0.08 |
0.32+0.06 |
0.10+0.08 |
0.13+0.04 |
0.05+0.02 |
|
邻跨 |
0.75 |
0.60+0.15 |
0.29+0.06 |
0.27+0.05 |
0.10+0.06 |
0.10+0.04 |
0.03+0.02 |
|
|
隔跨 |
0.50 |
0.40+0.1 |
0.08+0.04 |
0.17+0.03 |
0.08+0.04 |
0.08+0.03 |
0.03+0.01 |
|
注:8、9点的位移传递系数按6、7点相应数值乘以0.8,10、11点的位移传递系数按6、7点相应数值乘以0.6。
A.0.4 扰力作用点位置换算系数
,可按下列规定计算:
1 根据扰力作用点和验算点的位置,可按图(A.0.4)对所计算的楼盖进行分区(图A.0.4)。
2 当扰力作用点在梁上,验算点位于A区时,扰力作用点位置换算系数
,可按表A.0.4-1确定;
图A.0.4 楼盖分区图
表A.0.4-1 扰力作用点在梁上的ρ值
|
验算点所在区 |
扰 力 点 位 置 |
||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
A区 |
1.40 |
1.00 |
1.40 |
3当扰力作用点在板上,验算点位于A、B、C区时,扰力作用点位置换算系数ρ,可按表A.0.4-2确定;
表A.0.4-2 扰力作用点在板上的ρ值
|
验算点位置 |
扰 力 点 位 置 |
|||||
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
A区 |
1.20 |
1.10 |
1.20 |
1.10 |
1.00 |
1.10 |
|
B区 |
1.80 |
1.50 |
1.80 |
1.10 |
1.00 |
1.10 |
|
C区 |
1.20 |
1.10 |
1.20 |
1.05 |
1.00 |
1.05 |
注:1 C区为扰力作用点所在区;当扰力作用点在三跨中跨时,C区沿相邻跨方向的区为D区,单跨楼盖无D区。
2 当扰力作用点在4点、5点、6点时,靠近扰力点的主梁,其扰力作用点位置换算系数可采用B区的数值乘以0.9。
3当扰力作用点在板上,验算点在D区时,扰力作用点位置换算系数ρ’可按A区、B区的数值,由线性插入法计算。
A.0.5 验算点不在梁中或板中时,位移传递系数应按下列规定确定:
1当验算点与扰力作用点不在同一区格时,可先求出验算点所在区格梁中和板中的位移传递系数γa、γb、γc,再按图A.0.5的规定计算验算点的位移传递系数;
2当验算点与扰力作用点在同一区格时,验算点的位移传递系数可按表A.0.5计算。
表A.0.5 验算点与扰力作用点在同一区格时的位移传递系数
|
扰力点位 置 |
验 算 点 位 置 |
|||||||
|
4 |
5 |
6 |
7 |
9 |
4’ |
5’ |
6’ |
|
|
4 |
1.00 |
0.69η |
0.49η |
1.15 |
0.91 |
0.56η |
0.64η |
0.44η |
|
5 |
0.42η |
1.00 |
0.42η |
0.80 |
0.80 |
0.38η |
0.58η |
0.38η |
|
6 |
0.5η |
0.69η |
1.00 |
0.90 |
1.15 |
0.44η |
0.6η |
0.56η |
|
7 |
0.52η |
0.53η |
0.38η |
1.00 |
0.80 |
0.52η |
0.53η |
0.38η |
|
9 |
0.38η |
0.53η |
0.52η |
0.80 |
1.00 |
0.38η |
0.53η |
0.52η |
A.0.6 机器扰力频率f0小于楼盖第一频率密集区内最低固有频率计算值f1时,位移传递系数可按下列公式进行计算(图A.0.6):
式中 λ—机器扰力频率与楼盖第一频率密集区内最低固有频率计算值的比值;
γs—机器扰力频率与楼盖第一频率密集区内最低固有频率计算值相同时的位移传递系数;
Fλ—调整系数,按本规范第A.0.7条的规定确定。
图A.0.6 γ-λ关系曲线
A.0.7 调整系数Fλ,可按表A.0.7确定。
表A.0.7 调整系数Fλ
|
扰力 作用 点位于 |
验算 点 位于 |
验 算 点 位 置 |
||||
|
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
||
|
板 中 |
本跨 |
3.20-2.25λ |
3.80-2.85λ |
10.80-10.00λ |
1.00 |
|
|
邻跨 |
0.09-0.15λ |
1.35-0.40λ |
2.90-2.05λ |
2.70-1.80λ |
|
|
|
隔跨 |
1.60-0.75λ |
0.55+0.20λ |
1.60-0.75λ |
0.82 |
|
|
|
梁
|
本跨 |
|
3.30-2.55λ |
4.65-3.60λ |
12.30-11.5λ |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
邻跨 |
|
1.10-0.35λ |
1.20-0.25λ |
3.20-2.25λ |
4.90-4.00λ |
|
|
隔跨 |
|
0.10+0.60λ |
0.50+0.30λ |
0.82 |
1.25-0.40λ |
|
注:当λ小于0.5时,λ取0.5。
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1) 表示很严格,非这样做不可的用词:
正面词采用“必须”;反面词采用“严禁”;
2) 表示严格,在正常情况下均应这样做的用词:
正面词采用“应”;反面词采用“不应”或“不得”;
3) 表示允许稍有选择,在条件许可时首先这样做的用词:
正面词采用“宜”;反面词采用“不宜”;
4) 表示有选择,在一定条件下可以这样做的用词,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。
1 《混凝土结构设计规范》GB 50010
2 《钢结构设计标准》GB 50017
3 《动力机器基础设计规范》GB 50040
4 《工程隔振设计标准》GB 50463
5 《建筑工程容许振动标准》GB 50868
6 《建筑振动荷载标准》GB/T 51228
本节阐述本标准的指导思想和基本原则,根据工业建筑振动控制需求的特点,要求振动控制设计能够满足结构安全、正常生产及环境振动控制标准,并做到技术先进、经济合理,制定本标准。
本标准适用于工业建筑在动力设备作用下的振动控制设计,暂未考虑自然振动及交通振动影响。
1.0.3 进行工业建筑振动控制设计时,除应执行本规范外,尚应符合国家现行标准的有关规定。
2.1 术 语
2.1.1~2.1.6 所列术语是按现行国家标准《机械振动与冲击名词术语》GB/T 2298、《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083、《工程振动术语和符号标准》GB/T 51270的规定和本标准的专用名词编写的。
2.2 符 号
2.2.1~2.2.3 本节中采用的符号系按现行国家标准《工程结构设计通用符号标准》GB/T 50132、《工程振动术语和符号标准》GB/T 51270的规定,并结合本标准的特点编写的。
3.1一般规定
3.1.3 微振状态下,振动危害主要表现为影响设备及仪器的正常使用和不符合人员舒适度要求,因此需要进行正常使用极限状态验算,考虑到振动较小,不需要进行结构构件的变形及强度验算。
根据国内外工程实践和资料及相关规定,当结构振动速度超过3mm/s时,会对保护性建筑及古建筑造成危害,当超过10mm/s时,会对一般民用建筑造成危害;对于工业建筑结构,一般允许振动速度不超过为20mm/s。本条规定,工业建筑结构振动速度超过5mm/s时,视情况进行强度及疲劳、变形、应力及裂缝等验算。其中应力验算是指针对不允许开裂的构件进行的验算。
3.1.4 动力设备的振动荷载宜由设备制造厂提供,当设备制造厂不能提供时,按现行国家标准《建筑振动荷载标准》GB/T51228规定采用。设备制造厂提供的振动荷载数据应包括:
1 扰力和扰力矩的方向、幅值和频率;
2 扰力作用点;
3 工作转速。
3.1.7 工业建筑自振频率应避开设备的扰力的频率,避免发生扰力作用下的共振。
对于单层工业建筑,主要是控制一阶及二阶水平自振周期及屋盖系统、吊梁系统的一阶及二阶竖向自振周期。
对于多层工业工业建筑,钢筋混凝土框架的水平自振频率在0.6~3Hz之间,钢框架的水平自振频率多在0.5~2Hz之间;当楼盖上安装有低速动力设备时,应避开二阶到三阶自振周期并进行水平振动计算;当安装高速动力设备时,应避开楼盖整体或局部的第一频率密集区且进行竖向振动计算。
频率避开的水平,对于水平振动宜将结构主要频率避开设备扰力频率的1±0.3范围;对于楼盖竖向振动,宜将结构的频率密集区避开设备扰力频率的1±0.2范围。
3.2 工业建筑选址及设备布置
3.2.1有振动控制要求的工业建筑选址及规划时,振动控制较严的工业建筑(包括精密仪器和精密加工厂房、实验室等工业建筑等)宜设在距离铁路、公路主干道、锻造或冲压车间、铸造车间、炼钢和轧钢车间、大型空压站等大振源较远地点。对于不适宜建厂或经济上不合理地址,应予迁址或调整总图规划。另外还应采取以下措施减小环境振动的影响:一是采取避让原则,既有振敏对象新增振源,或既有振源新增振敏对象时宜远离;二是直接针对振源进行控制,减小振动能量;三是针对传递路径,切断或减弱振动能量的传递;另外还应根据振动发展预测合理设计控制余量。
3.2.2当工业建筑动力设备的振动荷载较大时,不宜建在软土、填土、液化砂土等不良地质区域。难以避开时,应进行地基处理或采用桩基础。
3.2.3 精密加工区和精密仪器、精密设备应布置在离内、外部振源较远地段;加工区的精密检测仪器宜采取被动隔振后设置在加工区内,为精密加工区和精密仪器服务的柜式空调等振动设备宜采取主动隔振后设置在精密加工区或精密仪器区内,为机械加工供气的空气压缩机采取隔振降噪措施后可设置在加工区附近合适的地方。精密加工设备和精密仪布置应避开毗邻电梯间、楼梯间和物料输送装置。
3.2.4 多层工业建筑中较重、较大振动设备和冲击式机器宜布置在底层或地下室基础底板上,做大质量基础减振或做隔振基础。为本建筑物服务的空调机组、通风机、循环水或供水水泵、备用电源的发电机组,应采取隔振、降噪措施后,集中设置在对精密加工和精密仪器振动影响较小的区域;仍难以满足振动控制要求时,可将建筑物设缝分开。
3.3 结构选型及布置
3.3.2同时布置动力设备及精密设备的工业建筑,当设备扰力较大时,可单独设框架式或墙式动力设备基础与主体结构脱开。本条扰力较大是指采取措施后,作用到结构上的扰力仍然大于1kN的情况。
3.3.3 振动控制要求较严的多层工业建筑内不宜设置吊车,宜采用小车或传输线运输。不得在结构柱子上设置支承式起重机,也不得在楼盖梁下设置悬挂式起重机。确实需要起重设备时,起重机支撑结构应与主体结构脱开单独设置。或者设置独立于工业建筑结构体系之外的门式起重机、悬臂起重机或摇臂起重机。
3.4 结构振动验算
3.4.4~3.4.7本条涉及到结构构件在静力荷载作用下的组合值,其中静力荷载包含恒荷载及除动力设备以外的可变荷载。
结构和构件在静力荷载作用下的变形、应力以及裂缝计算,荷载组合依据《建筑结构荷载规范》GB50009、《混凝土结构设计规范》GB 50010和《钢结构设计规范》GB50017的规定实施,根据构件材料及形式不同、裂缝控制等级不同,分别考虑标准组合、准永久组合,涉及是否考虑荷载长期作用等因素,其中静力荷载包含恒荷载及出动力设备以外的可变荷载。
3.4.8 本条参照《建筑振动荷载标准》编写,为方便使用,将其中周期性及稳态随机振动的多振源的均方根值效应组合,扩展为适用于均方根值及最大值组合。
4.1 一般规定
4.1.1 工业建筑振动计算时,可不考虑楼盖及屋盖的竖向振动和整体结构水平振动的相互影响。
4.1.2本条从结构布置以及空间受力特征出发,给出结构水平振动计算的方法选取规定。
对于平面及竖向布置规则、结构质量及刚度分布均匀、楼盖刚度较大、振动作用与结构抗侧刚度偏心小且扭转效应小的结构,可采用简化方法:包括动应力放大系数方法(等效静力方法计算振动响应)以及响应放大系数方法(本方法也是基于解析解的动力分析方法,利用振动荷载幅值作用下的静位移和响应放大系数计算振动响应)。对于空间作用强、扭转耦联效应大的结构水平振动分析应采用数值计算方法。
另外,当扰力频率大于对应方向结构二阶频率时,可取扰力幅值作为静力荷载,计算结构振动响应。本款主要是基于标准编制组大量计算分析结果得到的结论。在此举例说明,针对3
5跨四层的多层钢筋混凝土框架结构,对自振特性和采用相应振型频率的简谐振动荷载激励的计算,计算结果如下表所示:
表1钢筋混凝土框架结构自振特性及响应放大系数
|
振型 |
周期(s) |
频率 |
振动方向 |
放大系数 |
|
1 |
0.812 |
1.231 |
一阶Y向平动 |
9.22 |
|
2 |
0.783 |
1.278 |
一阶X向平动 |
9.50 |
|
3 |
0.687 |
1.456 |
一阶扭转 |
7.00 |
|
4 |
0.253 |
3.945 |
二阶Y向平动 |
0.67 |
|
5 |
0.246 |
4.061 |
二阶X向平动 |
0.56 |
|
6 |
0.216 |
4.626 |
二阶扭转 |
0.47 |
|
7 |
0.141 |
7.086 |
三阶Y向平动 |
0.22 |
|
8 |
0.139 |
7.201 |
三阶X向平动 |
0.25 |
|
9 |
0.122 |
8.224 |
三阶扭转 |
0.14 |
|
10 |
0.101 |
9.908 |
四阶X向平动 |
0.11 |
|
11 |
0.1 |
9.968 |
四阶Y向平动 |
0.13 |
|
12 |
0.087 |
11.429 |
四阶扭转 |
0.01 |
根据表中计算结果可知,X、Y和扭转向只有第一阶放大系数大于1.0,分别为9.50、9.22和7.00,二阶频率以上振动响应放大系数只有0.25,因此当扰力频率大于结构相应振动方向的二阶频率时,可不考虑动力放大系数,直接取振动荷载幅值按静力荷载计算即可。
4.1.3本条从结构布置以及空间受力特征出发,给出结构竖向振动计算的方法选取规定。对于不等跨楼盖、特殊布置楼盖、振动荷载激励复杂的楼盖,其竖向振动分析宜采用数值计算方法。
简化计算中条件主要保证简化计算楼盖的动力特性、振动响应便捷可行,无论是采用连续梁还是单跨梁模型,解析解均方便计算且有可靠的精度保证。另外对机器转速规定,主要是保证避免楼盖高阶模态参与,不方便简化计算。根据经验,25Hz的要求对于工业建筑楼盖和屋盖,均不会出现三阶及以上的频率密集区。
4.1.5本条给出振动计算时参振质量的计算规定。其中可变荷载的参振质量取值过大不一定对振动控制更安全,这具体要视设计结构为“趋共振前”还是“超共振后”分别取值。另外,本条要求也是基于工业建筑与民用建筑可变荷载取值不同规定的。
4.1.6结构频率在扰力频率的0.7~1.3倍区间时,其共振效应较大,此时必须考虑阻尼作用;而在此范围以外时,阻尼作用相对较小,可根据实际情况决定是否考虑。
工业建筑构微振动振动能量较低,结构阻尼系数通过大量实测反演取值较小,本标准中将取阻尼系数为0.005~0.02,按本方法计算后确认的设计方案整体偏于安全,尤其是当新建工程中存在很多不确定因素时,该方法可有效指导工程设计。
4.1.8 本条给出结构振动分析时,构件截面参数取值规定:主要是现浇楼板、叠合板、结构面层的翼缘作用及计算方法。另外,由于振动计算对楼盖频率反应敏感,所以尚应考虑设备基础及墙体对楼盖刚度的影响。
4.2 结构振动分析有限元方法
4.2.1 本条针对振动荷载动力特性不同,要求采用适合的计算方法。
对于谐波、周期性或者频段比较集中的振动荷载作用,振动分析宜在频域内采用传递函数方法计算;对于非稳定、非周期或者频率成分比较复杂的振动荷载作用,振动分析宜在时域内采用动力时程分析方法进行计算。
其中动力时程分析方法虽然也是动力分析方法,但是不同于4.1.2中的响应放大系数方法,是基于直接输入动力荷载求解结构振动响应的直接方法。
4.2.2 本条从结构固有频率和扰力频率的相互关系出发,给出结构振动计算的扫频方法计算规定。
在结构动力计算过程中,计算模型与原始数据(刚度、质量等)很难和实际结构完全相符,考虑到工业建筑的自振频率的多阶特征以及可能的密集特征,加上计算的可能偏差、房屋使用时结构自振频率变化的可能性,以及设备运行的扰力频率变化可能性,本条要求采用动力设备的扰频变化方法,扫频计算找出引起结构共振的可能性,确保结构安全适用。
本扫频计算可能偏于保守,当确保设备振动作用下不与结构发生共振时,可以不采用扫频计算。
另外,对于工作频率
可能变动的机器,在计算
时,应采用
的最小值,计算
时,应采用
的最大值。
4.2.4 结构振动分析应选取独立的结构单元进行计算,其中应包括相关的附属结构;另外,有限元模型尚应考虑填充墙等非结构构件对于整体刚度的影响。
计算设备荷载引起的本层楼盖竖向振动响应时,计算模型可仅取本层楼盖进行分析。计算设备荷载引起的其他楼层楼盖竖向振动加速度时,计算模型宜取整体结构进行分析。
5 单层工业建筑振动控制
5.1 一般规定
5.1.3 根据单层工业建筑结构受力特点,参照相关国际标准,对单层工业建筑屋盖结构在振动速度超过20mm/s时,应进行振动作用下强度验算和疲劳验算。
5.1.4 根据工程经验,单层工业建筑结构在邻近大型动力设备振动荷载作用下,其地基土壤承载力有所下降,基础设计时应对地基承载力予以折减后进行基础承载力验算。
5.2 结构振动计算
5.2.1~5.2.3 单层工业建筑时常出现风机等动力设备设置在屋架上的情况,本条给出屋架水平振动响应和竖向振动响应的计算公式。其中,结构水平自振频率计算公式是参考实测资料的经验公式。
5.2.4~5.2.6 单层工业建筑在地面大型设备振动荷载作用下,应经常出现邻近屋架竖向振动响较大情况,本条给出屋架竖向振动响应的简化计算公式。
5.3 构件内力验算
5.3.2本节针对单层工业建筑,给出了锻锤、压力机、空气压缩机及落锤等振动荷载较大的动力设备作用下,单层工业建筑的屋架、吊车梁等构件的动应力系数方法,主要用于振动荷载作用的动内力验算。
根据以往工程经验,结构设计习惯采用重力荷载乘动力系数方法,提高荷载作用后按静荷载计算结构强度,实践证明也是行之有效的。
5.3.4~5.3.7根据工程实测及统计分析,分别给出锻锤、压力机、空气压缩机、落锤动应力放大系数及适用范围。
6.1 一般规定
6.1.1 本章给出多层工业建筑水平振动控制及楼盖竖向振动控制设计方法,其中楼盖竖向振动适用于除第7.1.1条外动力设备作用点振动响应计算。
6.1.2本条给出多层工业建筑的振动控制设计内容及步骤:首先应确定设备布置需求以及振动荷载作用,根据设备扰力频率设定楼盖结构竖向自振频率、结构整体水平自振频率目标值,然后开展结构设计。
设计时,确保整体结构水平自振频率、楼盖的固有频率避开设备的扰力频率;然后计算结构振动响应,并验算是否满足容许振动值需求,不满足时要调整结构和楼盖布置及构件截面,直至满足容许振动值需求。
6.1.3本条针对冶金、纺织、建材等水平振动较大的工业建筑,当需要楼层上设置低转速、大扰力的动力设备时,提出结构布置、设备布置的一般要求。
6.1.4~6.1.5 根据已有的工程经验,对于承受动力设备作用的工业建筑,提出楼盖梁和楼板截面的要求,可供设计人员初步设计时选用。
6.1.6 考虑到楼盖设计的可行性,根据既有工程经验,提出设备上楼的限制要求,以确保设计合理、安全适用。
6.1.7当振动荷载较小时,按正常设计的楼盖结构,满足相关标准构造措施情况下,如果判定机器不含引起结构共振效应时,可不做动力验算。
6.2 结构振动计算
(Ⅰ)结构水平振动计算
6.2.1 可假定楼盖在其平面内为绝对刚性,不考虑其平面内变形。此时,结构中的柱与墙在水平荷载下的变形为层间剪切变形,满足后面简化计算的要求。
6.2.3 工业建筑水平振幅的计算式是按振型分解法而求得的,对k类振源产生的动力反应计算过程如下:
假设体系共有n个质点,每个质点有一个自由度,质点i的质量以mi表示,质点i的位移以yi(t)表示,共有n个振型,振型j上质点i的位移以Xji表示,将各质点的位移振型分解,其中质点i的位移为:
其中cj(t)为组合系数,因为yi(t)是时间函数,而振型是个比值,所以组合系数cj(t)必须是时间函数。cj(t)由下列微分方程确定:
这个单质点体系的阻尼系数与所考察的体系的阻尼比ξ相同,质点的质量为
,自振频率等于所考察体系的振型j的自振频率ωj,质点上作用的力等于
。称这样的单质点体系为振型j的折算体系,称
为振型j的折算质量,称
或
为k振源在j振型上的折算荷载。这样,组合系数ckj(t)的表达式可利用已经推出的单质点体系强迫振动位移表达式写出。当振动荷载Pki(t)=Pkisinωet(j=1,2,…, n),在稳态振动中,按下式计算:
(10)
其中
为在k振源作用在j振型上折算荷载幅值
静力作用下折算体系产生的位移,它等于力
除以折算体系的刚度系数kj,而kj是未知的,但是知道折算体系的质量
和自频ωj,由于
,所以
(11)
求出组合系数后,就可按式(1)计算位移。
在按
规律变化的振动荷载作用下,组合系数cj(t)按
变化(式(10)),εkj随ωj而变(式(13)),即各个组合系数中的滞后角是不同的。于是按式(1)求位移时就需要解决n个频率相同、幅值和滞后角不同的振动分量的迭加问题,即需要计算
。在按
规律变化的振动荷载作用下则需要计算
。
设:
将式(15)的前一式和后一式的等号两端展开,令两端中的
的系数相等或两端中的
的系数相等,得两个等式,由此得到用以确定A和θ的算式:
(Ⅱ)结构竖向振动计算
6.2.5主次梁之间的连接,如果没有特殊要求时,不宜设计成刚接。当需要提高次梁的抗弯刚度而传统做法受到限制时,主次梁连接可以考虑刚性连接,此时应采取措施限制主梁扭转。
6.2.6~6.2.8 本条给出典型单跨梁模型计算简图及简化频率计算公式。
两端弹性支座梁的振动计算,主要包括:两端弹性支座刚度不同的梁的振动计算,两端弹性支座刚度相同的梁的振动计算,一端为非弹性支座另一端为弹性支座梁的振动计算,后两种情况均可采用本标准公式简化得到:
对于次梁铰接,当两端弹性支座刚度相同的梁,如下图所示:
6.3 结构振动控制措施
6.3.1~6.3.2 针对整体结构水平振动过大时,针对性给出两类措施:一是对动力设备采取隔振措施改变扰力大小和频率,或者调整设备布置方向。二是对结构采取措施,改变结构水平自振频率、增加结构抗侧刚度、增加结构阻尼等措施,减小振动响应。
结构楼盖固有频率调整可采用以下方法:调整主梁跨度、调整主次梁布置、调整主次梁及楼板截面或调整主次梁的边界约束条件等措施。
6.3.3 本条给出结构楼盖布置动力设备的要求。一般而言,动力设备应布置在楼面梁上,不应布置在独立的板块上,以免引发板的高阶振动。要求上下往复运动的设备应布置在结构竖向构件附近,水平往复运动的设备应布置在跨中部位,并使扰力沿梁轴向作用。均是为了将设备扰力与结构刚度协调,降低结构振动响应。
6.3.5 动力设备不应与结构竖向构件直接连接,以降低振动作用直接传递。
6.3.7 结构楼盖固有频率调整可采用以下方法:调整主梁跨度、调整主次梁布置、调整主次梁及楼板截面或调整主次梁的边界约束条件等措施。也可以采取增加刚性支撑加强楼盖刚度的方法,本条给出采用本方法应满足的规定,以确保措施有效。
7 多层工业建筑楼盖微振动控制
7.1 一般规定
7.1.1 本条规定了楼盖微振控制设计的适用范围,本章给出的根据实测修正的计算方法是基于本条规定的特定试验条件和调查资料的条件下得到的。
7.1.2 本条为原规范编制组通过大量调研统计分析,给出的楼盖界限刚度限值。满足本条规定时,可不进行振动验算。本条“较粗”是指楼盖控制点合成振动速度不大于1.5mm/s。
7.1.3 本条基于微振动控制需要,给出楼盖梁、板的最小尺寸,供设计人员在初步设计时参考。鉴于针对微振动控制,振动荷载较小,本条规定比本标准6.1.3有所放松。
7.2 振动响应等效简化计算
7.2.1 为了简化计算,规范编制组经过多年的试验研究分析,提出了简易实用且具有一定准确性的扰力作用点下振动位移的计算方法。该方法是将楼盖沿纵向视作彼此分开的多跨连续T形梁,当计算主梁上扰力作用点下的振动位移时,则可直接将主梁视作T形梁来计算。因此,楼盖的振动计算简化为T形单跨或多跨连续梁的计算模型。
7.2.2 计算楼盖刚度时,其截面惯性矩可按下列规定确定:
(1)现浇钢筋混凝土肋形楼盖中梁的截面惯性矩,宜按T形截面计算,其翼缘宽度应取梁的间距,但不应大于梁跨度的一半;
(2)装配整体式楼盖中预制槽形板的截面惯性矩,宜取包括浇面层在内的预制槽形板的截面计算;
(3)装配整体式楼盖中主梁的截面惯性矩,宜按T形截面计算,其翼缘厚度宜取现浇面层厚度,翼缘的宽度应取主梁的间距,但不应大于主梁跨度的一半。
7.2.3 楼盖竖向固有频率的计算,按本标准7.2.1条中提出的计算模式进行,即采用单跨或多跨连续梁的计算模型,由梁的自由振动方程式:
(22)
可解得K振型固有频率:
(23)
(24)
7.2.4 在梁上同时具有均布质量
和集中质量
时,用精确法求算该体系的固有频率和振型是十分复杂的,可近似地采用“能量法”将集中质量换算成均布质量,较简单地求出该体系的固有频率和振型。对于同时具有均布质量
和集中质量
的梁,假定其振型曲线z(x)与具有均布质量
梁的振型曲线相同。
当仅有均布质量
时,体系的固有频率为:
(25)
当既有均布质量
,又有集中质量
时,体系的固有频率为:
(26)
令两者的固有频率和振型相同可得:
(27)
(28)
7.2.7 楼盖扰力作用点的竖向振动位移,采用了连续梁的计算模型,由梁的振动方程:
(29)
可解得:

如果略去相位角rk,并令sinωt=1,则得到梁上任一点x处的最大位移方程为:
当连续梁第s跨作用有一集中扰力Pssinωt时,则:
式中 xp——集中扰力Pssinωt离支座的距离。
本规范采用连续梁模型来计算楼盖的固有频率和扰力作用点下的位移,由于做了简化处理,楼盖固有频率和位移计算必将产生一定的误差,规范做了以下考虑:计算连续梁第一密集区内最低和最高固有频率时、考虑
20%的误差范围,如图5所示,然后将频率密集区内多条A—f响应曲线汇成一条包络线a、b、c、d、e、从而可将多自由度体系用当量单自由度体系的形式来表达。
图5 A—f响应曲线
然后在次基础上将响应曲线按不同频率进行分段,计算其振动位移。在共振区前f0< f1时按上述推导公式计算:
A0=Ast+A1(η1-1) (37)
(38)
当f1≤f0≤f2时:
(39)
(40)
由于(37)式和(39)式在f0=f1处不连续,因此将(37)式改为:
(41)
标准中引用了空间影响系数ε,这是由于连续梁的计算简图是将楼盖视作被此独立的梁来进行计算,未考虑其空间整体作用,因此计算结果均较实测数据大,通过计算与实测数据对比分析,引入空间影响系数ε后,使计算结果更符合实际。用本规范方法计算跨中板条上激振点下位移和固有频率与实测结果的对比见表2。
7.2.8 扰力作用点下位移计算的位置修正系数
值,是由于计算和实测对比分析都是根据二跨及三跨多层工业建筑楼盖边跨的跨中板条作为一连续梁计算的,对于扰力作用点在单跨跨中或三跨中间跨的跨中板条上时,通过有限元计算得到其位移与前者的比例关系分别为1.2和0.8。
表2 用本标准计算激振点下位移与自振频率与实测结果对比
续表2
7.2.11 机床是一个多自由度振动体系,其工作转速随加工材料和工艺要求不同,变化范围不同,且启闭频繁,很难避开楼盖的固有频率,因此机床的扰力频率可近似地取楼盖的第一密集区中最低固有频率f11。
7.2.12 机器扰力作用点以外的楼盖响应振动位移简化计算法的提出是以有限元法为基础,采用计算和实测相结合的原则,吸取了国内外提出的各种计算方法中的优点。
简化计算法的基本思想是:“抓住一条主线,做出三个修正”。一条主线是扰力作用点作用于梁中(板中)共振时,其它各梁中(板中)位移传递系数的计算。三个修正是:扰力点不作用在梁中(板中)的修正;验算点不在梁中(板中)的修正;非共振(共振前)的修正。
影响楼盖振动位移传递系数的因素有:板梁刚度比,阻尼比,频率比,扰力点及验算点的位置等。由于本规范中阻尼比已取为定值0.05,其它因素简化计算方法中均给予考虑。
(1)扰力作用于梁中(板中)共振时,其它各梁中(板中)位移传递系数
,是通过对44个模拟工业建筑的有限元计算和10多个工业建筑实测结果进行数理统计,取具有90%以上保证率进行回归分析,对得到的曲线进行归类优化,得出
的计算公式。
所选取工业建筑的梁板刚度比变化范围为0.4~3.0,取单跨、二跨和三跨分别进行统计和回归。结果表明:单跨、二跨和三跨的本跨,二跨和三跨的邻跨,其位移传递系数的数值相差不多(小于10%),为简化计算,对本跨和邻跨按同一公式考虑。
(2)对扰力点不作用在梁中(板中)时的位移传递系数与扰力作用于梁中(板中)时位移传递系数的比值分析发现,在某些区域内,扰力点位置换算系数
为常数。
值与梁板刚度比有关,但相差不大(小于15%),为简化起见,换算系数取其包络值,而不与梁板刚度比相联系。
(3)验算点位置换算系数是采用插入法原理并根据有限单元法计算结果进行了调整。
(4)共振前的传递系数,采用有限元进行分析,频率比采用0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1.0共13个档次,对于每一验算点,其传递系数随频率比呈抛物线变化,类似于单质点放大系数曲线,但其数值不同,两者的差别用函数
来修正。
计算结果表明:当频率比
时,其传递系数变化较小,接近常数;当
时呈抛物线变化,
时呈直线变化。
用本标准计算的传递系数值与实测结果的对比见图6。
图6 本标准传递系数简化计算方法与实测结果对比
7.2.13 多层工业建筑楼盖上各种动力设备设备在生产使用过程中,产生的振动将波及到整个建筑,当楼层内设有精密加工设备、精密仪器和仪表时,其精度和寿命会受到严重的影响。因此必须考虑激振层的平面振动传递,然后通过激振层的柱子传递到其它受激振层。
层间振动传递是个复杂的问题,早在60年代初就提出来了,并进行了实测试验。80年代后期,对此又继续进行实测试验,并进行了理论研究。对层间振动传递较为系统地进行了6个多层工业建筑的实测试验,还有个别局部试验或实际生产的测定。在理论研究方面,将多层工业建筑分割为楼板子结构及柱子子结构,采用固定界面模态综合法进行计算,其计算值与实测结果相吻合较好,为层间传递比提供了较为可靠的基础。
(1)层间振动传递实测试验的结果。实测试验结果表明:层间传递比离散性较大,主要由于影响层间振动的因素较多,如各层楼盖及振源远近的不同测点均在一定的共振频率差;在某一共振频率时,并不是各层楼盖及各测点均出现振动的最大响应;在实测试验中存在着某些外界振动干扰或因振动位移较小等因素,给实测试验结果带来误差。
6个多层工业建筑的实测值,均考虑在第一共振频率密集区的最大响应,在多个共振频率下,可得到不同的试验值,摒弃过大、过小值,然后对1个工业建筑的多个数据取其均值为实测值。
从6个多层工业建筑楼盖层振动传递的数据中取保证率为90%以上进行回归分析,并以此作为确定对应振源r处的层间振动传递比。层间振动传递比的大小,一般远处大于近处,大约传到4个柱距可考虑接近1;振源附近各层相差较大,而远距离振源各层相差甚小;上层区域大于下层区域;隔跨区域大于本跨区域;振幅小时大于振幅大时。
(2)生产使用时的层间振动传递比。从西安东风仪表厂实际生产使用时的测定表明:当二层机床开动率为60%~80%时,梁中最大振动位移1~6μm,板中最大位移2~10μm,振动传到三层;其上下对应点的层间振动传递比,梁中为0.35~0.50,板中为0.20~0.60,振幅小时传递比大,反之则小。
8 工业建筑振动测试
8.0.1~8.0.3 振动测试分为设计前测试和竣工后测试,前者主要解决振动荷载输入问题,后者主要解决设计验证和确保满足使用要求工程验收问题。
工业建筑设计前,应根据建筑及其内部设备使用功能,对环境潜在振源进行现场测量后,可采用VC曲线评价环境振动水平,并评估采取措施后可否满足工业建筑功能要求。
工业建筑竣工后,应对安装功能设备及振动敏感区域进行振动测试,测试工况包含环境振动及设备使用,以验证设计的准确性及保障建筑及设备可以正常使用。
8.0.4测量仪器选择应根据振动响应及受振对象的特点选择。另外,如果测量仪器安置空间不满足测量条件,则需要协调测量精度和安置空间的矛盾。
8.0.5 为保证测试数据的有效性及准确性,测试系统应按照国家有关标准进行校准。
8.0.6 本条给出振动荷载测试推荐方法、测点及测向要求。
8.0.8 设计中为便于设备安装布置,应掌握建筑结构两个方向的动力特性;对于精密装备的测试,其支撑结构包括基础或工作台等,要分别对支撑结构顶、底部测试振动荷载响应,以便于优化设计。
8.0.13 为全面评估环境及楼板振动响应的传递与衰减规律,本条对测点数量给出要求。对环境测试,测点应考虑振源特点,沿振动传递方向测试研究衰减及传递规律,垂直振动传递方向测试可能发生的极值。对楼板振动测试时,测点应选在人员或设备主要分布区域的振动敏感位置,当振动敏感位置无法确定时,测点应均匀分布。
8.0.15 在实际测试过程中,如果由于特殊原因不能保持同步测量,则至少应保持不低于2个测点同步测量,并根据测量经验进行每组测点搭接测试,通过搭接测试方法,确保最终测试数据在非同步测量条件下,可以获取相对较为稳定的环境振动信息。
9 既有工业建筑振动控制
9.0.1 本条给出既有工业建筑振动幅值超标时,振动控制的四项常用处理办法。强振超标时则必须采用二、三项办法处理,结构改造困难时,可采取一、四项办法处理。
9.0.2 本条给出减小设备振动输出的几条措施:其中对于设备安装调试不良或长期使用磨损的设备使用措施一;调整布置区域及布置方向方案是解决楼盖竖向刚度及结构水平刚度不相同的情况;前两项措施不宜使用时,应考虑动力设备减振措施。
9.0.3 当既有建筑振幅过大时,大部分情况下要求增加结构刚度。减小楼盖或梁的跨度一般可采用增加竖向构件或支撑的方法;增大构件截面一般可采用粘钢加固或外包混凝土方法;改变支承边界条件,一般为主次梁由铰接变为刚接,增加主梁抗扭刚度减小次梁转角,增加主梁截面加大次梁弹性支承刚梁等。
9.0.4 对于设备扰力处于结构共振区且不宜改变结构自振动力特性时,可考虑增加结构阻尼方法降低振动荷载响应。






