二、實例分析

青海某造粒廠房，多層鋼框架結(jié)構(gòu)，組合樓面，橫向3跨（6m、4m、8m），縱向4跨（4×8m），主要建筑平面有▽± 0.000，▽3.150，▽5.750，▽12.050，▽17.550，▽26.450， ▽29.450等層，建筑高度40m，建筑面積4029.4m2。

 由于初步設(shè)計工藝定方案時，結(jié)構(gòu)專業(yè)沒有參與，建筑物的面積和體積卡的比較緊，設(shè)備布置的非常局促，粒料篩分機(jī)的開洞切斷了框架梁，輥壓機(jī)的布置使樓層產(chǎn)生了抽柱，而且部分樓層只有局部樓板布置，其結(jié)構(gòu)整體性較差。

當(dāng)廠房投入使用后，▽30. 550平臺上的振動篩運行時，支撐這平臺的▽29. 450 局部樓面振動響應(yīng)過大，人員明顯感覺不適。振動篩的設(shè)備參數(shù)如下:振動篩帶料后質(zhì)量為30t,設(shè)備的轉(zhuǎn)速為730 r/m。采用有限元軟件ANSYS進(jìn)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(shè)備共振，截取了包含整個振動篩在內(nèi)的樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，梁單元采用beam188模擬，板單元采用shell63模擬，振源設(shè)備采用三維質(zhì)量單元MASS21模擬，模型及單元如下圖所示：

因設(shè)備的振動頻率比樓板的自振頻率要低，與設(shè)備可能發(fā)生共振的只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(tài)分析結(jié)果可以看出，第3、4階頻率和設(shè)備振動頻率相近，在這2個頻率范圍內(nèi)樓板和設(shè)備發(fā)生共振，樓板振動厲害?？梢酝ㄟ^改變樓面梁的布置來改變樓面剛度，使樓面的自振頻率遠(yuǎn)離設(shè)備的振動頻率，避開共振。在此基礎(chǔ)上，還可以通過動力時程分析，對整個樓蓋進(jìn)行精確的動力響應(yīng)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(nèi)。 

 

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。對于廠房的整體水平振動，則須建立包括設(shè)備在內(nèi)的設(shè)備－結(jié)構(gòu)整體三維有限元模型。首先進(jìn)行模態(tài)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(zhuǎn)動，第四至七階振型為屋面水平支撐的振動，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。限于篇幅，僅給出前3階振型。 

 

結(jié)合模態(tài)分析的結(jié)果，可以對廠房整體的水平振動做出快速的定性判斷，然后進(jìn)一步對整體結(jié)構(gòu)在設(shè)備動力作用下進(jìn)行動力時程分析， 從而可以比較精確的確定動力設(shè)備對廠房整體結(jié)構(gòu)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(yīng)，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(yù)知工業(yè)廠房的振動情況，將振動的影響控制在結(jié)構(gòu)安全、設(shè)備運行和及操作人員正常工作的范圍之內(nèi)。