建筑工程中機械振動控制策略研究

秦龍飛，陳善龍

摘 要：隨著高層建筑和超高層建筑越來越多，機械振動問題也逐漸成為影響建筑工程安全和舒適性的重要因素。基于此，研究建筑工程中機械振動控制策略，包括振動源控制、結構控制和基礎控制等方面。通過對國內外相關研究的分析和總結，提出了一些有效的控制方法和策略，并對其進行了詳細的討論和分析。

關鍵詞：建筑工程；機械振動；控制策略；振動源控制；結構控制；基礎控制

中圖分類號：TU352.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）05-0034-03

0 引言

隨著建筑高度的增加，機械振動問題逐漸成為影響建筑工程安全和舒適性的重要因素。機械振動可能導致建筑結構的疲勞損傷、降低建筑物的使用壽命，甚至引發結構破壞。因此，研究建筑工程中機械振動的控制策略具有重要的理論和實際意義。

1 振動源控制策略

振動源控制是通過減少或消除振動源來控制機械振動的方法。在建筑工程中，振動源主要包括機器設備、交通工具和自然環境等。為了減少振動源對建筑物的影響，可以采取以下3點控制策略。

1.1 合理布局建筑物的機器設備

在建筑物的設計和施工過程中，應合理布局機器設備，盡量減少其對建筑物的影響。可以通過采用減振支架、隔振墊等方法來減少機器設備的振動傳遞到建筑物上。通過以下4種方法，合理布局建筑物的機器設備，降低振動源對建筑物的影響，提高建筑物的安全和舒適性。

1.1.1 分離振動源

將振動源與其他部分隔離開來，避免振動源的振動直接傳遞到整個建筑物。例如，將電梯、空調機組等振動較大的設備單獨設置在一個區域，或者使用減振支架、隔振墊等方法來減少機器設備的振動傳遞到建筑物上。

1.1.2 考慮建筑物自振特性

在布局機器設備時，應考慮建筑物的自振特性和機器設備的振動特性，盡量使機器設備的振動頻率與建筑物的自振頻率錯開，以減少振動源對建筑物的影響。

1.1.3 優化建筑物的隔振系統

在建筑物的設計和施工過程中，可以采用一些隔振措施，如隔振樁、隔振基礎等，來減少振動源對建筑物的影響。在布局機器設備時，應充分考慮這些隔振措施的設置，使機器設備與隔振系統合理配合，達到最佳的隔振效果。

1.1.4 考慮周邊環境的影響

在布局機器設備時，還應考慮周邊環境的影響，如交通、天氣等因素。例如，盡量避免將振動源設備設置在靠近道路、地鐵等振動源較強的區域，以減少外部振動對建筑物的影響。

1.2 控制交通工具的影響

在建筑物周圍的道路和交通設施設計中，應考慮采取減振措施，如使用減振材料、減振墊等，以減少交通工具對建筑物的影響。通過以下4種方法，可以有效地控制交通工具對建筑物的影響，提高建筑物的安全和舒適性。

1.2.1 采用減振材料和減振墊

在建筑物的基礎部分采用減振材料和減振墊，可以有效地減少交通工具對建筑物的影響。這些材料和墊子可以消耗振動能量，降低振動傳遞到建筑物上的程度。

1.2.2 設置隔振樁或隔振基礎

在建筑物的基礎部分設置隔振樁或隔振基礎，可以有效地減少交通工具通過地基傳遞到建筑物上的振動。這些隔振裝置可以改變建筑物的自振頻率和阻尼比，降低振動傳遞到建筑物上的程度。

1.2.3 合理規劃建筑物與交通設施的距離

在建筑物的設計和規劃過程中，應盡量增加建筑物與交通設施之間的距離，以減少交通工具對建筑物的影響。此外，還可以考慮設置綠化帶、隔音墻等隔離措施，以減少交通工具的振動對建筑物的影響。

1.2.4 采用地基處理技術

采用地基處理技術可以改善地基的承載能力和抗震性能。例如，采用地基加固、地基減震等方法，可以有效地降低地基的振動傳遞到建筑物上。

1.3 采用隔振措施

在建筑物的基礎部分采用隔振措施，如隔振樁、隔振基礎等，可以有效地減少振動源對建筑物的影響。

1.3.1 隔振支架和隔振墊

在建筑物中的機器設備和結構之間安裝隔振支架和隔振墊，可以有效地減少振動傳遞。這些隔振裝置通常由彈性材料制成，能夠吸收和消耗振動能量，從而降低振動對建筑物的影響。

具體有以下5點措施：①隔振支架和隔振墊。在建筑物中的機器設備和結構之間安裝隔振支架和隔振墊，可以有效地減少振動傳遞。這些隔振裝置通常由彈性材料制成，能夠吸收和消耗振動能量，從而降低振動對建筑物的影響。②隔振基礎。隔振基礎是一種特殊的基礎設計，旨在減少振動從機器設備傳遞到地基。這種基礎通常包括彈性層，如彈簧或橡膠層，以提高對振動的隔離效果。③減振隔離裝置。減振隔離裝置是一種用于隔離振動傳遞的裝置，如減振隔離器、橡膠隔離器等。這些裝置可以安裝在建筑物的結構和機器設備之間，以減少振動的傳遞[1]。④浮筏式基礎。浮筏式基礎是一種特殊的基礎設計，用于減少振動傳遞到建筑物。它通過將建筑物的基礎整體抬高，使其浮在彈性墊層上，從而減少振動的傳遞。⑤隔振井和隔振溝。在建筑物周圍設置隔振井和隔振溝，可以有效地減少振動傳遞到建筑物。這些隔振井和隔振溝通常用于隔離地下交通工具（如地鐵、隧道）的振動。

2 結構控制策略

結構控制是通過改變建筑物的結構特性來控制機械振動的方法。在建筑工程中，可以采取以下3點控制策略。

2.1 優化建筑物的結構設計

在建筑物的結構設計中，可以采用一些抗震性能良好的結構形式，如框架結構、筒體結構等，還可以通過調整建筑物的自振頻率和阻尼比來降低其對振動的敏感性。

第一，選擇合適的結構體系。根據建筑物的使用功能和環境條件，選擇合適的結構體系，如框架結構、剪力墻結構、筒體結構等。不同的結構體系具有不同的抗震性能，合理選擇結構體系可以有效地減少振動對建筑物的影響。

第二，合理布置建筑物的空間布局。建筑物的空間布局對結構的抗震性能有重要影響。通過合理布置房間和走廊，避免大規模的開洞和懸挑，可以提高建筑物的整體抗震性能。此外，還應考慮建筑物的立面剛度分布，避免剛度突變，以減少振動引起的結構響應。

第三，考慮建筑物的自振特性。在結構設計中，應考慮建筑物的自振特性和機器設備的振動特性，使建筑物的自振頻率與機器設備的振動頻率錯開，以減少振動源對建筑物的影響。

第四，采用合理的構件尺寸和材料。在結構設計中，應采用合理的構件尺寸和材料，以提高建筑物的抗震性能。合理選擇構件的截面形狀和尺寸，可以提高構件的抗彎、抗剪能力，減少振動對建筑物的影響。此外，選擇合適的建筑材料，如高強度鋼材、高性能混凝土等，也可以提高建筑物的抗震性能。

第五，考慮地震效應和風效應的影響。在結構設計中，應考慮地震效應和風效應的影響，采用相應的抗震和抗風設計措施，以提高建筑物的抗震性能。這包括合理設置抗震縫、采用抗風構件等。

2.2 采用阻尼器

在建筑物的結構中設置阻尼器，可以有效地消耗振動能量，降低建筑物的振動響應。阻尼器可以根據需要選擇不同類型和規格，以適應不同場合的需求。

第一，選擇合適的阻尼器類型。根據建筑物的具體情況和振動特性，選擇合適的阻尼器類型。常見的阻尼器類型包括摩擦阻尼器、橡膠阻尼器、金屬阻尼器和液壓阻尼器等。每種阻尼器都有其獨特的特點和適用場合，設計人員應根據實際需求選擇最合適的阻尼器。

第二，確定阻尼器的規格和數量。根據建筑物的振動分析和設計要求，確定阻尼器的規格和數量。這需要考慮建筑物的結構形式、尺寸、材料和振動特性等因素。通過合理選擇阻尼器的規格和數量，可以確保建筑物具有足夠的阻尼能力來消耗振動能量。

第三，合理布置阻尼器的位置。在建筑物的結構中合理布置阻尼器的位置，可以提高阻尼器的控制效果。這需要根據建筑物的振動傳遞路徑和受力狀況來確定阻尼器的安裝位置。通常，阻尼器應安裝在建筑物的關鍵部位，如梁、柱、墻體等，以最大限度地減少振動傳遞。

第四，考慮阻尼器的耐久性和可靠性。在選擇和布置阻尼器時，應考慮其耐久性和可靠性。阻尼器應能夠承受預期的荷載和振動，并在長期使用中保持良好的工作性能。此外，阻尼器的安裝和維護也應簡單方便，以確保其長期穩定運行。

第五，阻尼器的測試和驗證。在工程實踐中，應對采用的阻尼器進行測試和驗證，以確認其性能是否符合設計要求。這包括對阻尼器的靜態和動態性能進行測試，以及對其在實際振動環境中的效果進行驗證。通過這些測試和驗證，可以確保阻尼器的控制效果達到預期目標。

2.3 采用減震隔震技術

在建筑物的結構和基礎之間設置減震隔震裝置，如減震墊、隔震支座等，可以有效地減少振動源對建筑物的影響。這些裝置可以改變建筑物的自振頻率和阻尼比，降低振動傳遞到建筑物上的程度。減震隔震裝置如圖1所示。

第一，選擇合適的減震隔震裝置。根據建筑物的具體情況和振動特性，選擇合適的減震隔震裝置。常見的減震隔震裝置包括減震墊、隔震支座、減震隔離器和浮筏式基礎等。每種裝置都有其獨特的特點和適用場合，設計人員應根據實際需求選擇最合適的減震隔震裝置。

第二，確定減震隔震裝置的規格和數量。根據建筑物的振動分析和設計要求，確定減震隔震裝置的規格和數量。這需要考慮建筑物的結構形式、尺寸、材料和振動特性等因素。通過合理選擇減震隔震裝置的規格和數量，可以確保建筑物具有足夠的減震隔震能力來減少振動傳遞。

第三，合理布置減震隔震裝置的位置。在建筑物的結構和基礎之間合理布置減震隔震裝置的位置，可以提高減震隔震效果。這需要根據建筑物的振動傳遞路徑和受力狀況來確定減震隔震裝置的安裝位置。通常，減震隔震裝置應安裝在建筑物的關鍵部位，如柱、墻體和基礎等，以最大限度地減少振動傳遞。

3 基礎控制策略

基礎控制是通過控制建筑物基礎的振動特性來控制機械振動的方法。在建筑工程中，可以采取以下2點控制策略。

3.1 采用深基礎

采用深基礎可以提高建筑物的穩定性和抗震性能。深基礎可以將建筑物的重量均勻地傳遞到地基上，降低地基的振動響應。

第一，選擇合適的深基礎類型。根據建筑物的荷載、地基條件和環境因素，選擇合適的深基礎類型。常見的深基礎類型包括樁基、沉井基礎、地下連續墻和巖石錨桿等。每種深基礎類型都有其獨特的優點和適用場合，設計人員應根據實際需求選擇最合適的基礎類型。

第二，確定深基礎的設計參數。在深基礎的設計過程中，需要確定基礎的設計參數，如樁徑、樁長、樁間距和地基承載力等。這些參數應根據建筑物的荷載、地基條件和深基礎類型的特點進行合理選取，以確保基礎的穩定性和抗震性能。

第三，考慮深基礎的施工方法。在深基礎的施工過程中，應考慮施工方法和施工技術。根據不同的深基礎類型和地質條件，選擇合適的施工方法，如鉆孔樁、沉井施工、地下連續墻施工和巖石錨桿施工等。合理的施工方法可以確保深基礎的施工質量和安全[2]。

3.2 采用地基處理技術

地基處理技術可以改善地基的承載能力和抗震性能。例如，采用地基加固、地基減震等方法，可以有效地降低地基的振動傳遞到建筑物上。

第一，選擇合適的地基處理方法。根據建筑物的荷載、地基條件和環境因素，選擇合適的地基處理方法。常見的地基處理方法包括壓實、固結、置換、預壓和排水等。每種地基處理方法都有其獨特的優點和適用場合，設計人員應根據實際需求選擇最合適的地基處理方法。

第二，確定地基處理的設計參數。在地基處理的設計過程中，需要確定地基處理的設計參數，如處理深度、處理范圍和處理材料等。這些參數應根據建筑物的荷載、地基條件和地基處理方法的特點進行合理選取，以確保地基處理的效果和安全性。

4 結束語

建筑工程中的機械振動問題對建筑物的安全和舒適性具有重要影響。本文通過對振動源、結構和基礎等方面的控制策略進行研究，提出了一些有效的控制方法和策略。在實際工程中，可以根據具體情況選擇適當的控制策略，以降低機械振動對建筑物的影響。

參考文獻

[1] 馬清原.機械振動中的兩個問題[J].石家莊經濟學院學報， 1986（2）：202-206.

[2] 王大專.工程機械施工振動對某民宅的影響分析[J].安徽建筑，2018，24（1）：200，218.