CN110008580A - 一种按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法，包括：建立以振动速度为衡量标准的适用于多层工业建筑的容许振动等级；确定振动控制目标以及该振动控制目标所在区域楼板的容许振动速度等级；按照建筑功能区确定多层工业建筑各功能区内的振源；根据振源位置及振源扰力，计算当控制目标区域楼板满足要求的容许振动速度等级时，各建筑功能区的振动速度云图；根据振动速度云图以及容许振动等级，确定各建筑功能区的容许振动标准，绘制在多层工业建筑的建筑平面图中,形成多层工业建筑的容许振动标准区划图。本发明为协助各个专业做好防微振控制提供可靠的技术保障。

Description

一种按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法

技术领域

本发明涉及防微振控制技术领域，特别是涉及一种用于多层工业建筑的按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法。

背景技术

近年来，经济建设正在飞速发展，工业生产中的工艺流程也变得越来越复杂；由于城市土地资源的紧缺和社会发展的需要，为了减小产品运输，使得工艺设备布置的密集度越来越高，因此，多层工业建筑成为现代工业生产中一种不可替代的建筑形式。

由于受工艺流程的需要或工业用地的限制，在多层工业建筑中往往会存在精密测量或加工设备。当多层工业建筑中存在精密测量或加工设备时，需对该多层工业建筑进行防微振控制设计。与此同时，在该多层工业建筑中也存在大量的振动设备，这对防微振控制设计提出了难题。由于防微振控制设计关系到工程建设的各个阶段和多个专业，也需要跨学科的技术和知识，防微振控制的成效更是一项综合技术的体现。因此，从最初的设计阶段开始进行防微振控制工作是非常有必要的。

多层工业建筑是一个完整的力学系统，在进行防微振控制设计和分析时，应对多层工业建筑体系进行整体分析，并应考虑振动的传递路径和过程。而目前，对多层工业建筑进行振动测试和分析时，通常仅对特定点的振动状况进行测试和分析，该传统方法偏重于概念设计，是一种定性分析，具有精确度差的缺点，并且该方法未考虑建筑的整体特性，缺乏系统性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种用于土木工程、多层工业建筑中精密加工车间的防微振控制设计的按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法，包括步骤：

建立以振动速度为衡量标准的适用于多层工业建筑的容许振动等级；

确定振动控制目标以及该振动控制目标所在区域楼板的容许振动速度等级；

按照建筑功能区确定多层工业建筑各功能区内的振源；

根据振源位置及振源扰力，计算当控制目标区域楼板满足要求的容许振动速度等级时，各建筑功能区的振动速度云图；

根据振动速度云图以及容许振动等级，确定各建筑功能区的容许振动等级，绘制在多层工业建筑的建筑平面图中,形成多层工业建筑的容许振动标准区域划分图。

本发明中，所述适用于多层工业建筑的容许振动等级，是以VC-5＝100μm/s的振动速度为基准，以如下方程为依据建立的，包括有10个容许振动等级；

当一个建筑功能区的容许振动速度v_c满足VC-n≤v_c<VC-(n+1)时，则该建筑功能区的容许振动等级为VC-n。

本发明中，在确定一个建筑功能区的容许振动速度时，以该建筑功能区内97.73％以上控制点的振动速度小于某振动速度为控制条件；

即一个建筑功能区内97.73％以上控制点的振动速度满足如下方程：

P{v<v_c}＝97.73％或

其中，P为概率，v表示该建筑功能区控制点的振动速度，v_c称为该建筑功能区的容许振动速度，表示该建筑功能区控制点振动速度的平均值，σ_v表示该建筑功能区控制点振动速度的均方差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是以多层工业建筑为一整体进行振动分析，并依据建筑各功能区要求确定整个建筑系统的容许振动标准，形成了多层工业建筑容许振动区域划分图，为协助各个专业做好防微振控制提供可靠的技术保障，具有非常好的可靠性和适用性。

附图说明

图1为一个四层建筑中第二层车间(有振动设备)容许振动区划图。

图2为一个四层建筑中第三层车间(有较多振动设备)的容许振动区划图。

图3为一个四层建筑中第四层车间(有精密加工设备)的容许振动区划图。

图4为一个四层建筑中第二层车间建筑功能区示意图；

图5为图4所示的第二层部分车间的容许振动区划图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法,包括步骤：

S101,建立以振动速度为衡量标准的适用于多层工业建筑的容许振动等级；

为了确定各振源设备区的容许振动等级，本发明事先建立了以振动速度为衡量标准的多层工业建筑容许振动等级，见表1所示。

通常，衡量容许振动的物理量有三个：分别是振动位移、振动速度和振动加速度。以振动位移衡量容许振动标准适用于低频振动，以振动加速度衡量容许振动标准适用于高频振动。为兼顾低频和高频振动，本发明提出以振动速度来衡量容许振动，以此建立容许振动标准。

由于电子天平、显微镜等精密设备的容许振动速度约为6～10μm/s，强振设备的容许振动速度约为10000μm/s级。因此本发明建立的容许振动等级范围为6μm/s～10000μm/s。以100μm/s为基准，

可得到如下表1所示的10个容许振动等级。

表1

其中，当一个建筑功能区的容许振动速度v_c满足VC-n≤v_c<VC-(n+1)时，则该建筑功能区的容许振动等级为VC-n。

S102,确定振动控制目标及振动控制目标所在区域楼板的容许振动速度等级；

在含精密测量或加工设备的多层工业建筑中，精密测量或加工设备通常会放置在一层。但对于有些项目，由于工艺流程的需要，精密测量或加工设备会放置在二层、三层，甚至是顶层，这对多层工业建筑防微振控制增加了难度。

在多层工业建筑中，由于精密测量或加工设备对振动要求最为严格，对该设备的背景环境做好振动控制是防微振控制的关键。对精密测量或加工设备，应首先了解它的容许振动标准(包括容许振动位移、容许振动速度、容许振动加速度，或是多个容许振动标准值)，通常容许振动标准值与频率有关，该资料应由设备供应商提供。按建筑功能区，该精密设备所在楼板区域可称为振敏区，即为振动控制目标，精密测量或加工设备的容许振动标准即为振敏区楼板的容许振动标准。基于容许振动标准和表1即可确定该振敏区的容许振动等级。

由于本发明是以振动速度建立容许振动标准，因此应将振敏区楼板的容许振动位移和容许振动加速度转换为容许振动速度。在频率f下，振动位移、振动加速度和振动速度具有如下关系

v＝2πfu (2)

其中,u、v和a分别表示振动位移、振动速度和振动加速度。

S103.按照建筑功能区确定多层工业建筑各功能区内的振源。

在多层工业建筑中，按照各区域的功能可划分为工艺生产区、公用设备区、车间办公区，车间休息区、办公室、休息室、会议室等多个功能区，涵盖工艺、土建和公用等多个专业。在一个多层工业建筑物内，这些功能区交叉有序排列。因此，以建筑各功能区为基本单元对多层工业建筑进行防微振控制和分析非常合理。

各功能区单元按照振动类型可分为振敏区和振源设备区。

振敏区,是指含有精密测量或加工设备的建筑功能区。

振源设备区，在含精密测量和加工设备的多层工业建筑中，含精密测量或加工设备的振动环境为振动控制目标，其余工艺、土建和公用等专业的设备区域均为振源设备区。

在多层工业建筑中，振敏区楼板(即精密测量或加工设备所在区域的楼板)作为振动控制目标，其它建筑功能区内的设备(含工艺和公用专业设备)均为振源，所在区域为振源设备区。多层工业建筑中设备非常多，对所有设备振动分析不现实。因此在对多层工业建筑振动分析前，可由振动专业人员协助其它各专业工程师或设备供应商对所有设备筛选，选择振动较大或振动能量较大的典型设备进行振动分析，对振动较小的设备可不予考虑。

筛选振动较大设备时要做到分布合理。对于工艺专业，振动较大的设备中通常包含电机、高压泵、真空泵等部件；对于公用专业，振动较大的设备主要有空调机组、纯水站、水泵、冷却塔等。同样，对于振源设备而言，应尽量选择振动小、动平衡精度高的设备。

为做好防微振控制，先要了解设备振动情况。设备供应商应提供设备在正常工作时的频率和产生的扰力。同时也要与各专业确定设备在整个多层工业建筑中的具体位置，以便在整个模型中分析。

总之，在选择确定多层工业建筑各功能区内的振源设备时，要根据实际需要选择振动较大或振动能量较大的典型设备，事先确定出振源设备在正常工作时的频率和产生的扰力以及布置的位置。

S104.以建筑功能区为基本单位，计算当控制目标区域楼板满足容许振动标准时，各建筑功能区的振动速度云图。

本发明是以整个多层工业建筑为一整体进行振动分析，将振源设备的扰力作用在模型中，对整个多层工业建筑进行有限元网格划分，结合多层工业建筑物内建筑、工艺和公用等专业各功能区的需要和布局，以及工艺、公用和建筑各专业设备的振动条件和技术要求，基于阵型叠加法求解整个多层工业建筑内楼板的振动响应。

具体计算时，可以基于结构专业提供的多层工业建筑设计方案，建立完整的力学模型。根据振动控制设计的目标，利用阵型叠加法对整个多层工业建筑进行振动响应计算。

通常，将振源设备的扰力直接作用在整个模型上时，放置振敏设备的控制目标区域很难达到容许振动标准的要求。若使得控制目标区域满足容许振动标准，则需要减小各建筑功能区振源设备的扰力。当各功能区振源设备的扰力减小到某个值时，控制目标区域可满足容许振动标准，此时可得到各建筑功能区楼板的振动速度响应云图。

S105.基于可靠度理论确定各振源设备区的容许振动等级VC-n，进而绘制在建筑平面图中，如图1-3及图5所示，形成多层工业建筑容许振动标准区划图。

所述的振动速度响应云图对于各专业设计人员是无法应用的，也无法给工艺和公用专业工程师解决振动控制问题提供指导和帮助。因此，基于上述云图，需建立按建筑各功能区要求确定振动等级，为此本发明基于可靠度理论进一步将响应云图转换为区域划分图，形成多层工业建筑的容许振动标准区划图。

在确定功能区容许振动速度时，为有效做好防微振控制和减小不必要的工程投入，引入可靠度理论进一步分析。假定建筑功能区内控制点的振动符合正态分布，若功能区内97.73％以上控制点的振动速度小于振动速度v_c，则可认为该功能区的振动满足容许振动速度v_c的要求，即满足如下方程

P{v<v_c}＝97.73％ (4)

或

其中，P为概率，v表示该功能区控制点的振动速度，v_c称为该功能区的容许振动速度，表示该功能区控制点速度的平均值，σ_v表示该功能区控制点速度的均方差。

可见，在得到整个多层工业建筑楼板的振动响应后，基于上述可靠度理论就可得到各功能区的容许振动标准，进而建立整个多层工业建筑容许振动标准区划图。

在步骤S104中，判定控制目标区域楼板是否满足容许振动标准时，可采取上述可靠度理论。对各振源设备区，基于上述可靠度理论，均可得到各建筑功能区的容许振动速度其中j＝1,2,…表示各建筑功能区。

得到多层工业建筑各功能区楼板的容许振动速度后，结合表1给出的多层工业建筑容许振动等级，即可确定各建筑功能区的容许振动等级。

在确定容许振动标准时宜采取“向下准则”，即当容许振动速度满足如下关系时：

则认定该功能区的容许振动等级为VC-n。

基于确定的各建筑功能区的容许振动等级，进而绘制在多层工业建筑的建筑图中，形成多层工业建筑容许振动标准区划图。

形成的多层工业建筑容许振动标准区划图，作为整个建筑物振动控制设计的综合目标，为建筑、工艺和公用等专业提供技术要求，也为各专业做好防微振动控制提供科学依据。

由于容许振动标准是工程振动控制的重要依据，也是隔振设计和防微振设计的目标，本发明提出基于容许振动标准建立的容许振动区划图为整个工程的振动控制提供科学的依据，对协助各个专业一起做好振动控制可起到非常大的指导作用。振动控制又是一个多目标、多元素的工程问题，本发明提出容许振动标准的表述方法，即按照建筑功能区要求确定振动区域划分的方法，在工程应用中取得很好的效果，是振动控制领域内一个具有创新性的工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法，其特征在于，包括步骤：

建立以振动速度为衡量标准的适用于多层工业建筑的容许振动等级；

确定振动控制目标以及该振动控制目标所在区域楼板的容许振动速度等级；

按照建筑功能区确定多层工业建筑各功能区内的振源；

根据振源位置及振源扰力，计算当控制目标区域楼板满足要求的容许振动速度等级时，各建筑功能区的振动速度云图；

根据振动速度云图以及容许振动等级，确定各建筑功能区的容许振动等级，绘制在多层工业建筑的建筑平面图中,形成多层工业建筑的容许振动标准区域划分图。

2.如权利要求1所述按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法，其特征在于，所述适用于多层工业建筑的容许振动等级，是以VC-5＝100μm/s的振动速度为基准，以如下方程为依据建立的，包括有10个容许振动等级；

当一个建筑功能区的容许振动速度v_c满足VC-n≤v_c<VC-(n+1)时，则该建筑功能区的容许振动等级为VC-n。

3.如权利要求2所述按建筑功能区要求确定振动区域划分的方法，其特征在于，确定一个建筑功能区的容许振动速度时，以该建筑功能区内97.73％以上控制点的振动速度小于某振动速度为控制条件；

即一个建筑功能区内97.73％以上控制点的振动速度满足如下方程：

P{v<v_c}＝97.73％或

其中，P为概率，v表示该建筑功能区控制点的振动速度，v_c称为该建筑功能区的容许振动速度，表示该建筑功能区控制点振动速度的平均值，σ_v表示该建筑功能区控制点振动速度的均方差。