前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的工業建筑防共振設計研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：文章采用數值模擬的方法對某工業廠房樓蓋結構中的振動部分進行分析，傳遞共振波的主要結構是直接承受設備動力荷載的結構，因而分析了該廠房中吊車梁承受動力荷載能力，以及吊車梁的變形允許限值，得出在工業廠房設計時，通過優化吊車梁設計方案，增大其整體剛度，布置有效構造措施等方法，可以有效避免結構共振現象的產生。
關鍵詞：自振頻率；工業廠房；防共振設計；吊車梁
1引言
工業廠房中由于動力設備和相連的樓蓋結構產生共振從而對整體建筑結構產生危害，需要考慮增加適當的結構構造措施解決，也可以在工業廠房中調整設備布置要求，避免樓蓋結構產生振動，但是考慮工業設備與結構的自振頻率使其盡可能不相同，可以更好解決結構共振動問題。動力設備普遍存在于工業廠房中，如果在設計時對動力荷載考慮欠缺，設備工作時就會導致廠房的不良振動，在影響生產的同時，還會使結構產生裂縫，甚至引起結構破壞。對于有動力設備的廠房結構，發生振動往往無法完全避免，關鍵要把不必要的振動減少，使結構的振動達到規范限值[1]。工業生產廠房內常配備大型動力設備，往往由于工藝變更或設備的更新，致使原結構剛度和強度不能滿足要求[2]。在現場調查、動力測試的基礎上,圍繞著如何避免廠房結構共振、斜支撐截面變化對振幅的影響[3]。而本文以工業廠房吊車梁為例，采用數值模擬進行分析，從吊車梁的整體剛度和構造措施進行設計，使吊車梁的布置滿足生產、舒適度要求，為其它工業廠房防振動設計提供參考。
2工程概況
本工程位于安徽省潁上縣，為單層門式剛架結構，抗震設防烈度為6度,房屋呈矩形，建筑面積2500m2，房屋主體結構為鋼結構，抗震設防烈度為6度，場地類別為Ⅱ類。其設計基本加速度為0.05g，分組為第一組，屬于抗震有利地段。采用柱下獨立基礎。屋面外板采用上板0.6mm厚彩鋼壓型板，下板0.5mm厚彩鋼壓型板，外面覆蓋100mm厚巖棉保溫層。該廠房墻面采用單層0.400mm鍍鋅彩墻面外鋼板。廠房的剛架梁、鋼柱、主次梁、梁柱端頭板及連接板件均采用Q345B級鋼。該廠房搭載25t橋式起重機,軌道采用43kg/m鋼軌，軌道聯接采用GDGL-1標準。由于設備運行荷載大需考慮共振設計。
3設計方法
3.1共振原因
按照《建筑結構荷載規范》（GB5009-2012）中第六章中指出吊車荷載需考慮縱向和橫向水平荷載，并考慮吊車荷載的動力系數取1.05，根據《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）中重級工作制吊車梁的變幅疲勞取應力循環中最大的應力幅。工業廠房中設備的振動荷載，樓蓋結構跟著設備振動產生振動波，而如果當其設備振動波的頻率與樓蓋部分自振頻率相重合，就會產生整體共振或者局部共振。由于工業設備的振動頻率很高，考慮動力產生的荷載放大效應取其等效荷載。設計之初就通過合理布置結構及細部構造，避免其自振頻率一致。
3.2力學分析
按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》（GB51022-2015）規定門式剛架按彈性方法計算，其地震作用阻尼比封閉式房屋取0.05，考慮吊車梁承受動力荷載，吊車梁豎向撓度限值l/600[5]，在設計時需考慮承重構件吊車梁約束為簡支約束，設計吊車梁跨長為6m。樓蓋結構的豎向振動加速度應采用時程分析方法進行計算[4]。
3.3計算方法
通過振動觀測以及對建筑結構振動時的強度計算，可以采用《人民防空地下室設計規范規范》（GB50038-2005）中附錄C里的單跨和等跨的等截面梁撓曲型自振圓頻率公式計算：本工程中選擇吊車梁材料為Q345每跨長6m，采用28a工字鋼，B為7110cm4，吊車梁Ed為206×103N/mm2，m軓為43.492Kg/m，得到吊車梁的自振頻率fω為0.18。從撓度上控制l/600即0.010m，滿足自振頻率要求同時滿足其振幅要求即第一振型對應的最大振幅，減小吊車梁豎向變形，因此考慮調整吊車梁高度，提高吊車梁整體的剛度。在進行結構構件豎向自振頻率計算后，經吊車梁截面由28a調整至32a，經廠家提供數據吊車的加速度介于0.05~0.098之間，振動位移位于0.0085~0.0082mm之間，而梁的自振頻率區間由0.088~1.052變化為0.095~0.156，可見在這種情況下一定程度上能夠改變梁的自振頻率避免共振發生。但是調整梁截面時要考慮設備的要求，因此調整區間范圍有限。所以通過調整梁截面尺寸使梁的自振頻率與設備運行頻率不一致或者不接近，可以避免在設備運行時發生共振從而造成結構破壞的現象。
3.4構造措施
現在工業廠房中，設置構造措施首先需要保證承重結構有足夠的剛度，采取有效的結構構造措施可以起到隔振和減震的作用，比如說在工業設備或者在結構部分設置阻尼器等，可以減少設備運行產生的振動量和振動頻率，還可以通過設置隔振墻，增設斜支撐和采用柔性連接等措施，保證吊車梁的整體穩定性，這樣相當于在設備與承重結構之間改變了約束條件、自振頻率，避免共振的產生。
3.4.1螺栓連接
根據《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）中規定直接承受動力荷載重復作用的高強度螺栓連接，其疲勞計算應符合抗剪摩擦型連接計算，但計算連接處開孔主體金屬，栓焊部分連接應力其全部剪力由焊縫承擔。本工程剛架構件現場連接采用10.9級摩擦型高強螺栓，采用噴砂處理法,摩擦面抗滑移系數μ≥0.50，高強螺栓孔為Ⅰ類鉆孔。其中各主要受力構件如檁條、檁托、隅撐之間的連接采用高強螺栓連接。而隅撐、斜梁、系桿、梁柱等次要受力部位連接采用普通螺栓連接，普通螺栓孔為Ⅱ類鉆孔。其基礎錨栓、焊釘采用Q235級。
3.4.2焊接方式
本工程中組合H型鋼的腹板與翼緣的焊接應采用自動埋弧焊機焊,且四道連接焊縫均應雙面滿焊。而Q345與Q345鋼材之間焊接選擇采用E50型焊條，Q235與Q235鋼材之間及Q345與Q235鋼材之間焊接選擇采用E43型焊條。對接焊縫要求全焊透，其焊縫等級為二級，當鋼板厚度大于或等于8mm時，需做超聲波探傷檢測，如若板厚度小于8mm時，則按照二級焊縫標準做外觀檢查，端板與柱、梁翼緣和腹板的連接焊縫為全熔透剖口焊，質量等級為二級。
4數值模擬
4.1數值分析
采用ANSYS軟件，對吊車梁采用beam梁單位進行模擬，先進行特征值分析即自振頻率的計算，再定義時程荷載工況考慮為線性時程分析計算，需通過時程分析計算豎向振動加速度限制，而時程荷載函數考慮靜力荷載及吊車梁運行時工況，定義振型阻尼，節點動力荷載，最后進行時程分析。對于不同結構形式比如工業建筑，其建筑物開始損壞時的振動速度值基礎頻率范圍在20~50mms-1之間，本例考慮較大值40。
4.2計算結果
利用ANSYS軟件對振動模態進行分析，得到各級模態振型，得出其自振周期和前5階固有頻率，其分布如表1，這個結果可以滿足結構自振要求，在梁的整體剛度滿足要求的情況下，設計注意結構自振的薄弱構件的加強。當吊車梁設備采用高階頻率，可能在運行過程中起較大作用，其頻率對應的周期與設備周期接近會發生共振，位移會突變，進而破壞吊車梁。
5結語
由于結構產生共振對結構的穩定性造成影響，盡管不一定會直接造成結構破壞，但是長期會使結構變得不安全，得出以下結論：①首先需要在結構體系的選擇上優先采取盡量規則的結構方案，設計承重構件考慮振動荷載的動力系數、撓度范圍。②增大承重結構的整體剛度，考慮吊車梁抗彎模量EI，即增大吊車梁高度以增大EI從而有效減少設備振動的影響。③鋼結構工業廠房考慮鋼結構的構造措施、焊接方式可以改變其約束條件，可以在有效地減少吊車梁自振頻率的同時減少共振現象。
參考文獻
[1]王龍.某工業廠房動力機機器工作平臺不良振動檢測及減振對策研究[D].內蒙古科技大學，2015.
[2]徐浩軒.某工業廠房動力特性分析及減振加固方法研究[D].西安建筑科技大學，2014.
[3]沈夢來.基于ANSYS軟件平臺的某工業廠房結構優化設計[D].武漢理工大學，2008.
[4]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].
[5]GB50017-2017，鋼結構設計標準[S].
作者:呂琳 單位:煤炭工業合肥設計研究院有限責任公司
