某學(xué)校食堂樓板振動(dòng)測(cè)試及分析

樊振華

隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，各種生產(chǎn)和運(yùn)輸工具等產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)人體、工作效率及建筑結(jié)構(gòu)的影響亦越來(lái)越嚴(yán)重，也漸漸地引起了普遍的關(guān)注。基于此國(guó)外已將振動(dòng)與空氣污染、水質(zhì)污染及噪聲視為影響人類生存和生活的主要公害。在一些接近大的振源處，也有因墻壁、磚瓦等開(kāi)裂，門窗翹曲變形等引起的建筑物振動(dòng)破壞情況，國(guó)內(nèi)外就經(jīng)常有因此而引起居民投訴的例子。本文針對(duì)一起鍋爐房冷熱交換器運(yùn)行引起鄰近房屋梁板結(jié)構(gòu)振動(dòng)的情況進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，分析了振動(dòng)原因，提出了相應(yīng)的對(duì)策。

1 工程概況

某學(xué)校食堂為三層混凝土框架結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆混凝土框架柱、梁及樓板、樓蓋采用鋼網(wǎng)架。該建筑坐東朝西，在其北側(cè)約30 m處為學(xué)生開(kāi)水房，水房?jī)?nèi)有一冷熱交換器，該設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的振動(dòng)。目前發(fā)現(xiàn)食堂及會(huì)議室的樓板出現(xiàn)不同程度的有感振動(dòng)，其中3層會(huì)議室樓板振感最強(qiáng)。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該冷熱交換器為該建筑結(jié)構(gòu)周圍唯一的振動(dòng)源，該振源距離結(jié)構(gòu)為30 m左右。根據(jù)相關(guān)人員介紹，每當(dāng)早、中、晚供應(yīng)開(kāi)水，該冷熱交換器開(kāi)始工作時(shí)，結(jié)構(gòu)樓板出現(xiàn)有感振動(dòng)，振感強(qiáng)烈程度伴隨冷熱交換器工作狀態(tài)，當(dāng)水溫達(dá)到80℃左右時(shí)，振感最為強(qiáng)烈。樓板振動(dòng)隨著供應(yīng)開(kāi)水結(jié)束也即停止，每次時(shí)間約為30 min。因此，直觀上結(jié)構(gòu)各層樓板的振動(dòng)現(xiàn)象與該冷熱交換器的運(yùn)行工作是密切相關(guān)的。

3 現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試及分析

現(xiàn)場(chǎng)選取振感最為強(qiáng)烈的會(huì)議室樓板(即3層樓板)作為測(cè)試對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)沿結(jié)構(gòu)樓板中線由北至南共布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距同結(jié)構(gòu)軸線間距(7.5 m)，各測(cè)點(diǎn)均在樓板軸線單元中心。即測(cè)點(diǎn)位置依次遠(yuǎn)離振源。

現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試與冷熱交換器工作同步，測(cè)試符合日常振動(dòng)情況，測(cè)試數(shù)據(jù)可代表食堂樓板結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)常性的振動(dòng)情況。

現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試采用電測(cè)法，利用位移傳感器采集結(jié)構(gòu)梁板體系地面的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。測(cè)試儀器包括891-I型傳感器、多功能抗混頻放大器等，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采用北京東方噪聲與振動(dòng)研究所開(kāi)發(fā)的DASP數(shù)據(jù)大容量自動(dòng)采集與信號(hào)處理系統(tǒng)，測(cè)試前已對(duì)所有儀器設(shè)備進(jìn)行了檢定或校準(zhǔn)，確保儀器設(shè)備處于正常使用狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試工作依據(jù)GB/T 14124-2009機(jī)械振動(dòng)與沖擊對(duì)建筑物振動(dòng)影響的測(cè)量和評(píng)價(jià)基本方法及使用導(dǎo)則進(jìn)行。

各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)見(jiàn)圖1～圖4，圖中信號(hào)根據(jù)測(cè)試需要為放大1 000倍后的信號(hào)數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)頻率成分較為單一，拍振現(xiàn)象較為明顯，表現(xiàn)出較為明顯的共振規(guī)律。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如下:1)樓板振動(dòng)以豎向振動(dòng)信號(hào)為主，水平方向振動(dòng)信號(hào)相對(duì)極小。2)隨著測(cè)點(diǎn)位置依次遠(yuǎn)離振源，測(cè)點(diǎn)位移振幅依次減小;距離振源最近的1號(hào)測(cè)點(diǎn)最大實(shí)測(cè)位移幅值為0.048 mm。3)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的主頻范圍為 13.0 Hz～15.1 Hz。4)三層樓板豎向自由振動(dòng)頻率為13.3 Hz。另外，現(xiàn)場(chǎng)還對(duì)振源處強(qiáng)迫振動(dòng)頻率進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)測(cè)振源強(qiáng)迫振動(dòng)頻率為13.9 Hz。

由測(cè)試結(jié)果可知，學(xué)生開(kāi)水房冷熱交換器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞給結(jié)構(gòu)樓板，其強(qiáng)迫振動(dòng)頻率衰減不明顯，仍以接近樓板豎向自振頻率(13.3 Hz)的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率迫使樓板結(jié)構(gòu)振動(dòng)，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，這是結(jié)構(gòu)各層樓板出現(xiàn)較強(qiáng)振感的根本原因。

樓板最大實(shí)測(cè)位移幅值為0.048 mm，參考ISO推薦的建筑振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率為15 Hz左右時(shí)，諧振位移幅值小于0.067 mm對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)害，小于0.030 4 mm對(duì)人體無(wú)害。因此，目前該結(jié)構(gòu)樓板振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)主體無(wú)害，但對(duì)人體健康不利，應(yīng)采取一定的處理措施減小或消除樓板振動(dòng)。

4 處理措施

食堂結(jié)構(gòu)樓板豎向自振頻率與學(xué)生開(kāi)水房冷熱交換器運(yùn)行工作振動(dòng)頻率相吻合，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，是結(jié)構(gòu)各層樓板出現(xiàn)較強(qiáng)振感的根本原因。對(duì)于此類設(shè)備—結(jié)構(gòu)之間的共振問(wèn)題，其解決方法為:使共振雙方的振動(dòng)頻率相差較大，最終避開(kāi)共振區(qū)。可從三個(gè)角度考慮，分別為設(shè)備本身(冷熱交換器)，振動(dòng)傳遞媒介(場(chǎng)地土)和結(jié)構(gòu)本身。

對(duì)于設(shè)備本身，通過(guò)技術(shù)改造，改變?cè)O(shè)備運(yùn)行工作時(shí)的振動(dòng)頻率或消除設(shè)備振動(dòng);對(duì)于振動(dòng)傳遞媒介，可在開(kāi)水房和該結(jié)構(gòu)之間挖一條隔振溝，阻斷振動(dòng)波的傳遞;對(duì)于結(jié)構(gòu)本身，通過(guò)增加構(gòu)件、加大構(gòu)件截面來(lái)增大結(jié)構(gòu)剛度，改變結(jié)構(gòu)自振頻率。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件并考慮經(jīng)濟(jì)因素，本文提出對(duì)學(xué)生開(kāi)水房冷熱交換器進(jìn)行技術(shù)改造，改變其運(yùn)行工作時(shí)的振動(dòng)頻率或消除設(shè)備振動(dòng)，該方法一勞永逸，可徹底減小或消除振動(dòng)源。

5 結(jié)語(yǔ)

該校結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件并考慮經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)學(xué)生開(kāi)水房冷熱交換器進(jìn)行技術(shù)改造，調(diào)整了其運(yùn)行工作時(shí)的振動(dòng)頻率，消除了結(jié)構(gòu)振動(dòng)現(xiàn)象，收到較好的效果。

[1]王劍飛，史海兵.非地震振動(dòng)建筑破壞及防護(hù)措施[J］.工程力學(xué)，2003(sup):613-616.

[2]GB/T 14124-2009，機(jī)械振動(dòng)與沖擊對(duì)建筑物振動(dòng)影響的測(cè)量和評(píng)價(jià)基本方法及使用導(dǎo)則[S］.

[3]徐 建.建筑振動(dòng)工程手冊(cè)[M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002:54.

[4]徐 建.隔振設(shè)計(jì)規(guī)范理解與應(yīng)用[M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009:80-81.