精密設(shè)備區(qū)建筑結(jié)構(gòu)微振動控制技術(shù)研究與應(yīng)用

1、    精密設(shè)備區(qū)建筑結(jié)構(gòu)微振動控制技術(shù)研究與應(yīng)用    曹建軍 閆海龍 熊登杰 李遠(yuǎn) 潘郁林【摘要】本文主要討論了一種精密設(shè)備區(qū)域微振動控制技術(shù)，該技術(shù)通過現(xiàn)場實際環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集，數(shù)值模擬，建筑整體基礎(chǔ)設(shè)計，減震、隔震措施的應(yīng)用等一系列技術(shù)措施，對建筑結(jié)構(gòu)的振動進(jìn)行控制，使其達(dá)到精密設(shè)備要求，滿足建筑使用功能【關(guān)鍵詞】精密設(shè)備;微振動;數(shù)值模擬;減震;隔震tu3b1671-3362（2020）08-0120-02建筑物的振動控制決定了整個建筑的使用功能。當(dāng)代社會科技發(fā)展迅速，越來越多的設(shè)備對安置條件提出了嚴(yán)苛的要求，其中精密加工與檢測設(shè)備、計量與檢

2、測儀器、光學(xué)加工及檢測設(shè)備、顯微鏡等高精設(shè)備振動容許峰值為了滿足振動控制要求，依托合肥離子醫(yī)學(xué)中心工程項目為載體，結(jié)合振動測試及數(shù)值模擬，探索了基礎(chǔ)設(shè)計對振動控制的影響，同時利用多項隔振減震措施，對振動進(jìn)行控制，形成了建筑結(jié)構(gòu)振動控制綜合技術(shù)，為類似工程提供數(shù)據(jù)及經(jīng)驗借鑒參考1。1.工程背景1.1項目背景合肥離子醫(yī)學(xué)中心項目占地面積46214m2，總建筑面積約33687m2，地下一層，地上三層，建筑高度為23.2m，其中質(zhì)子裝置區(qū)約4200m2（3個旋轉(zhuǎn)治療艙、1個固定束治療艙、1個科學(xué)研發(fā)室），是項目施工的重點和難點。根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商bid文件說明，振動對本工程的影響控制要求為：在pt系統(tǒng)正常

3、運行過程中，建筑振動必須被限制在ies-rp-cc012.1  a類規(guī)定的實驗室類型建筑物范圍內(nèi)。對于該報告沒有陳述到的頻率，不得超過最大振動速率100 m/s。1.2施工背景項目位于合肥市高新區(qū)長寧大道與燕子河路交口東南角，質(zhì)子區(qū)東側(cè)為壩下河，南側(cè)為擬建2期場地暫無施工，僅北側(cè)及西側(cè)有道路通車。質(zhì)子區(qū)地下室外墻距北側(cè)道路約62.6m，距西側(cè)道路約180.2m。因建筑物內(nèi)安裝質(zhì)子治療系統(tǒng)，其對振動要求高，當(dāng)外界振動超過限值時，一方面可能會對質(zhì)子治療系統(tǒng)本身造成損害，另一方面會影響質(zhì)子治療系統(tǒng)的正常工作。場地平面如圖所示。2.影響因素分析2.1環(huán)境振動環(huán)境振動往往是由自然的原因（如風(fēng)）

4、和人為的原因（如交通活動或機(jī)械運動、工程施工活動等）所造成的，一般可分為兩大類，即地面脈動和人類活動的近距離干擾振動。對于精密設(shè)備可能受到環(huán)境振動影響的工程，建設(shè)場地原則上應(yīng)該盡量選擇遠(yuǎn)離地鐵、城市干道等交通繁忙區(qū)域，但由于城市建設(shè)迅猛發(fā)展的要求和現(xiàn)狀，城市道路縱橫交錯，在工程選址有時難以全部避開。本工程主要震源為：園區(qū)周邊公路交通及園區(qū)內(nèi)交通振動，尤其是場地北側(cè)和場地西側(cè)的道路交通以及臨近規(guī)劃地鐵線路。2.2建筑物振動除了環(huán)境振動外，建筑結(jié)構(gòu)本身有大量的振源。本工程震源主要包括：設(shè)備機(jī)房震動、屋面設(shè)備振動、管線振動。3.數(shù)據(jù)采集及模擬3.1數(shù)據(jù)采集根據(jù)測試目的，在天然場地共布置了7個測點，測

5、點沿垂直道路方向布置，各測點同時測試平行長寧大道、垂直長寧大道、豎向三個方向的振動速率。測試期間，場地內(nèi)部有推土機(jī)和挖土機(jī)及施工勘察單位鉆機(jī)不間斷施工。對記錄的數(shù)據(jù)在時域和頻域進(jìn)行分析，并與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，具體處理步驟如下：將記錄的振動速度數(shù)據(jù)以30s為單位劃分多個樣本;將所有的樣本按不同情況進(jìn)行分組（如安靜時段、土方車經(jīng)過時段等），并按照vc標(biāo)準(zhǔn)計算每個樣本的1/3倍頻程峰值;將1/3倍頻程峰值與控制標(biāo)準(zhǔn)比較。分別選取了如下三種情況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：（1）情況一：安靜時段，為道路交通等其他荷載影響較小的時段;（2）情況二：土方車經(jīng)過時段，為土方車經(jīng)過且其他荷載影響較小的時段;（3）情況三：

6、挖土機(jī)施工時段，為挖土施工的時段。由于本項目場地鄰近的地鐵線路尚未通車，因此其引起的場地振動采用工程類比的方法進(jìn)行，通過對合肥地鐵1號線引起的地面振動進(jìn)行現(xiàn)場實測，近似估算地鐵引起本項目天然場地的振動，具體測試位置鄰近廬州大道長沙路交叉口，測點沿長沙路布置，側(cè)線垂直于地鐵一號線。對記錄的數(shù)據(jù)在時域和頻域進(jìn)行分析，并與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，分別選取如下兩種情況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：（1）情況一：安靜時段，無地鐵經(jīng)過且道路交通等其他荷載影響較小的時段;（2）情況二：地鐵經(jīng)過時段，有地鐵經(jīng)過且道路交通等有其他荷載影響較小的時段。3.2數(shù)值模擬3.2.1土體參數(shù)本工程中面臨微振動控制，土體變形屬于小應(yīng)變范疇，

7、土體的小應(yīng)變幅的動剪切模量根據(jù)勘察報告中常用的波速法試驗測定。3.2.2邊界條件建立結(jié)構(gòu)土體整體三維模型進(jìn)行分析，計算模型邊界中的數(shù)值，根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果作為邊界強迫位移輸入。數(shù)值模擬分析的振源采用實測時有組織車輛的工況，即在固定時段組織車輛沿著周邊公路行駛，模擬實際情況下周邊環(huán)境振動激勵情況。3.2.3激勵荷載采用實測的長寧大道上土方車經(jīng)過時的時程作為激勵荷載，選取測點的振動實測數(shù)據(jù)作為激勵荷載。3.2.4分析結(jié)果選取下圖8個位置的計算結(jié)果進(jìn)行分析，其中4個點位于板中，4個點位于墻邊。根據(jù)模擬結(jié)果得到基礎(chǔ)底板1/3倍頻程峰值：（1）長寧大道上的道路交通引起質(zhì)子治療系統(tǒng)基礎(chǔ)底板的豎向（z向）振動

8、明顯小于水平向振動，這說明樁基礎(chǔ)有較好的減振效果;（2）長寧大道上的道路交通引起質(zhì)子治療系統(tǒng)基礎(chǔ)底板x、y、z向振動1/3倍頻程峰值最大值分別29、21、14?m/s，滿足振動控制標(biāo)準(zhǔn)。4.減震措施4.1震源強度控制對主要震源即道路交通引起的環(huán)境振動強度進(jìn)行控制，是減少其對精度設(shè)備基礎(chǔ)影響的有效措施，當(dāng)條件許可時，可對與產(chǎn)生道路交通環(huán)境振動強度密切相關(guān)的車輛行駛速度、車輛載重量等技術(shù)參數(shù)作適當(dāng)限制。此外，還可以通過加強路面養(yǎng)護(hù)和改善路面平整度等措施來加以控制。4.2樁基減震措施根據(jù)振動控制的工程經(jīng)驗，建筑樁基也具有良好的減震性能，不同的樁有效長度即樁的數(shù)量對樓板震級的影響不同，進(jìn)行抗微振樁基設(shè)

9、計，來達(dá)到振動控制目標(biāo)。4.3基礎(chǔ)隔板措施基礎(chǔ)隔板是目前廣泛使用的結(jié)構(gòu)振動控制策略之一，基礎(chǔ)隔板是通過在建筑物的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間放置鋼彈簧或者橡膠塊從而隔離大地傳播的振動，基礎(chǔ)隔震的減震原理是：（1）降低結(jié)構(gòu)的固有頻率;（2）增大結(jié)構(gòu)的阻尼。4.4隔震溝根據(jù)周邊道路交通實測振動數(shù)據(jù)，加速度主要影響頻率范圍為1020hz，對應(yīng)剪切波波長為13.527m，瑞雷波波長約1428m。隔震溝溝深一般不小于地面瑞雷波波長的1/4.隔振溝深度約為3.57.0m。根據(jù)場地情況，結(jié)合工程造價及后期可能的用途綜合考慮，隔震溝深度同筏板基礎(chǔ)埋深，約為4.8m，寬度約為1.2m。該隔震溝主要對隔震頻率大于15hz的

10、振源有一定的隔震效果，可隔絕部分加速度2。該項目室外隔震溝位置位于場地北側(cè)，靠近燕子河路紅線圍墻。為防止場地外道路擾動土體，影響門診住院樓及質(zhì)子治療區(qū)設(shè)備運轉(zhuǎn)精度與振動要求，故設(shè)計室外隔振溝。5.小結(jié)在現(xiàn)場施工完成后進(jìn)行了振動測試，根據(jù)現(xiàn)場測試與數(shù)值模擬結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：（1）道路交通引起天然場地振動測試及結(jié)果表明：整個測試期間各測點振動速度1/3倍頻程峰值最大值為245?m/s，場地振動滿足vc-a標(biāo)準(zhǔn);（2）合肥地鐵1號線試運營引起天然場地振動測試結(jié)果表明：地鐵經(jīng)過時各測點振動速度1/3倍頻程峰值最大值約為270?m/s，場地振動滿足vc-a標(biāo)準(zhǔn)。（3）根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果：長寧大道上的道路交通引起質(zhì)子治療系統(tǒng)基礎(chǔ)底板上x、y、z向振動1/3倍頻程峰值最大值為29.5?m/s，滿足振動控制標(biāo)準(zhǔn)。樁