多層工業廠房的振動問題分析（中）

二 、實例分析

青海某造粒廠房 ，多層鋼框架結構 ，組合樓麵 ，橫向3跨（6m 、4m 、8m） ，縱向4跨（4×8m） ，主要建築平麵有▽± 0.000 ，▽3.150 ，▽5.750 ，▽12.050 ，▽17.550 ，▽26.450 ， ▽29.450等層 ，建築高度40m ，建築麵積4029.4m2 。

 由於初步設計工藝定方案時 ，結構專業沒有參與 ，建築物的麵積和體積卡的比較緊 ，設備布置的非常局促 ，粒料篩分機的開洞切斷了框架梁 ，輥壓機的布置使樓層產生了抽柱 ，而且部分樓層隻有局部樓板布置 ，其結構整體性較差 。

當廠房投入使用後 ，▽30. 550平台上的振動篩運行時 ，支撐這平台的▽29. 450 局部樓麵振動響應過大 ，人員明顯感覺不適 。振動篩的設備參數如下:振動篩帶料後質量為30t,設備的轉速為730 r/m 。采用有限元軟件ANSYS進行建模分析 。 

01 局部分析 

為了定性地判斷▽29. 450 樓板是否和設備共振，截取了包含整個振動篩在內的樓板結構進行模態分析 ，梁單元采用beam188模擬 ，板單元采用shell63模擬 ，振源設備采用三維質量單元MASS21模擬 ，模型及單元如下圖所示 ：

因設備的振動頻率比樓板的自振頻率要低 ，與設備可能發生共振的隻能是樓板的較低的自振頻率 ，取模型的前5個自振頻率來分析 ，這5個自振頻率分別為:  8.23HZ,10.85HZ,11.68HZ, 11.85HZ, 15.37HZ 。

從模態分析結果可以看出 ，第3 、4階頻率和設備振動頻率相近 ，在這2個頻率範圍內樓板和設備發生共振 ，樓板振動厲害。可以通過改變樓麵梁的布置來改變樓麵剛度 ，使樓麵的自振頻率遠離設備的振動頻率 ，避開共振 。在此基礎上，還可以通過動力時程分析 ，對整個樓蓋進行精確的動力響應分析 ，得出樓蓋的最大豎向振動值 ，判斷是否在豎向振動允許值內 。 

 

02 整體分析 

通過對樓蓋的局部分析 ，可以解決樓蓋的豎向振動問題 。對於廠房的整體水平振動 ，則須建立包括設備在內的設備－結構整體三維有限元模型 。首先進行模態分析 ，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 ，第三階振型為整體的轉動 ，第四至七階振型為屋麵水平支撐的振動 ，第八 、九階振型為頂層的水平振動 ，第十階振型為樓板的局部振動 。限於篇幅 ，僅給出前3階振型 。 

 

結合模態分析的結果 ，可以對廠房整體的水平振動做出快速的定性判斷 ，然後進一步對整體結構在設備動力作用下進行動力時程分析 ， 從而可以比較精確的確定動力設備對廠房整體結構的影響量 。

同時在整體分析中可以提取局部樓蓋的動力響應 ，對樓蓋的豎向振動可以從整體上把握 。 通過局部和整體兩階段的分析 ，可以提前預知工業廠房的振動情況 ，將振動的影響控製在結構安全 、設備運行和及操作人員正常工作的範圍之內 。