多層工業(yè)廠(chǎng)房的振動(dòng)問(wèn)題分析（中）

二、實(shí)例分析

青海某造粒廠(chǎng)房，多層鋼框架結構，組合樓面，橫向3跨（6m、4m、8m），縱向4跨（4×8m），主要建筑平面有▽± 0.000，▽3.150，▽5.750，▽12.050，▽17.550，▽26.450， ▽29.450等層，建筑高度40m，建筑面積4029.4m2。

 由于初步設計工藝定方案時(shí)，結構專(zhuān)業(yè)沒(méi)有參與，建筑物的面積和體積卡的比較緊，設備布置的非常局促，粒料篩分機的開(kāi)洞切斷了框架梁，輥壓機的布置使樓層產(chǎn)生了抽柱，而且部分樓層只有局部樓板布置，其結構整體性較差。

當廠(chǎng)房投入使用后，▽30. 550平臺上的振動(dòng)篩運行時(shí)，支撐這平臺的▽29. 450 局部樓面振動(dòng)響應過(guò)大，人員明顯感覺(jué)不適。振動(dòng)篩的設備參數如下:振動(dòng)篩帶料后質(zhì)量為30t,設備的轉速為730 r/m。采用有限元軟件ANSYS進(jìn)行建模分析。 

01 局部分析 

為了定性地判斷▽29. 450 樓板是否和設備共振，截取了包含整個(gè)振動(dòng)篩在內的樓板結構進(jìn)行模態(tài)分析，梁?jiǎn)卧捎胋eam188模擬，板單元采用shell63模擬，振源設備采用三維質(zhì)量單元MASS21模擬，模型及單元如下圖所示：

因設備的振動(dòng)頻率比樓板的自振頻率要低，與設備可能發(fā)生共振的只能是樓板的較低的自振頻率，取模型的前5個(gè)自振頻率來(lái)分析，這5個(gè)自振頻率分別為:  8.23HZ,10.85HZ,11.68HZ, 11.85HZ, 15.37HZ。

從模態(tài)分析結果可以看出，第3、4階頻率和設備振動(dòng)頻率相近，在這2個(gè)頻率范圍內樓板和設備發(fā)生共振，樓板振動(dòng)厲害?？梢酝ㄟ^(guò)改變樓面梁的布置來(lái)改變樓面剛度，使樓面的自振頻率遠離設備的振動(dòng)頻率，避開(kāi)共振。在此基礎上，還可以通過(guò)動(dòng)力時(shí)程分析，對整個(gè)樓蓋進(jìn)行精確的動(dòng)力響應分析，得出樓蓋的最大豎向振動(dòng)值，判斷是否在豎向振動(dòng)允許值內。 

 

02 整體分析 

通過(guò)對樓蓋的局部分析，可以解決樓蓋的豎向振動(dòng)問(wèn)題。對于廠(chǎng)房的整體水平振動(dòng)，則須建立包括設備在內的設備－結構整體三維有限元模型。首先進(jìn)行模態(tài)分析，采用Block Lanczos方法提取前十階頻率：1.79HZ、1.86HZ、2.64HZ、3.01HZ、3.11HZ、3.17HZ、3.23HZ、4.72HZ、5.94HZ、6.28HZ，第一、二階振型為整體的水平振動(dòng)，第三階振型為整體的轉動(dòng)，第四至七階振型為屋面水平支撐的振動(dòng)，第八、九階振型為頂層的水平振動(dòng)，第十階振型為樓板的局部振動(dòng)。限于篇幅，僅給出前3階振型。 

 

結合模態(tài)分析的結果，可以對廠(chǎng)房整體的水平振動(dòng)做出快速的定性判斷，然后進(jìn)一步對整體結構在設備動(dòng)力作用下進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析， 從而可以比較精確的確定動(dòng)力設備對廠(chǎng)房整體結構的影響量。

同時(shí)在整體分析中可以提取局部樓蓋的動(dòng)力響應，對樓蓋的豎向振動(dòng)可以從整體上把握。 通過(guò)局部和整體兩階段的分析，可以提前預知工業(yè)廠(chǎng)房的振動(dòng)情況，將振動(dòng)的影響控制在結構安全、設備運行和及操作人員正常工作的范圍之內。