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【摘要】深圳市某工业厂房二、三层摆放有较多重型设备，在使用过程中,发现部分楼板板面及板底存在裂缝，楼面在机器周期荷载的作用下振动较大，生产人员有不适感。对该厂房二、三楼楼面进行振动检测，针对设备工作时自身振动引起可能存在的结构的动过大问题进行模拟分析，为了分析设备的动力荷载作用对结构的响应影响，采用ANSYS中瞬态分析方法。
【关键词】钢筋混凝土框架结构，振动检测，ANSYS，瞬态分析
引言
深圳市某工业厂房，为五层钢筋混凝土框架结构。二、三层摆放有较多重型设备，在使用过程中,发现部分楼板板面及板底存在裂缝，楼面在机器周期荷载的作用下振动较大，生产人员有不适感。对该厂房二、三楼楼面进行振动检测，针对设备工作时自身振动引起可能存在的结构的动过大问题进行模拟分析，为了分析设备的动力荷载作用对结构的响应影响，采用ANSYS中瞬态分析方法。结构平面示意图见图一、图二。
1.检测标准
2.振动检测
对二层楼内共抽取4个测点对随机振动情况进行20分钟的数据采样。振动测试检测结果详见图三、图四、图五、图六。
测试工况：个别设备未开启、部分设备未满负荷运转。
测试结果：振动测试最大点的振动速度为31.04mm/s，标准限值为40mm/s，现场实测结果未超出标准规定的对结构影响对应的振动速度指标限值。
2.振动分析
2.1验算参数
根据甲方的要求及提供的参数，结合现场实测数据，及机器相关信息，对结构在现有荷载作用的下振动进行了分析。
基本情况：二层、三层均放置了一定数量的设备，其中二层设备总重量约为147吨，三层设备总重约88吨。房屋主体构造为钢筋混凝土框架结构。
计算软件：针对设备工作时自身振动引起可能存在的结构的动过大问题进行模拟分析，为了分析设备的动力荷载作用对结构的响应影响，采用ANSYS中瞬态分析方法。
构件几何尺寸：结构梁、柱尺寸及楼板厚度按照现场实测值考虑。
材料信息：混凝土强度根据甲方要求，按照C30考虑。
2.2计算模型
结构按照结构的原始尺寸进行建模，其中梁和柱采用beam189单元，板采用shell181单元，单元尺寸为0.5m。混凝土材料选用线弹性材料，混凝土弹性模量采用《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中4.1.5条中C30混凝土对应的30.0GPa，混凝土泊松比采用《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中4.1.8条建议的0.2，混凝土密度为2500Kg/m3。原结构尺寸模型如图七所示。
2.3加载方式
结构上的永久荷载采用重力加速度的方式施加，分项系数根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）取1.2；活荷载按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）4.2.2条取2.0KN/m2，分项系数为1.4；由于分析方法为瞬态分析，拟将设备工作时的荷载取为三角形荷载施加到结构上，三角荷载幅值根据《旋转运动设备扰力的确定》确定为机器自重的40%，设备频率为0.38Hz（周期为2.62s），组合系数为0.85，分项系数为1.4，考虑所有设备荷载同时达到最大值时的最不利情况，并且还需考虑设备非工作状态下的自重。将上述作用力分别加载到结构上，进行瞬态分析，分析时长10秒，0.05秒一个荷载步，一共分析200步，荷载子步为五步。
2.4模拟结果分析
结构振动的10秒过程中最大竖向位移时刻为3.34s，其对应的结构位移云图如图八所示，其中位移放大系数为50。
从图八可以看出，结构最大竖向位移位置在2层中上方位置。
在每一层楼板随机取一个设备附近点的速度进行傅里叶变化，得到的频谱曲线如图九所示。
从图九可以看出结构中楼板的基频为9.1Hz左右，根据DIN4150-3-1999（表1）的标准，结构基频低于10Hz的速度限值为20mm/s，每一层对应的速度峰值都大于20mm/s。综上所述，结构在最不利荷载（机器全开，满负荷运行）作用下，结构最大振动速度幅值大于DIN4150-3-1999规定的20mm/s，可能影响结构性能。
3结束语
在目前正常使用情况下进行实测，厂房二、三层楼面的振动速度实测值（最大为31.04mm/s）未超出标准规定的对结构影响对应的振动速度指标限值，但超出规范规定的舒适度限值指标。结构在最不利荷载（机器全开且满负荷运行）作用下，结构振动速度幅值大于DIN4150-3-1999的规定，可能影响结构性能，应当进行适当的减震处理，如增加减震支座等。不能忽略长期振动对结构的影响，厂房里多数设备为低频冲击荷载，由此振动引起的疲劳效应对结构影响很大。
参考文献：
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[2]GB50010－2002，《混凝土结构设计规范》[S].中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布.
[3]GB50011－2010，《混凝土结构抗震设计规范》[S].中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布.
[4]YSJ009-90，《机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规程》(试行).中华人民共和国冶金工业部、中国有色金属工业总公司联合发布.
作者简介：王波，男，出生年月：1980年07月，工作单位：深圳中建院建筑科技有限公司，通讯地址：深圳市南山区高新南一道富诚大厦七层，邮编：518057。