楼板振动

2024-06-09

楼板振动（共4篇）

楼板振动篇1

随着社会生产的发展,各种生产和运输工具等产生的振动对人体、工作效率及建筑结构的影响亦越来越严重,也渐渐地引起了普遍的关注。基于此国外已将振动与空气污染、水质污染及噪声视为影响人类生存和生活的主要公害。在一些接近大的振源处,也有因墙壁、砖瓦等开裂,门窗翘曲变形等引起的建筑物振动破坏情况,国内外就经常有因此而引起居民投诉的例子。本文针对一起锅炉房冷热交换器运行引起邻近房屋梁板结构振动的情况进行了振动测试,分析了振动原因,提出了相应的对策。

1 工程概况

某学校食堂为三层混凝土框架结构。现浇混凝土框架柱、梁及楼板、楼盖采用钢网架。该建筑坐东朝西,在其北侧约30 m处为学生开水房,水房内有一冷热交换器,该设备运行时产生较为强烈的振动。目前发现食堂及会议室的楼板出现不同程度的有感振动,其中3层会议室楼板振感最强。

2 现场调查

现场调查发现该冷热交换器为该建筑结构周围唯一的振动源,该振源距离结构为30 m左右。根据相关人员介绍,每当早、中、晚供应开水,该冷热交换器开始工作时,结构楼板出现有感振动,振感强烈程度伴随冷热交换器工作状态,当水温达到80 ℃左右时,振感最为强烈。楼板振动随着供应开水结束也即停止,每次时间约为30 min。因此,直观上结构各层楼板的振动现象与该冷热交换器的运行工作是密切相关的。

3 现场振动测试及分析

现场选取振感最为强烈的会议室楼板(即3层楼板)作为测试对象,现场沿结构楼板中线由北至南共布置4个测点,测点间距同结构轴线间距(7.5 m),各测点均在楼板轴线单元中心。即测点位置依次远离振源。

现场振动测试与冷热交换器工作同步,测试符合日常振动情况,测试数据可代表食堂楼板结构构件经常性的振动情况。

现场振动测试采用电测法,利用位移传感器采集结构梁板体系地面的强迫振动响应信号。测试仪器包括891-I型传感器、多功能抗混频放大器等,数据采集处理系统采用北京东方噪声与振动研究所开发的DASP数据大容量自动采集与信号处理系统,测试前已对所有仪器设备进行了检定或校准,确保仪器设备处于正常使用状态。现场振动测试工作依据GB/T 14124-2009机械振动与冲击对建筑物振动影响的测量和评价基本方法及使用导则进行。

各测点振动信号见图1～图4,图中信号根据测试需要为放大1 000倍后的信号数据。从图中可以看出,结构振动信号频率成分较为单一,拍振现象较为明显,表现出较为明显的共振规律。

现场测试结果如下:1)楼板振动以竖向振动信号为主,水平方向振动信号相对极小。2)随着测点位置依次远离振源,测点位移振幅依次减小;距离振源最近的1号测点最大实测位移幅值为0.048 mm。3)各测点振动信号的主频范围为13.0 Hz～15.1 Hz。4)三层楼板竖向自由振动频率为13.3 Hz。另外,现场还对振源处强迫振动频率进行了测试,实测振源强迫振动频率为13.9 Hz。

由测试结果可知,学生开水房冷热交换器运行时产生的振动传递给结构楼板,其强迫振动频率衰减不明显,仍以接近楼板竖向自振频率(13.3 Hz)的强迫振动频率迫使楼板结构振动,产生共振现象,这是结构各层楼板出现较强振感的根本原因。

楼板最大实测位移幅值为0.048 mm,参考ISO推荐的建筑振动标准,当强迫振动频率为15 Hz左右时,谐振位移幅值小于0.067 mm对结构无害,小于0.030 4 mm对人体无害。因此,目前该结构楼板振动对结构主体无害,但对人体健康不利,应采取一定的处理措施减小或消除楼板振动。

4 处理措施

食堂结构楼板竖向自振频率与学生开水房冷热交换器运行工作振动频率相吻合,产生共振现象,是结构各层楼板出现较强振感的根本原因。对于此类设备—结构之间的共振问题,其解决方法为:使共振双方的振动频率相差较大,最终避开共振区。可从三个角度考虑,分别为设备本身(冷热交换器),振动传递媒介(场地土)和结构本身。

对于设备本身,通过技术改造,改变设备运行工作时的振动频率或消除设备振动;对于振动传递媒介,可在开水房和该结构之间挖一条隔振沟,阻断振动波的传递;对于结构本身,通过增加构件、加大构件截面来增大结构刚度,改变结构自振频率。

结合现场实际条件并考虑经济因素,本文提出对学生开水房冷热交换器进行技术改造,改变其运行工作时的振动频率或消除设备振动,该方法一劳永逸,可彻底减小或消除振动源。

5 结语

该校结合现场实际条件并考虑经济因素,对学生开水房冷热交换器进行技术改造,调整了其运行工作时的振动频率,消除了结构振动现象,收到较好的效果。

摘要：针对某学校锅炉房冷热交换器运行引起邻近食堂框架结构各层楼板振动的情况进行了振动测试,分析了振动原因,并提出了相应的对策,从而消除了结构振动现象,为今后同类工程积累了一定经验。

关键词：楼板振动,振动测试,共振

参考文献

[1]王剑飞,史海兵.非地震振动建筑破坏及防护措施[J].工程力学,2003(sup):613-616.

[2]GB/T 14124-2009,机械振动与冲击对建筑物振动影响的测量和评价基本方法及使用导则[S].

[3]徐建.建筑振动工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002:54.

[4]徐建.隔振设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2009:80-81.

楼板振动篇2

某医院门诊楼为3层框架结构, 采用柱下独立柱基础, 滚梯下端布置地梁, 该工程自建成起, 滚梯运行时, 与滚梯相连的悬挑平台有明显振动[2], 振动幅度为肉眼可见。现采用DH5920动态测量系统测试平台振动频率, 采用ANSYS分析振动过程及可行的解决方案[3]。

振动区立面图见图1。

2 运行中平台及滚梯振动频率

平台及滚梯振动频率见表1。

3 减振措施计算分析

根据实际情况, 提出3种减振措施, 具体工况见表2。减振措施为在不同位置加柱固定。固定柱均假定为混凝土柱。各工况均进行自振频率计算和正弦激励时程分析。激励荷载施加在电梯搭接梁靠近电梯侧的角点上, F=A0sin (2πft) , 其中振幅A0取4 500, 频率f取16 Hz, t为时间。输出结果为楼板远端梁的角点的竖向位移时程。

3.1 计算模型和参数选取

梁板采用C30混凝土, 弹性模量为30 GPa, 泊松比为0.2, 密度为2 400 kg/m3, 考虑压碎, 张开裂缝的剪力传递系数为0.5, 闭合裂缝的剪力传递系数为0.95, 抗拉强度1.43 MPa, 抗压强度14.3 MPa。钢筋弹性模量200 GPa, 泊松比0.3, 密度7 800 kg/m3, 屈服强度为300 MPa。所加柱子采用C40混凝土, 抗拉强度为1.91 MPa, 抗压强度19.1 MPa。

梁板的有限元单元采用Solid65单元, 采用钢筋混凝土的整体式建模方法。钢筋的布置通过Solid65单元实常数里的体积配筋率和钢筋与整体坐标系里的坐标轴的夹角来定义。

本模型Solid65单元共有11个实常数, R1为电梯下梁受拉区混凝土单元实常数, 依据图纸配一排6根直径25的钢筋, 体积配筋率为0.145 (布置两排网格单元) 。R2为电梯下梁中间区域混凝土单元实常数, 其中箍筋体积配筋率为0.011。R3为电梯下梁受压区混凝土单元实常数, 依据图纸配一排4根直径16的钢筋, 体积配筋率为0.04。R4为楼板混凝土单元实常数, 双向钢筋的配筋率均为0.02。R5为素混凝土单元实常数。R6为中间梁受拉区混凝土单元实常数, 依据图纸配一排4根直径25的钢筋, 体积配筋率为0.112。R7为中间梁受拉区混凝土单元实常数, 依据图纸配一排2根直径25的钢筋, 体积配筋率为0.056。R8为中间梁中间区域混凝土单元实常数, 其箍筋体积配筋率为0.016。R9为中间梁受压区混凝土单元实常数, 依据图纸配一排4根直径16的钢筋, 体积配筋率为0.046。R10为距离电梯最远端梁受拉区混凝土单元实常数, 依据图纸配一排2根直径25的钢筋, 体积配筋率为0.049 (一排是R1实常数的网格单元, 一排是R10实常数的网格单元, 一共两排) 。R11为距离电梯最远端梁中间区域混凝土单元实常数, 其箍筋体积配筋率为0.019。距离电梯最远端梁受压区混凝土单元与电梯下梁受压区混凝土单元一致。柱子采用Solid65素混凝土单元。

楼梯板采用钢板来模拟, 采用Solid45单元定义, 弹性模量为206 GPa, 泊松比为0.26, 密度7 800 kg/m3。楼梯板厚度0.15 m, 倾角30°。

3.2 振动模态计算结果

1) 自振频率。

各工况下结构自振频率见表3。

2) 各工况最不利阵型。

a.工况1二阶阵型见图2。

b.工况2二阶阵型见图3。

c.工况3二阶阵型见图4。

d.工况4二阶阵型见图5。

3) 时程分析计算结果。远端点竖向位移时程见图6。

工况1在9 s~10 s时最大振幅2.98E-5 m。

工况2在9 s~10 s时最大振幅7.94E-6 m, 为工况1振动幅值的27%, 减振73%。

工况3在9 s~10 s时最大振幅6.26E-6 m, 为工况1振动幅值的21%, 减振79%。

工况4在9 s~10 s时最大振幅1.11E-6 m, 为工况1振动幅值的4%, 减振96%。

4 减振措施效果

根据有限元计算结果 (见表4) , 即工况2在2层, 3层楼板远端处间用柱连接, 可减振73%。

工况3在电梯搭接处的2层, 3层楼板之间增加柱连接, 可累积减振79%。

工况4在2层自动扶梯下方和2层, 3层楼板之间增加加固柱, 减振效果达到96%。

5 结语

减振效果最优为工况4, 几乎可以完全消除振动。如考虑节省经济及缩短工期, 可采用工况2, 基本可以满足使用要求。对于大跨度悬挑平台增设连接柱, 具有较好减振功能。

摘要：针对某医院门诊楼滚梯运行中的振动问题, 测试了悬挑平台的振动频率, 结合实际情况提出了不同的减振措施, 并根据其振动模态计算结果, 分析了不同减振措施的减振效果, 有利于解决该工程平台振动问题。

关键词：楼板,振动频率,电梯,配筋率

参考文献

[1]宋志刚, 金伟良.基于人体舒适度的楼盖竖向振动设计的若干问题[J].建筑科学, 2002, 18 (2) :123-126.

[2]GB 50292—1999, 民用建筑可靠性鉴定标准[S].

楼板振动篇3

工业化住宅是推进建筑产业现代化和节能环保事业的良好方式,也是建筑行业倡导转型升级的选择路径之一,目前我国因地制宜开展相关的住宅产业化试点工作,并已逐步取得显著成效。宝业集团2006 年与世界500 强企业日本大和房屋工业株式会社进行技术合作,共同进行工业化住宅的研究开发、试验检测、生产建造及市场推广;2009 年被住房和城乡建设部批准为国家住宅产业化基地;2013 年经过多项工程项目研究试点建造后,积极响应绍兴市(国家住宅产业化试点城市之一)政府号召,开发建设百年低碳“轻钢体系工业化住宅”示范项目。目前该项目已基本竣工,设有精装修房开始接待参观对外展示。

楼板振动是建筑室内环境要求的一部分,也是与住户舒适度和健康密切相关的因素。2015 年初宝业浙江建设产业研究院在合作方的指导下,对该项目分类选取三栋进行楼板振动测试试验,以调查了解工业化住宅楼板振动性能情况。本文结合实例介绍住宅建筑室内振动基础信息及本次现场测试情况,阐述关注建筑住宅室内振动性能的意义,以供探讨交流。

1 楼板振动基础信息

1.1 振动研究及成因:振动是宇宙普遍存在的一种现象,两个振动频率相同的物体,其中一个物体振动时能够让另外一个物体产生相同频率的振动,这种现象叫做共振,而共振现象能够给人类带来许多好处和危害。人类对共振现象已广泛应用于音乐、建筑、医疗、制造、建材、探测、军事等行业,不断深入研究促进科学的向前发展,推动社会进步。在建筑物中,由于人行走或跳跃引起楼板发生竖向振动,这个振动会被在其周围工作、学习或者睡眠的人感觉到,当振动较大时会产生不舒适感,感受者可能会感到烦躁、不适甚至恶心,严重影响其工作、休息的效率。据研究这也是楼板振动时可能引起身体内发生相对重要的应变比如与某些重要器官产生共振引起的。振动下产生不适感除与脚步外来的受迫振动压力大小有关外,还与刚度(指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力)分不开,因此研究楼板振动也会涉及建筑工程力学、工程结构、建筑材料等综合学科的实践分析。

1.2 参考标准及指标:我国对确定住宅建筑(包括商住楼)室内振动参考标准,以对人居环境的影响为前提,采用的振动频率为1-80HZ,其中心频率以1/3倍频程来划分。对有关人体振动感受的基础性指标标准有GB/T13442《人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准则》;对限制住宅建筑外部环境振动的指标标准有GB10070《城市区域环境振动标准》;而对限制住宅建筑内部引起振动的限值的标准有GB/T50355-2005《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》,这也是本次测试所参考的重点标准。该标准中规定测量出铅垂向振动加速度级用La标识,单位为分贝(缩写:d B);该标准为确保居住者有较好的居住环境将限值定为两级,1 级为适宜达到的限制,2 级为在任何条件下都不得超过的限制;同时也分类列明昼间夜间振动限值的范围,至于具体昼夜试件适用范围也可按当地政府规定划分数值。如住宅建筑室内在4-8HZ频率范围间振动下,1 级范围区昼间夜间时段指标允许值分别为不大于70 d B和67d B,2 级范围区昼间夜间时段分别为不大于75 d B和72d B。

1.3 测试方法及判定:标准中规定,测点应置于住宅建筑室内楼地面中央或振动敏感处;测量时应确保拾振器平稳放置;测量过程中,应保持住宅建筑物内部的振源处于正常工作状态,并避免其他环境因素对振动干扰;测量仪器系统应具备在1-80HZ的频率范围内,可测量1/3 倍频程的铅锤向振动加速度级的功能。测试中将测得数据与标准中“住宅建筑室内振动限制表”规定数值对照,再判定是否满足所适用范围等级的限制要求。在本次的测试中,为更好掌握不同构造材料楼板和有无装修下的对比情况,还要求设备软件可测出楼板的固有振动、阻尼系数数,供参考分析。

2 楼板振动测试情况

2.1 测试住宅简介:本次测试项目位于柯桥区某工业园区内,由宝业浙江住宅产业化在合作方的技术支持下建设的“百年低碳工业化住宅”示范工程,项目南侧临湖、场内绿化追求与环境共生理念,也是绿色生态宜居之家的侧面体现。项目共由1栋住宅组成,外观及整体布局具有简洁大方风格,其结构为轻钢体系别墅型低层住宅,有不同颜色外墙但户型及室内布局基本相似。在此住宅项目中,多数楼板是采用现浇砼式(简称RC板),也有个别栋楼板采用轻质预制式(简称ALC板)。根据该项目的设计要求,住宅的层数基本相同,但房间布局、外墙材料和装饰等不同。所测样板房外观实景参考图2.1 ~图2.3。

2.2 目的及内容:本次楼板振动现场测试,以调查工业化住宅楼板的振动性能状况,掌握不同材料构造不同施工方式的楼板和有无装修状态下的结果对比,为后续研发改进作参考为目的,尤其是对以后是否选择ALC楼板装配式施工和改良提供参考。本次现场测试选取了该项目中三栋楼的二层楼板进行测试,分别是:采用ALC楼板且内部无精装修的8# 楼、采用RC楼板且内部无精装修的9# 楼、采用RC楼板且内部有精装修的7# 楼。测试选点在每栋楼板中选取三个点,分别是楼梯旁、主卧和次卧楼板处各选取一个振动敏感部位或房间中央点。测试内容主要有两项:一是在楼板上步行和楼梯处上下步行时,测定楼板测点在此状态下的铅垂向振动加速度;二是楼板自由振动测定,人在测点旁跳跃下,楼板测点在此状态下的固有振动数和衰减定数。每个点各测试三次,然后记取平均值后再分项分类对比分析研究。住宅中测点选择布置事宜参见图2.4。

2.3 设备及特点: 本次测试设备由杭州爱华仪器有限公司提供,主要设备包括型号为“AWA14400”振动传感器及“AWA6290M+”多通道噪声振动分析仪,另配备有“1/1和1/3OCT分析软件”、“固有频率FFT分析软件”、“阻尼测量软件”、“振动Z向总值测量软件”四个软件包,其他辅助设备包括数据线、振动延伸电缆及测试用电脑等。主要测试设备及相关参数均能满足国家标准要求,可实现《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》GB/T 50355-2005所测频率下的振动加速度,及我们所需的振动固有频率、阻尼测量等功能。仪器具备准确性高、测试效率高、重复性好、自动化程度高、操作方便、一机多用等特点。测试现场的振动数据可保存,再导入电脑再分析处理。部分测试设备参见图2.5/图2.6。

2.4 方法及示意:测试方法主要是依据合作方人员技术指导要求及参考振动测试及评价方面的有关标准来实施。根据测试内容,第一部分为楼板步行时的振动加速度级的测量,在楼板上先选定标识出测点,然后在测点部位放置拾振器设备,测控电脑通过数据线连接放置距测点约8 米远,在距测点50cm安排人员模拟正常步行来回走动距离约5 米,在设定的振动频率下记录最大值进行分析;第二部分为建筑楼板自由振动测定固有振动数、衰减定数测量,也是先在楼板上选定标识出测点,距离测点50cm放置拾振器,安排人模拟楼板上竖向跳动距离地面约30cm高再落地,这个过程中计测竖直方向的自由振动波形、通过分析软件测试记录所需数据。部分现场测试参考照片及示意图见图2.7 ~图2.11。

2.5 结果及分析:本次楼板振动测试结果数据均可通过对应的测控分项软件得出,振动加速度可动态测得数据记录表格生成,再通过excell表采用比较图、折线图等方式处理分析,与标准指标值比较即可;振动固有数和衰减系数对应实时测试的曲线图和数值。此处省略测得的结果数据,主要对三部分所测结果进行简述及比较分析。关于楼板上水平步行、楼梯上下步行的振动情况比较:水平步行走动时,测点3 处最大,其次为测点2; ALC楼板振动最大,其次为RC(无精装),两者相差约6d B, 加速度相差约2倍。楼梯上下步行时,测点1 处的振动感觉最大, 因靠近楼梯;ALC楼板的振动和RC楼板相比,ALC楼板会有强烈振动感,可以确定不舒服,而RC楼板(无精装)1 点处会有轻微振动感,RC楼板(有精装)基本没有振动感。关于楼板振动特性的比较:固有振动数最低是测点1 出;楼板因规格不同无大差异的是RC板,而ALC楼板与RC楼板( 有精装)的差异较大。阻尼系数ALC楼板和RC楼板比较:尽管ALC楼板固定荷载小(比重为1/4 以下),但两者相差很小。综合分析,三栋楼板振动测试结果在4-8HZ下均可满足国标要求,但如果更高频率振动下如16HZ以上时就出现超标问题,尤其是ALC楼板上的测点结果,而RC楼板处因其刚度大明显更好。这也说明ALC楼板虽具备可装配式施工要求,但对比RC楼板其振动带来干扰影响更大,需要后续对梁柱布局设置和选材等方面上有所改进完善,是本次的一个关注重点。

2.5 总结体会:总结本次轻钢体系工业住宅楼板振动能现场测试,基于现场测试局限及自身技术经验等原因,其结果精确程度可能没实验室专业检测高,所得结论仅供内部参考分析用。但有效增进我们对建筑振动方面知识的了解,同时也通过比对测试初步了解到建筑构件选材和施工对振动性能的重要性,为后续提高工业化住宅品质创造一定条件,是一次有意义的研究试验。

结束语

楼板振动篇4

1 振动特性分析

选煤厂的振动设备按工作频率分为3类,转速小于400 r/min的为低频类,转速在400~2 000r/min的为中频类,转速大于2 000 r/min的为高频类[1]。振动筛属于中频类。根据框架结构的基本自振周期近似公式T1=0.1 n(n为结构层数)[2],厂房的自振频率一般在1.0~5.0 Hz,换算成工程频率为60~300 r/min,属于低频范围,所以一般情况下振动筛是不会引起厂房水平共振的。

选煤厂钢结构主厂房楼板一般采用组合楼板。组合楼板的自振频率,国内规程《钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程》(YB9238-92)要求不小于15 Hz[3],欧洲规范要求不小于9Hz[4]。国内规程要求过于严格,在设计计算中往往难以满足。一般工程控制组合楼板自振频率不小于9 Hz,即可满足使用要求。对防振比较严格的楼板,其自振频率可控制不小于12 Hz[4]。组合楼板自振频率换算成工程频率约为540~900r/min,属于中频范围,容易与中频设备产生共振。因此振动筛极易引起楼面的竖向共振。

2 工程实例分析及减振设计

2.1 工程概况

某选煤厂主厂房为钢框架结构,组合楼板,共4层,总高度23.3 m。标高9.5 m楼层安装了1台原煤分级脱泥筛,共4个支腿,其中2个支腿处楼板振幅过大,严重影响了设备的正常使用和操作。脱泥筛支撑钢梁平面布置见图1,框架梁与钢柱之间为刚性连接,其他钢梁之间的连接为铰接,楼面采用100 mm厚组合楼板。每个支腿作用力为P1=P2=55 k N,脱泥筛振动电机转速为940 r/min。

2.2 振动频率计算

脱泥筛的支撑钢梁L-1截面为H500×300×10×14,自重1.01 k N/m,截面惯性矩I=0.58378×10-3m4,取楼面动荷载5.0 k N/m2[1],楼面面层和组合楼板总重3.1 k N/m2。计算得出作用在梁上的均布静荷载q=25.3 k N/m,mu=2.583 t/m,集中静荷载质量m1=5.612 t。荷载作用力分析见图2。

钢梁L-2截面为HN646×299,截面惯性矩I=1.07794×10-3m4,钢弹性模量E=206 GPa。

L-1在L-2的b点处弹性支座刚度计算简图见图3。根据公式(1)[5]

计算得rb=32 383 k N/m。由于a点处弹性支座刚度ra>>rb,因而L-1按一端不动一端为弹性支座的简支梁来进行振动计算。

均布静荷载作用下的变形为[5]:

集中质量换算系数为[5]:

等效均布质量为[1]:

梁振动时的最大动能为[5]:

梁振动时的最大位能为[5]:

梁的自振频率为[5]:

计算得钢梁L-1的自振频率ω=11.3 Hz。

2.3 减振设计

钢梁L-1的自振频率与组合楼板的自振频率相近,钢梁振动必然会造成与组合楼板的共振,因而需要调整钢梁的自振频率,使之偏离组合楼板的自振频率,以达到减振的目的。通过钢梁自振频率计算过程看出,可采取两种方法调整其自振频率: