二、實例分析

青海某造粒廠房，多層鋼框架結構，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。

 由于初步設計工藝定方案時，結構專業沒有參與，建筑物的面積和體積卡的比較緊，設備布置的非常局促，粒料篩分機的開洞切斷了框架梁，輥壓機的布置使樓層產生了抽柱，而且部分樓層只有局部樓板布置，其結構整體性較差。

當廠房投入使用后，▽30. 550平臺上的振動篩運行時，支撐這平臺的▽29. 450 局部樓面振動響應過大，人員明顯感覺不適。振動篩的設備參數如下:振動篩帶料后質量為30t,設備的轉速為730 r/m。采用有限元軟件ANSYS進行建模分析。 

01 局部分析 

為了定性地判斷▽29. 450 樓板是否和設備共振，截取了包含整個振動篩在內的樓板結構進行模態分析，梁單元采用beam188模擬，板單元采用shell63模擬，振源設備采用三維質量單元MASS21模擬，模型及單元如下圖所示：

因設備的振動頻率比樓板的自振頻率要低，與設備可能發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。

從模態分析結果可以看出，第3、4階頻率和設備振動頻率相近，在這2個頻率范圍內樓板和設備發生共振，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離設備的振動頻率，避開共振。在此基礎上，還可以通過動力時程分析，對整個樓蓋進行精確的動力響應分析，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。 

 

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，則須建立包括設備在內的設備－結構整體三維有限元模型。首先進行模態分析，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。 

 

結合模態分析的結果，可以對廠房整體的水平振動做出快速的定性判斷，然后進一步對整體結構在設備動力作用下進行動力時程分析， 從而可以比較精確的確定動力設備對廠房整體結構的影響量。

同時在整體分析中可以提取局部樓蓋的動力響應，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，可以提前預知工業廠房的振動情況，將振動的影響控制在結構安全、設備運行和及操作人員正常工作的范圍之內。