傅 強 郭正婷

工業(yè)廠房在短時的強烈振動和長期的微幅振動作用下可能造成結構的損傷，廠房內敏感儀器和設備受到振動的干擾會影響正常運行，室內的工作人員長期受振動噪聲作用會影響正常的工作生活和身體健康[1-3]。除地震外，影響工業(yè)廠房的振源主要包括四類[4]:1)外部振源。包括交通運輸(如臨近廠房的公路和鐵路交通以及臨近機場的轟鳴及聲激勵等)和建筑施工(爆破、打樁及振動壓密等);2)室內設備。沖壓機、鍛錘、旋轉設備(壓縮機、空調機、風機、泵、磨煤機等)及重型設備的運輸與操作(如吊車運行等);3)自然振源(如風和水的流動等);4)設備維修和操作人員的活動。研究能量在“振源—傳播途徑—廠房結構”系統(tǒng)的波動效應，分析振動對廠房的影響，辨識主要影響因素，控制振動產生的影響是亟待解決的工程問題。

1 振動對廠房的影響及影響因素

1.1 振動對廠房的影響

振波沿基礎傳至墻板和樓板，會產生二次噪聲。除噪聲的影響外，振動對工業(yè)廠房產生的危害有三種形式[5]:1)直接引起廠房損傷:廠房結構在受振前完好，無異常應力變化和受力變形，其破損單純是由強烈振動作用或與引發(fā)廠房共振產生的。2)加速廠房的損傷:廠房在使用期間，由于不均勻沉降、溫度變化等原因已存在裂縫和損傷，在長期微幅振動下會加速地基的沉降和裂縫的開展。3)間接引起廠房損傷:對無異常應力變化的廠房，由于振動引起地基變形或失穩(wěn)(如飽和土軟化或液化，邊坡塌陷)將造成間接損傷。工廠受振動的影響表現(xiàn)為:墻皮剝落、墻壁龜裂、樓板裂縫、基礎變形或沉降、部分或整體倒塌。此外，振動也影響廠房內精密設備和儀器的正常運行，引起讀數不準，甚至會造成設備事故[2，5，6] 。

1.2 主要影響因素

1)振源的產生機理、激振強度、振動持時和特性。振源按產生機理不同分為諧波型、沖擊型、動力型、隨機動力型四類，地基基礎與結構的振動存在不同的幅頻特性和相頻特性。振源的強度和持時與影響程度的大小存在一定關系，振源的頻率對不同固有頻率的結構和人體器官產生不同程度的影響，隨距離的增加衰減程度也不同。波源的周期、能量和形狀對傳播介質的材料阻尼和幾何阻尼產生顯著的影響，其波動效應、振波衰減和傳播效應決定于振源的特性。

2)在地基和結構中的傳播距離和傳播規(guī)律。根據振源離受振體的距離，以2.5倍R波波長為界區(qū)別近源波動場和遠源波動場[7]，其振波成分和衰減規(guī)律不同。同時，振源的埋深導致波源半徑和波源傳播介質的彈性性質改變，在近源地面振動較無埋源衰減快，而遠源衰減較慢，在一定范圍內出現(xiàn)振動聚焦的現(xiàn)象。鐵路部門實測[6]，距鐵路中心線30 m附近的振動強度達80 dB，但隨著距離的增加，強度迅速衰減。在公路交通按一條行車線的距離衰減約3 dB，距離道路中心線50 m，振動衰減 20 dB。振波在不同的地基和結構構件中的衰減規(guī)律不同，地基土粘彈性系數越大，衰減越快，密度越高，衰減越慢。飽和軟黏土地面波動衰減比相同特征的非飽和土慢。巖石地基近場比一般土類地基衰減快，遠場則較慢[5]。振波在非均質和非規(guī)整形狀的介質中的折射、散射和衍射可導致振幅放大效應。

3)廠房結構和構件的材料特性及動力特性。廠房的使用時間和受損程度不同，其材料退化、結構構件變形、裂縫裂紋的開展程度不同，這些應變型損傷和位移型損傷導致結構位移模態(tài)陣型、固有頻率、位移頻響函數、曲率模態(tài)陣型、應變模態(tài)振型、應變頻響函數不同[8]。廠房的基礎、梁柱、樓板等構件和整體結構的固有頻率和振型模態(tài)是振動響應的主要影響因素。

2 振動的控制措施

振源強度控制措施包括:

1)選擇振動較小的機械設備或限制通行交通車輛的載重和車速。

2)減小振源的幅值。振動設備的豎向擾力應通過基組的質心和底面形心，水平擾力應通過基組質心平面，避免產生扭轉力矩[5]。對軌道交通，在隔振段應控制鋼軌和軌道的不平順，采用重型鋼軌進行無縫焊接。在廠區(qū)附近鋪設高等級的公路路面，減少路面不平順。

3)在動力設備沖擊面安裝阻尼材料，通行列車采用彈性車輪，鋼軌表面粘貼阻尼材料。

4)在振動發(fā)生的動力設備的摩擦面和鋼軌表面涂抹潤滑劑。

5)振動設備應錯時操作，盡量避免同時運轉。

6)動力機器設置彈性阻尼隔振基礎，在臨近廠區(qū)的公路路面鋪設橡膠顆粒瀝青路面，在軌道交通中采用彈性扣件、軌枕墊、整體式無碴減振道床等。

傳播途徑控制:

1)進行廠址規(guī)劃設計時，應將振動敏感的廠房遠離交通線路的布置，同時避開振動放大區(qū)。進行平面設計時，敏感結構應遠離產生振動的設備，強振設備應布置在底層。充分利用振動傳播的天然屏障，如溝谷、河渠、山坡、高大建筑物等。

2)增加設備和地鐵等振源的埋深，增加地鐵隧道壁厚度。

3)在振源到廠房之間設置隔振溝，排樁，板樁墻，波阻塊(WIB)，增強土的剛度和阻尼比。

4)將機器的隔振基礎與廠房隔離。對振動敏感的廠房應避免設置牛腿支承的吊車和梁下懸掛吊車，宜設置與廠房脫開的龍門吊車或另立梁柱設置吊車或懸掛吊車。

5)對精密儀器和設備采用支承式、懸掛式、地板整體式隔振，阻斷振波向敏感設備的傳播路徑[5，6，9]。

受振廠房控制:1)廠房結構平面和豎向幾何形狀應對稱規(guī)則，結構傳力簡單，構件受力明確?？箓攘偠染鶆驅ΨQ，相鄰樓層層間剛度變化均勻。2)調整設備基礎的質量和底面面積，避開設備的擾力頻率。應采用現(xiàn)澆整體混凝土結構，避免采用磚基礎和裝配式基礎。地基剛度、阻尼比和參振質量等主要動力特性應滿足隔振的需要。地基土應具有均勻的低中壓縮性，避免不均勻沉降，有軟弱地基、濕陷性黃土、膨脹土、溝坑洞時需要采取相應的措施。受力層有易液化的飽和粉細砂，易振陷的松散砂土或人工填土時，不宜采用天然地基，可采用樁基、強夯、換土墊層等措施。3)應采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土肋形樓蓋或裝配整體式鋼筋混凝土樓蓋。4)采用現(xiàn)澆或整體式框架—抗振墻結構。5)在樓板和其他局部構件中設置減振裝置，如在門窗和墻體之間架設減振層。構件間連接可靠，梁柱節(jié)點應做成剛性節(jié)點在樓板和其他局部構件中設置減振裝置，如在門窗和墻體之間架設減振層。構件間連接可靠，梁柱節(jié)點應做成剛性節(jié)點;樓蓋在工藝生產許可下，動荷載(設備)應盡量布置在梁的支座附近，梁應盡量布置成多跨連續(xù)的，這樣有利于減少振動的影響，單跨鋼筋混凝土簡支梁，高跨比可取1/6～1/8，對連續(xù)跨可取1/8～1/10，梁的跨度應盡量控制在6 m之內。6)采用柔性的接管設施，隔斷振動從管道及管道支承構件傳至廠房的圍護結構。7)單層工業(yè)廠房固有頻率約為1 Hz～4 Hz，當柱距為6 m時，現(xiàn)澆混凝土樓蓋固有頻率約為18 Hz～22 Hz，裝配整體式樓蓋固有頻率約為 15 Hz～22 Hz。8)具有振動的設備基礎，盡量與主體結構脫開，如噴煤主廠房的磨煤機，篩分室的振動篩，主抽風機室，發(fā)電廠的汽輪機基礎，均需與主體結構脫開?？烧{試的機器設備等振源應避開其固有頻率，不可調試的振源應加強對低頻段的振波隔離，同時廠房結構和構件的振動特性應合理設計，避免發(fā)生共振[5，10]。

3 結語

工業(yè)廠房的功能用途和重要程度不同，對隔振的要求也不同，應根據具體的技術需要和相應的規(guī)范規(guī)程選擇振動控制標準。在選取振動控制措施時，應基于振動能量的“產生—傳遞—響應”過程，分析振源特性、傳播途徑情況、廠房結構類型，從振源的強度控制、振動傳播途徑控制和受振廠房控制三個方面綜合考慮，選擇高效經濟的隔振減振措施。

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