某學校食堂樓板振動測試及分析

樊振華

隨著社會生產的發展，各種生產和運輸工具等產生的振動對人體、工作效率及建筑結構的影響亦越來越嚴重，也漸漸地引起了普遍的關注。基于此國外已將振動與空氣污染、水質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、磚瓦等開裂，門窗翹曲變形等引起的建筑物振動破壞情況，國內外就經常有因此而引起居民投訴的例子。本文針對一起鍋爐房冷熱交換器運行引起鄰近房屋梁板結構振動的情況進行了振動測試，分析了振動原因，提出了相應的對策。

1 工程概況

某學校食堂為三層混凝土框架結構。現澆混凝土框架柱、梁及樓板、樓蓋采用鋼網架。該建筑坐東朝西，在其北側約30 m處為學生開水房，水房內有一冷熱交換器，該設備運行時產生較為強烈的振動。目前發現食堂及會議室的樓板出現不同程度的有感振動，其中3層會議室樓板振感最強。

2 現場調查

現場調查發現該冷熱交換器為該建筑結構周圍唯一的振動源，該振源距離結構為30 m左右。根據相關人員介紹，每當早、中、晚供應開水，該冷熱交換器開始工作時，結構樓板出現有感振動，振感強烈程度伴隨冷熱交換器工作狀態，當水溫達到80℃左右時，振感最為強烈。樓板振動隨著供應開水結束也即停止，每次時間約為30 min。因此，直觀上結構各層樓板的振動現象與該冷熱交換器的運行工作是密切相關的。

3 現場振動測試及分析

現場選取振感最為強烈的會議室樓板(即3層樓板)作為測試對象，現場沿結構樓板中線由北至南共布置4個測點，測點間距同結構軸線間距(7.5 m)，各測點均在樓板軸線單元中心。即測點位置依次遠離振源。

現場振動測試與冷熱交換器工作同步，測試符合日常振動情況，測試數據可代表食堂樓板結構構件經常性的振動情況。

現場振動測試采用電測法，利用位移傳感器采集結構梁板體系地面的強迫振動響應信號。測試儀器包括891-I型傳感器、多功能抗混頻放大器等，數據采集處理系統采用北京東方噪聲與振動研究所開發的DASP數據大容量自動采集與信號處理系統，測試前已對所有儀器設備進行了檢定或校準，確保儀器設備處于正常使用狀態。現場振動測試工作依據GB/T 14124-2009機械振動與沖擊對建筑物振動影響的測量和評價基本方法及使用導則進行。

各測點振動信號見圖1～圖4，圖中信號根據測試需要為放大1 000倍后的信號數據。從圖中可以看出，結構振動信號頻率成分較為單一，拍振現象較為明顯，表現出較為明顯的共振規律。

現場測試結果如下:1)樓板振動以豎向振動信號為主，水平方向振動信號相對極小。2)隨著測點位置依次遠離振源，測點位移振幅依次減小;距離振源最近的1號測點最大實測位移幅值為0.048 mm。3)各測點振動信號的主頻范圍為 13.0 Hz～15.1 Hz。4)三層樓板豎向自由振動頻率為13.3 Hz。另外，現場還對振源處強迫振動頻率進行了測試，實測振源強迫振動頻率為13.9 Hz。

由測試結果可知，學生開水房冷熱交換器運行時產生的振動傳遞給結構樓板，其強迫振動頻率衰減不明顯，仍以接近樓板豎向自振頻率(13.3 Hz)的強迫振動頻率迫使樓板結構振動，產生共振現象，這是結構各層樓板出現較強振感的根本原因。

樓板最大實測位移幅值為0.048 mm，參考ISO推薦的建筑振動標準，當強迫振動頻率為15 Hz左右時，諧振位移幅值小于0.067 mm對結構無害，小于0.030 4 mm對人體無害。因此，目前該結構樓板振動對結構主體無害，但對人體健康不利，應采取一定的處理措施減小或消除樓板振動。

4 處理措施

食堂結構樓板豎向自振頻率與學生開水房冷熱交換器運行工作振動頻率相吻合，產生共振現象，是結構各層樓板出現較強振感的根本原因。對于此類設備—結構之間的共振問題，其解決方法為:使共振雙方的振動頻率相差較大，最終避開共振區。可從三個角度考慮，分別為設備本身(冷熱交換器)，振動傳遞媒介(場地土)和結構本身。

對于設備本身，通過技術改造，改變設備運行工作時的振動頻率或消除設備振動;對于振動傳遞媒介，可在開水房和該結構之間挖一條隔振溝，阻斷振動波的傳遞;對于結構本身，通過增加構件、加大構件截面來增大結構剛度，改變結構自振頻率。

結合現場實際條件并考慮經濟因素，本文提出對學生開水房冷熱交換器進行技術改造，改變其運行工作時的振動頻率或消除設備振動，該方法一勞永逸，可徹底減小或消除振動源。

5 結語

該校結合現場實際條件并考慮經濟因素，對學生開水房冷熱交換器進行技術改造，調整了其運行工作時的振動頻率，消除了結構振動現象，收到較好的效果。

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

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