選煤廠多層廠房土建結構振動設計分析

摘要：目前我國選煤廠的廠房結構大多數都采用鋼筋混凝土框架結構。選煤廠廠房中都放置著振動篩、電動機、脫水機以及破碎機等相關動力設備。當這些動力設備正常工作時，由于設備的往復運動，選煤廠廠房結構振動無可避免。本文對選煤廠多層廠房振動原因和廠房結構形式與布置進行了分析，并提出一些選煤廠廠房結構振動的防治措施。

關鍵詞：選煤廠廠房 結構振動 措施

選煤廠廠房和其他廠房的機械設備布置不同，選煤廠的設備大多都是布置在樓面上的，這些設備都是震動較大的振動篩、電動機、脫水機以及破碎機等相關動力設備。這些設備在正常工作時的振動不可避免，設備振動時產生的振動波會通過設備的支座傳遞給廠房，從而引起選煤廠廠房的振動。當廠房的震動強度不大時，可能影響到選煤廠員工的工作情緒或設備的正常工作，降低工作效率；當選煤廠設備的振動頻率和選煤廠廠房的固有自振頻率接近或相同時，會產生共振現象，從而引發安全生產事故。如何有效降低選煤廠多層廠房土建結構振動成為了選煤廠亟待解決的一個重要課題。

1 選煤廠廠房振動原因

1.1 生產設備工作時的振動 選煤廠采用的設備在正常工作時都會產生振動，而且這些設備的工作方式不同，且在每個樓層里都無規律的放置著，這些振動設備的工作特性差別也非常大。比如：振動篩是上下往復振動，壓濾機是水平往復振動。這些設備都是單一性振動設備，在進行結構振動計算時容易分析和模擬。有些設備的振動分析和計算比較復雜，比如：臥式振動離心機既有前后往復運動又有橫軸旋轉運動，而斜輪分選機的振動則是繞斜軸轉動。對于跳汰機設備的振動，其擾力可能是跳汰機設備本身產生，也可能是有跳汰機內部的物料運動所產生的，具有很強的隨機性。

1.2 共振原因分析 通過多年的振動實測資料以及設計經驗的分析研究，廠房的結構振動與廠房內設備的工作頻率有著很大聯系。控制選煤廠廠房結構振動的頻率和振幅有兩個因素，即對結構施加的激振力（也稱為擾力源）和結構自身的動力特性。當擾力源的頻率與廠房結構自身的固有頻率接近或吻合時，會產生共振現象，使廠房的振動幅度不斷增加，并出現高噪聲、高動應力等嚴重影響工作環境和廠房結構強度的問題。

2 廠房結構形式和布置

2.1 結構形式 選煤廠廠房應當選用鋼結構或者鋼筋混凝土框架結構。廠房的框架結構整體應當具有剛度大、傳力明確以及對水平和垂直振動荷載都有較高的承受能力的特點。現目前，框架的設計和施工方法都比較成熟，能夠有效地保證廠房結構安全。選煤廠廠房內一般都有吊車運行，故廠房的屋蓋形式一般采用輕鋼結構，輕鋼結構的設計和施工方面不僅比較成熟，而且其普及程度也比較高。采用輕鋼結構和框架結構相結合的形式，比其他結構要合理一些，能夠更好地保證廠房的穩定性及安全性。

2.2 結構布置 選煤廠廠房內的設備不僅比較多，而且荷載都比較大，尤其是在大型設備運行時產生的振動荷載比較明顯，因此在廠房的結構布置上，應當均勻合理分布各種荷載。在廠房的結構布置方面應當遵循以下原則：①為了保證振動設備的基礎和振動設備的承重構件之間的可靠連接應當設置專門的受力構件，確保荷載能夠準確地傳遞到柱、框架梁等廠房主要受力結構上。②在安裝廠房生產設備時，對后砌外墻處的框架梁應當對該處安裝設備最大重量進行驗算，此驗算不包括墻體的自重。在進行樓板梁布置時應當充分考慮吊梁的安裝，避免由于吊梁的位置不合適而導致吊梁無法安裝以及無法更換檢修設備的現象。

3 選煤廠廠房共振的防治措施

3.1 加強結構的自身動力特性 ①在設備結構動力特性方面。應當減小樓層結構的振動，達到減小共同振幅的目的，在減少結構振動中最有效的方法便是保證直接承受動力設備構件的剛度。合理確定間接承受動力荷載各桿件與直接承受動力荷載桿件之間的剛度比值，這對降低廠房樓層振動有著重要作用。此外，對于非振動設備的樓層結構布置的重視也應當加強，可以采取加大非振動設備安裝樓層的樓板剛度，盡量減小樓板的振動響應，如增加梁的寬度或者截面高度，減少樓板的跨度等措施。②加強樓層結構的動力特性。對布置有振動設備的廠房，如果廠房只布置了中頻和高頻生產設備，一般只需考慮廠房在垂直振動方面的影響；如果廠房布置有低頻水平振動設備還應當考慮到廠房水平振動方面的影響。

3.2 合理布置擾力源 選煤廠多層廠房的振動主要是由于生產設備的振動引起的，廠房的振動受到廠房內設備的布置位置、設備動力特性以及土建結構動力特性的影響。在生產設備布置時，重量較重的設備或者振動較大的設備應當布置在廠房的地面，如果這些設備必須布置在樓板上時，應當保證振動設備產生的不平衡干擾力作用在廠房的主梁上，且設備位置的布置應當靠近中間支柱或外墻。對于垂直擾力比較大的生產設備，應當將其布置在梁的支座周圍，并保證設備產生的擾力和梁的軸向方向一致。另外在布置跳汰機的時候，應當盡量避免跳汰機的物料振蕩方向朝向選煤廠廠房剛度較小的方向，防止低頻共振。設備動力特性在布置時應當遵循布置合理、荷載傳遞直接及結構受力明確的原則。比如：動力設備需要布置在梁上時應當防止動力設備布置在懸臂梁上；為了方便計算分析，振動梁應當布置成單跨梁；振動梁不應跨軸線布置。

4 結束語

為了有效地降低選煤廠多層廠房的結構振動，可以采取加強結構的自身動力特性和合理布置擾力源兩種方式，盡量降低生產設備振動對設備正常運行、廠房的振動以及員工的工作情緒的影響，保證工作設備正常運行和員工的工作效率，為選煤廠帶來更大的經濟效益。

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