通過(guò)系統(tǒng)分析建筑結(jié)構(gòu)在人的活動(dòng)及設(shè)備振動(dòng)等使用荷載的激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)的成因及危害,指出現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計(jì)方法的不足并提出了改進(jìn)措施,對(duì)采用TMD減振技術(shù)解決結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題提出了自己的看法,同時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)的遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題進(jìn)行了分析,提出了建立設(shè)備、結(jié)構(gòu)整體有限元分析的解決方法,為消除結(jié)構(gòu)共振問(wèn)題提供了系統(tǒng)的解決方案。

建筑結(jié)構(gòu)在人的活動(dòng)及設(shè)備振動(dòng)等激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)的問(wèn)題雖然是工程界的一個(gè)老問(wèn)題,但已有的文獻(xiàn)也僅是分別從結(jié)構(gòu)抗振或技術(shù)減振的某單一方面進(jìn)行分析論證,研究振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題的文獻(xiàn)僅限于在出現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題后從結(jié)構(gòu)加固方面進(jìn)行分析論證;實(shí)際上建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)綜合性的問(wèn)題,工程設(shè)計(jì)中需對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性的分析;實(shí)踐中的情況也是大抵如此,近年來(lái)建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題頻頻出現(xiàn)也正說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題。建筑結(jié)構(gòu)在人的活動(dòng)及設(shè)備振動(dòng)等激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)的問(wèn)題,一方面體現(xiàn)在民用建筑領(lǐng)域內(nèi)人的活動(dòng)激勵(lì)導(dǎo)致的樓層振動(dòng),另一方面體現(xiàn)在工業(yè)建筑領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備振動(dòng)激勵(lì)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)輕者會(huì)影響人們正常生活、工作的舒適度,重者影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行,更嚴(yán)重者會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的主體安全。解決建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的思路歸納起來(lái)主要在于結(jié)構(gòu)抗振和技術(shù)減震兩個(gè)方面,但更重要是應(yīng)同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)的遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題[1-3]。

1、結(jié)構(gòu)的抗振措施

結(jié)構(gòu)抗振的措施很多,對(duì)結(jié)構(gòu)抗振的研究也比較成熟。相比較振動(dòng)荷載而言,常規(guī)靜荷載條件下僅考慮滿足結(jié)構(gòu)安全時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度是相對(duì)較弱的,結(jié)構(gòu)抗振目的主要是協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)剛度與振動(dòng)激勵(lì)力的頻率關(guān)系避免結(jié)構(gòu)與振動(dòng)設(shè)備發(fā)生共振現(xiàn)象。在這一前提下,改變結(jié)構(gòu)主體及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度以減弱結(jié)構(gòu)本身對(duì)外干擾力的激勵(lì)響應(yīng),通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的自身頻率回避結(jié)構(gòu)自振頻率接近干擾頻率進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)抗振的目的,是工程設(shè)計(jì)人員在遇到結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題時(shí)首先要考慮的問(wèn)題。

1.1 振動(dòng)類型及成因分析

對(duì)民用建筑而言,居住類、辦公類建筑的振動(dòng)問(wèn)題尚不明顯,振動(dòng)表現(xiàn)比較劇烈的主要涉及一些設(shè)有較大會(huì)議大廳的會(huì)展中心類公共建筑、體育場(chǎng)館類建筑及機(jī)場(chǎng)類建筑等,這類建筑的部分樓層在人的活動(dòng)激勵(lì)下發(fā)生局部樓層振動(dòng)甚或整棟建筑振動(dòng)的現(xiàn)象較多。對(duì)工業(yè)建筑而言,發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的建筑主要涉及一些設(shè)有振動(dòng)設(shè)備的多層工業(yè)廠房,振動(dòng)設(shè)備開(kāi)啟工作后其振動(dòng)波通過(guò)設(shè)備支座激勵(lì)廠房結(jié)構(gòu)主體,最終引發(fā)廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的產(chǎn)生。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同,工業(yè)廠房建筑內(nèi)必然布置較多的機(jī)器設(shè)備,各設(shè)備質(zhì)量輕重不一,振動(dòng)強(qiáng)弱不同,工作方式方法各異。即便是相同生產(chǎn)工藝的各個(gè)廠房建筑內(nèi)設(shè)備布置方式也千差萬(wàn)別。單就其中的振動(dòng)設(shè)備而言,各個(gè)振動(dòng)設(shè)備的工作特性(即工作頻率和慣性力大小等)也差別不一。建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和振動(dòng)設(shè)備的工作特性有很大的相關(guān)性,鋼筋混凝土框架廠房建筑的豎向振動(dòng)問(wèn)題基本是由中、高頻振動(dòng)設(shè)備的工作振動(dòng)引起的,鋼筋混凝土框架廠房建筑的水平振動(dòng)問(wèn)題基本是由低頻振動(dòng)設(shè)備的工作振動(dòng)引起的。民用建筑一般不用考慮設(shè)備振動(dòng)問(wèn)題,但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建筑設(shè)計(jì)、施工技術(shù)均發(fā)生了巨大進(jìn)步,設(shè)計(jì)計(jì)算方法的逐步改進(jìn),輕質(zhì)、高強(qiáng)新材料大量使用,建筑物的跨度和規(guī)模越做越大,其中一些有代表性的體育場(chǎng)館、會(huì)議展覽和機(jī)場(chǎng)建筑的樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跨度越做越大,結(jié)構(gòu)體系變得越來(lái)越輕柔,大幅降低了樓蓋的剛度和阻尼,樓蓋自振頻率不斷降低,此時(shí),人們的正;顒(dòng)就成了一個(gè)主要的振動(dòng)激勵(lì)源,當(dāng)樓蓋的自振頻率與室內(nèi)人們活動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率接近時(shí),就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象,導(dǎo)致較大的振動(dòng)作用和振幅,影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

1.2 抗振措施

建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主要是通過(guò)振幅和頻率這兩個(gè)振動(dòng)特性反映結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的。對(duì)一確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言振動(dòng)激振力越大,結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度就越大,也就是結(jié)構(gòu)自身對(duì)振動(dòng)激勵(lì)的響應(yīng)程度也越大,降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),主要是降低結(jié)構(gòu)共振振幅,當(dāng)振幅小到一定程度時(shí),也就沒(méi)有所謂振動(dòng)問(wèn)題了,這主要體現(xiàn)了振動(dòng)的振幅屬性;同時(shí)當(dāng)結(jié)構(gòu)自身的自振頻率與振動(dòng)設(shè)備的激勵(lì)頻率接近時(shí),一個(gè)較弱的連續(xù)激勵(lì)也會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的振幅,這主要體現(xiàn)了振動(dòng)的頻率影響。工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題與其自身建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、振動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力特性及振動(dòng)設(shè)備的布置位置相關(guān)。廠房?jī)?nèi)部的工藝設(shè)備布置決定了它的結(jié)構(gòu)布局,廠房的結(jié)構(gòu)布局同樣決定了其結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性。為從源頭避免建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的發(fā)生,在設(shè)計(jì)之初各相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員就應(yīng)通力配合,工藝設(shè)計(jì)做到設(shè)備布置先進(jìn)、合理;結(jié)構(gòu)布置做到構(gòu)件受力明確、結(jié)構(gòu)體系傳力路徑直接而迅捷。對(duì)具體建筑結(jié)構(gòu)而言,確定了整棟建筑結(jié)構(gòu)布局及其主要梁、柱斷面,也就確定了其整棟建筑結(jié)構(gòu)的自振特性。對(duì)直接承受設(shè)備振動(dòng)干擾的結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言,確定了其跨度、斷面及承受的載荷,其自振頻率也是固定的,對(duì)工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),需要做的就是對(duì)一建筑確定合理的結(jié)構(gòu)布置、合理的構(gòu)件截面,使振動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)頻率在建筑結(jié)構(gòu)主體及其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自振頻率的共振區(qū)間之外,不使結(jié)構(gòu)主體直接受荷構(gòu)件發(fā)生振動(dòng),進(jìn)而達(dá)到使整棟建筑結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生振動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗振的目的。具體到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)做的是調(diào)整直接承受振動(dòng)激勵(lì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度,一是減弱其對(duì)振動(dòng)的激勵(lì)響應(yīng)、在不發(fā)生共振時(shí)降低振幅,二是使振動(dòng)設(shè)備的頻率避開(kāi)結(jié)構(gòu)的共振頻率區(qū)間、避免共振發(fā)生。一般而言,一個(gè)振動(dòng)構(gòu)件的自振頻率隨其剛度的增大而增大,隨其質(zhì)量的增大而減小,同時(shí),其振動(dòng)的自振頻率數(shù)目等于其自由度的數(shù)目。從理論上講,研究結(jié)構(gòu)的共振問(wèn)題必須根據(jù)振動(dòng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自振頻譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)計(jì)算,但從工程實(shí)踐上以及理論分析看,高階頻譜對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較弱,一般不予考慮,僅需考慮振動(dòng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的低階頻率就足夠滿足工程需要了。由于上述多數(shù)豎向振動(dòng)問(wèn)題是由振動(dòng)設(shè)備的中、高頻工作振動(dòng)引起的、多數(shù)水平振動(dòng)問(wèn)題是由振動(dòng)設(shè)備的低頻工作振動(dòng)引起的這一規(guī)律存在。對(duì)布置中、高頻振動(dòng)設(shè)備的多層工業(yè)廠房,要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)問(wèn)題給予特別重視;對(duì)布置低頻振動(dòng)設(shè)備的多層工業(yè)廠房,要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的水平振動(dòng)問(wèn)題著重考慮

2、結(jié)構(gòu)的減振技術(shù)措施

工程設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題一般以結(jié)構(gòu)抗振為首要措施,當(dāng)結(jié)構(gòu)抗振成本較高時(shí),應(yīng)當(dāng)采用技術(shù)減振措施來(lái)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題。目前,采用調(diào)諧振動(dòng)控制技術(shù)解決結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)新途徑,其中TMD技術(shù)是結(jié)構(gòu)調(diào)諧振動(dòng)控制中的一種重要型式。調(diào)諧振動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)調(diào)節(jié)附加在主體上的子結(jié)構(gòu)的自振頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)控制。該項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的減振控制工程中,目前,其在高層建筑、大跨橋梁、高聳結(jié)構(gòu)等工程中應(yīng)用較多,應(yīng)用于工業(yè)廠房建筑解決結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的工程實(shí)例還不多。TMD技術(shù)是利用共振原理解決振動(dòng)問(wèn)題的,一個(gè)TMD系統(tǒng)由質(zhì)量塊、彈簧、阻尼器等部分組成,質(zhì)量塊通過(guò)彈簧和阻尼器與主結(jié)構(gòu)相連結(jié)。在主體結(jié)構(gòu)受到干擾力作用而振動(dòng)時(shí),質(zhì)量塊也隨即產(chǎn)生慣性運(yùn)動(dòng),當(dāng)TMD系統(tǒng)的自振頻率與主結(jié)構(gòu)的激勵(lì)頻率相協(xié)調(diào)時(shí),TMD系統(tǒng)將通過(guò)彈簧、阻尼器向主結(jié)構(gòu)施加反方向作用力來(lái)抵消振源設(shè)備傳入主結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)力,降低主結(jié)構(gòu)的對(duì)干擾力的振動(dòng)響應(yīng),TMD技術(shù)系統(tǒng)被動(dòng)產(chǎn)生的消能能力大小和質(zhì)量塊的大小及它與主結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相關(guān)。TMD系統(tǒng)本身有頻率相關(guān)局限性。表現(xiàn)在當(dāng)TMD技術(shù)系統(tǒng)的頻率與主結(jié)構(gòu)的某一頻率接近時(shí),結(jié)構(gòu)的該階頻率振動(dòng)響應(yīng)會(huì)大幅減小,而結(jié)構(gòu)的其它頻率對(duì)其響應(yīng)則無(wú)確定性。為了克服TMD技術(shù)系統(tǒng)的這種與頻率相關(guān)的局限性,通?稍谝粋(gè)結(jié)構(gòu)中采用多個(gè)TMD技術(shù)系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)串聯(lián),其中每個(gè)TMD分別調(diào)諧不同的模態(tài)頻率,采用多個(gè)TMD系統(tǒng)能夠在較寬頻率范圍內(nèi)控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。具體工程設(shè)計(jì)時(shí)可利用TMD原理在工程結(jié)構(gòu)中將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為一個(gè)包含主、次結(jié)構(gòu)的一個(gè)TMD體系:結(jié)構(gòu)主體部分設(shè)計(jì)具有較大的剛度,同時(shí)設(shè)置較柔性的子結(jié)構(gòu)部分,通過(guò)子結(jié)構(gòu)來(lái)消能減振。TMD技術(shù)體系的概念十九世紀(jì)初首次由西方人Frahm提出,后經(jīng)多次演變改進(jìn)已基本完善。國(guó)內(nèi)對(duì)TMD技術(shù)的研究相對(duì)較晚,基本上是在20世紀(jì)初才開(kāi)始引入該技術(shù),目前,國(guó)內(nèi)大部分高校對(duì)此都進(jìn)行了較深入的研究。TMD技術(shù)以往的研究主要是應(yīng)對(duì)風(fēng)和地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響,其在西方的應(yīng)用實(shí)例較多、應(yīng)用效果比較明顯,除風(fēng)與地震荷載之外,國(guó)內(nèi)對(duì)它的研究應(yīng)用也在往更寬的范圍探索:如人的活動(dòng)對(duì)大跨輕質(zhì)樓蓋的激勵(lì)振動(dòng)影響、設(shè)備振動(dòng)對(duì)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)激勵(lì)振動(dòng)的影響等,F(xiàn)今該技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于推廣起步期。TMD減震技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程中需進(jìn)行詳細(xì)的時(shí)程分析計(jì)算。根據(jù)具體工程情況考慮質(zhì)量塊的增設(shè)問(wèn)題、質(zhì)量塊相對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的行程問(wèn)題、系統(tǒng)支承面與質(zhì)量塊間摩擦阻尼問(wèn)題。目前工業(yè)建筑應(yīng)對(duì)設(shè)備振動(dòng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的減振措施主要是通過(guò)設(shè)備基座減震技術(shù)實(shí)現(xiàn),具體地說(shuō),通過(guò)在設(shè)備基座與建筑結(jié)構(gòu)主體之間設(shè)置柔性彈簧、橡膠墊等一般措施,該項(xiàng)減震措施具有相對(duì)的局限性,減震效果也受到一定的限制,采用TMD調(diào)諧振動(dòng)控制技術(shù)解決廠房結(jié)構(gòu)與設(shè)備共振問(wèn)題的實(shí)例還不多。在這方面有很大的探索空間,可以通過(guò)移植、改進(jìn)把這一先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)建筑領(lǐng)域內(nèi),尤其是在一些超大型工業(yè)廠房工程建設(shè)中的應(yīng)用更具有廣闊的前景。

3、建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題

結(jié)構(gòu)抗振及技術(shù)減振分別是解決建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的兩個(gè)主要方面,同時(shí),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一整體分析以避免發(fā)生振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞對(duì)解決結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題更為重要。廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題主要分為結(jié)構(gòu)整體水平振動(dòng)和樓層結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)兩類,而且發(fā)生結(jié)構(gòu)水平振動(dòng)事故較少、發(fā)生廠房樓層結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)事故較多,這其中由振動(dòng)的遠(yuǎn)端傳遞引發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)事故占很大的比例。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問(wèn)題分為振源層振動(dòng)和受振層振動(dòng)兩類:振動(dòng)設(shè)備和樓板振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生在同一位置稱為振源層振動(dòng);振動(dòng)設(shè)備和樓板振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生不在同一位置稱為受振層振動(dòng)。振源層由于布置有較多的設(shè)備,其樓面荷載較重,一般基于強(qiáng)度考慮而言其樓層剛度就設(shè)計(jì)的比較大,相反,受振層由于布置設(shè)備較少,一般設(shè)計(jì)人員基于常規(guī)理念僅考慮規(guī)范樓面活載,其樓層剛度就會(huì)設(shè)計(jì)的較弱;同時(shí),由于振源層樓板豎向共振會(huì)帶來(lái)較直觀的結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題,設(shè)計(jì)人員一般也都會(huì)比較關(guān)注,結(jié)果就容易造成振源層樓板結(jié)構(gòu)剛度過(guò)強(qiáng)、振源層樓板結(jié)構(gòu)剛度與受振層樓板結(jié)構(gòu)剛度差別過(guò)大等問(wèn)題,導(dǎo)致即使振源層樓板產(chǎn)生微小振幅的振動(dòng),受振層樓板也會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)力響應(yīng),這就是近年來(lái)發(fā)生受振層振動(dòng)事故較頻繁的主要原因。在這里,受振層是一個(gè)廣義的概念,它是相對(duì)于振源層而言的,它可能是設(shè)備振源樓層的相鄰上、下樓層,也可能是設(shè)備振源樓層的同層左、右相鄰跨間,可能是設(shè)備振源樓層的遠(yuǎn)端相鄰樓層、跨間,還可能是建筑結(jié)構(gòu)整體與其地基的共振。現(xiàn)在的常規(guī)設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法也是產(chǎn)生振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題的癥結(jié)所在,大部分設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)人員在遇到需考慮振動(dòng)問(wèn)題的工程時(shí),基本都采用簡(jiǎn)化的方法進(jìn)行分析計(jì)算。一種方法是僅對(duì)直接承受振動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件考慮振動(dòng)效應(yīng),即提高直接承受振動(dòng)荷載的大梁剛度,不使振動(dòng)設(shè)備與其產(chǎn)生共振,也就是對(duì)該承受振動(dòng)荷載的大梁設(shè)計(jì)采用剛度控制,整體設(shè)計(jì)時(shí)按常規(guī)利用程序設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行空間建模計(jì)算,此時(shí)不再考慮設(shè)備振動(dòng)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的效應(yīng)影響,最多也就考慮一個(gè)很小的振動(dòng)荷載放大系數(shù),從另一方面說(shuō)現(xiàn)行的一般軟件也沒(méi)有這個(gè)振動(dòng)分析功能,這個(gè)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)在在煤炭設(shè)計(jì)行業(yè)較為常用。另一種設(shè)計(jì)方法是不再對(duì)直接承受振動(dòng)荷載的構(gòu)件進(jìn)行單獨(dú)振動(dòng)考慮,設(shè)計(jì)分析時(shí)直接利用現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件空間建模計(jì)算,在荷載輸入時(shí)再按相關(guān)規(guī)范對(duì)振動(dòng)荷載乘上一個(gè)較大的動(dòng)荷放大系數(shù),這個(gè)方法在機(jī)械運(yùn)輸行業(yè)常用。嚴(yán)格意義上講這兩種方法都不嚴(yán)謹(jǐn)、都有局限性,也都不能有效考慮振動(dòng)的遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題。從理論研究的層面來(lái)看,有關(guān)的研究大都是在出現(xiàn)遠(yuǎn)端振動(dòng)問(wèn)題后著眼于主要受力構(gòu)件和廠房整體的簡(jiǎn)化分析上?陀^情況是設(shè)備振動(dòng)必然引發(fā)其支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng),振動(dòng)波就從設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)傳播到整個(gè)振源層結(jié)構(gòu),繼而引發(fā)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的振動(dòng),從而使設(shè)備的振動(dòng)波及到整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)。當(dāng)某部分樓層結(jié)構(gòu)的自振頻率和設(shè)備工作頻率接近時(shí),就會(huì)引發(fā)該部分樓層結(jié)構(gòu)共振,當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí),振動(dòng)也會(huì)引起廠房地基共振問(wèn)題,從而加劇受振層振害。這就是造成受振層樓板共振響應(yīng)的原因。另外,由于造成受振層振動(dòng)的振源是振動(dòng)設(shè)備,而設(shè)備和受振樓板并不在同一位置,在對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析時(shí)也很難采用簡(jiǎn)化的模型。結(jié)構(gòu)發(fā)生遠(yuǎn)端傳遞的位置是不特定的,可能是設(shè)備振源層上層、上上層,也可能是設(shè)備振源層下層、下下層;可能是設(shè)備振源層同層其他跨間樓板,還可能是是結(jié)構(gòu)整體與基礎(chǔ)共振,在這種情況下采用該文提到的部分結(jié)構(gòu)整體分析可能就不能完全判斷出振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞的受振層位置、進(jìn)而徹底解決振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題。[3]要有效地解決振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題,至少需要從以下幾個(gè)方面考慮[4,5]:

1)修正現(xiàn)行的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法。首先,現(xiàn)行采用的對(duì)直接承受振動(dòng)荷載的大梁設(shè)計(jì)采用剛度控制,擴(kuò)大其截面、提高其剛度,不使振動(dòng)設(shè)備與其產(chǎn)生共振,這當(dāng)然正確,關(guān)鍵是下一步,因?yàn)閯偠容^弱的樓面結(jié)構(gòu)必然對(duì)振源的振動(dòng)響應(yīng)較大,整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該在直接受荷大梁的剛度滿足需要的同時(shí),有意擴(kuò)大其他非振動(dòng)設(shè)備布置樓層的剛度,減小其與振動(dòng)設(shè)備樓層的剛度比。當(dāng)然,這只是一個(gè)定性的感念,需要采用程序進(jìn)行試算調(diào)整,由于具體的樓層荷載大小差異、振動(dòng)頻率差異等原因,具體多大的剛度比合適,只能具體問(wèn)題具體分析。

2)運(yùn)用TMD等技術(shù)減小振動(dòng)干擾對(duì)主體結(jié)構(gòu)的激勵(lì)。

3)利用新技術(shù)改變現(xiàn)行的設(shè)計(jì)手段。

各設(shè)計(jì)單位現(xiàn)行的設(shè)計(jì)手段一般是采用常規(guī)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行空間整體分析,如采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院的PKPM系列軟件、北京盈建科軟件公司的盈建科軟件、廣東的廣廈軟件、上海佳構(gòu)軟件公司的佳構(gòu)STRAT軟件等,這些軟件都沒(méi)有這方面的振動(dòng)分析的功能,利用其對(duì)振動(dòng)荷載進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)當(dāng)然要出問(wèn)題,要解決這個(gè)問(wèn)題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)最好采用具有有限元振動(dòng)分析功能的設(shè)計(jì)軟件AYSYS等進(jìn)行計(jì)算分析,同時(shí)振動(dòng)分析應(yīng)盡對(duì)相關(guān)影響因素考慮全面,每一個(gè)忽視的因素都有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題發(fā)生,不完備的數(shù)據(jù)分析結(jié)果也是不可靠的,有條件的情況下最好采用第二程序分析復(fù)核。同時(shí),由于受振層的動(dòng)力響應(yīng)和整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)體系都有關(guān)系,設(shè)計(jì)時(shí)必須建立包含設(shè)備、結(jié)構(gòu)在內(nèi)的整體有限元分析模型。當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí),應(yīng)考慮地基對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響及設(shè)備和結(jié)構(gòu)連接方式影響等一系列因素。

4、結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題,它的成因比較復(fù)雜,并且由于每個(gè)建筑的實(shí)際情況各不相同,故沒(méi)有固定的解決模式可循?傮w來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)抗振和技術(shù)減振是工程設(shè)計(jì)中解決結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的兩個(gè)主要方面,一般在工程設(shè)計(jì)中要以結(jié)構(gòu)抗振為主要應(yīng)對(duì)措施,在結(jié)構(gòu)抗振成本較高時(shí)要考慮設(shè)備減振和結(jié)構(gòu)減振等具體減振措施,同時(shí),建立設(shè)備、結(jié)構(gòu)整體模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算是保證避免發(fā)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)遠(yuǎn)端傳遞問(wèn)題的有效手段。在具體工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇經(jīng)濟(jì)合理的解決方案,避免工程中出現(xiàn)共振問(wèn)題發(fā)生。