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建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)簡介論文
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》是根據(jù)中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下達的標(biāo)準(zhǔn)編制任務(wù),由中國機械工業(yè)集團有限公司會同有關(guān)設(shè)計、勘察、科研、教學(xué)、管理等單位組成標(biāo)準(zhǔn)編制組,用時兩年完成了標(biāo)準(zhǔn)的報批稿。
1標(biāo)準(zhǔn)編制的目的
建筑工程中的振動問題越來越引起人們的重視:如果振動過大,會影響建筑結(jié)構(gòu)的安全、機器設(shè)備的正常工作、儀器儀表的測量精度、工作人員的身體健康以及對環(huán)境的污染。在我國工程設(shè)計中還沒有一個統(tǒng)一的建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)。許多情況下,設(shè)計人員由于找不到設(shè)計依據(jù)而參照國外標(biāo)準(zhǔn)或手冊,而國外標(biāo)準(zhǔn)和手冊的工程和測試背景與我國又有所不同,造成了設(shè)計的不準(zhǔn)確。盡管我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中有多本也涉及到容許振動標(biāo)準(zhǔn),但標(biāo)準(zhǔn)的確定還不全面、不完善,甚至相互矛盾,如很多標(biāo)準(zhǔn)給出的容許振動標(biāo)準(zhǔn)沒有明確是時域范圍還是頻域范圍,沒有明確是峰值還是均方根值,沒有明確控制點位置,沒有區(qū)分是隔振還是非隔振時的容許振動標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用時會產(chǎn)生很大的差異。
針對目前國內(nèi)建筑振動工程設(shè)計中的常見情況,編制了國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》,編制的原則,闡述了標(biāo)準(zhǔn)編制的目的、簡要過程和文獻標(biāo)志碼:A。盡可能全面地給出各種工況下的容許振動標(biāo)準(zhǔn)值,明確了其適用范圍和取值標(biāo)準(zhǔn),為工程設(shè)計提供可靠的依據(jù)。
2標(biāo)準(zhǔn)的基本規(guī)定
一般情況下精密儀器及設(shè)備采用的容許振動標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)由設(shè)備制造廠家提供,或由技術(shù)人員研究提出,或通過試驗確定;當(dāng)設(shè)備制造廠家和技術(shù)人員不能提供且無法進行試驗時,按本標(biāo)準(zhǔn)采用。標(biāo)準(zhǔn)對振動測試方法和振動控制點的位置,特別對測試儀器、測試系統(tǒng)、振動頻率范圍等作了明確規(guī)定,明確了數(shù)據(jù)分析的方法,避免了由于數(shù)據(jù)分析方法的差異而對最終結(jié)果產(chǎn)生影響。本標(biāo)準(zhǔn)中將測試方法、評價指標(biāo)和容許振動標(biāo)準(zhǔn)形成了一個完整的評價體系。
3精密儀器及設(shè)備的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、iso國際標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)曲線以及設(shè)備制造商提供的儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合長期的試驗研究結(jié)果,對常用精密儀器及設(shè)備進行了重新分類和補充,劃分為精密加工設(shè)備、計量與檢測儀器、顯微鏡、電子工業(yè)儀器與設(shè)備、光學(xué)加工及檢測設(shè)備、三坐標(biāo)測量機共6類。針對各類精密儀器和設(shè)備,明確了時域或頻域范圍、峰值或均方根值的取值方法,其中有部分精密儀器和設(shè)備的容許振動標(biāo)準(zhǔn)是首次提出來的。
4動力機器基礎(chǔ)的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
動力機器基礎(chǔ)的種類很多,根據(jù)現(xiàn)有國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計,本標(biāo)準(zhǔn)劃分為11類,B卩:壓縮機基礎(chǔ)、汽輪發(fā)電機組和重型燃氣輪機基礎(chǔ)、鍛錘基礎(chǔ)、壓力機基礎(chǔ)、破碎機和磨機基礎(chǔ)、發(fā)動機基礎(chǔ)、振動試驗臺基礎(chǔ)、通用機械基礎(chǔ)、紡織機基礎(chǔ)、金屬切削機床基礎(chǔ)、冶金振動篩和乳機基礎(chǔ)。動力機器基礎(chǔ)設(shè)計的目的是要把基礎(chǔ)的振動控制在容許范圍內(nèi),以滿足機器正常運轉(zhuǎn)、保證操作人員正常工作和身體健康、對周圍建(構(gòu))筑物和儀器設(shè)備沒有不良影響。目前,國內(nèi)外關(guān)于動力機器基礎(chǔ)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)很多,一些標(biāo)準(zhǔn)是從某一側(cè)面來考量的,不夠全面。本標(biāo)準(zhǔn)的制定是在研究國內(nèi)外大量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國現(xiàn)有的科研成果和設(shè)計方法,經(jīng)過反復(fù)對比分析,較全面的考量了振動影響的各種因素,提出的指標(biāo)更加合理和適用。
4.1.壓縮機基礎(chǔ)
壓縮機基礎(chǔ)的設(shè)計除了我國現(xiàn)行《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50040-1996)和《隔振設(shè)計規(guī)范》(GB50463-2008)外,在人員感知方面,有《動力設(shè)備基礎(chǔ)》(ACI351.3R-04)、《動力設(shè)備基礎(chǔ)第1部分:往復(fù)式設(shè)備基礎(chǔ)》(BSCP2012-1)等;在機器正常運行方面,有《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動》(GB/T6075系列)等;在對建筑物影響方面,有《機械振動與沖擊建筑物的振動振動測量及其對建筑物影響的評價指南》(GB/T14124-2009)、《建筑物振動的評價與測量第2部分:地面產(chǎn)生振動的破壞等級》(BS7385-2)、《動力設(shè)備基礎(chǔ)第1部分:往復(fù)式設(shè)備基礎(chǔ)》(BSCP2012-1)、《結(jié)構(gòu)振動第3部分:振動對結(jié)構(gòu)的影響》(DIN4150-3)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定綜合考慮了各種因素。
4.2汽輪發(fā)電機組與重型燃氣輪機基礎(chǔ)
其容許振動值的確定,主要考慮以下因素。
(1)汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)的容許振動標(biāo)準(zhǔn)和計算相關(guān)規(guī)定是根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50040-1996)的規(guī)定確定。我國《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的總體要求概括來說,就是在機器額定轉(zhuǎn)速的±25%頻率范圍內(nèi),擾力值取機器轉(zhuǎn)子重量的0.2倍,對汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)進行強迫振動響應(yīng)分析,基礎(chǔ)的容許振動值采用容許振動位移控制,位移峰值不大于20JUI1。我國《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》頒布實施至今已有十幾年,大量的工程實踐證明《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》是可靠、適用的。
國外主要國家和汽輪機制造廠家均采用ISO標(biāo)準(zhǔn)。機器動擾力的取值規(guī)定參照ISO1940-1-2003《機械振動恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求第1部分:規(guī)范與平衡允差的檢驗》(GB/T9239.1_2006)。基礎(chǔ)的容許振動限值規(guī)定參照ISO10816-2《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第2部分:50MW以上陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組》(GB/T6075.2-2002)。ISO標(biāo)準(zhǔn)采用4個評價區(qū)域?qū)C器振動進行評價。
綜合比較動擾力和振動位移限值,我國《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的振動控制要求與ISO標(biāo)準(zhǔn)平衡等級G6.3相當(dāng),而比ISO標(biāo)準(zhǔn)推薦采用的平衡等級G2.5要嚴(yán)格得多。
(2)由于目前我國現(xiàn)行規(guī)范沒有彈簧隔振汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)的振動限值規(guī)定,簡單套用我國《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定不盡合理。本標(biāo)準(zhǔn)的容許振動值參考了GB/T6075.2-2002《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第2部分:50MW以上陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組》(ISO10816-2),該標(biāo)準(zhǔn)被國內(nèi)外主要汽輪發(fā)電機制造商和彈簧制造商所認可,并在國內(nèi)外工程中普遍使用。
在ISO標(biāo)準(zhǔn)中,彈簧隔振汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)與非隔振基礎(chǔ)的振動控制要求沒有區(qū)別。本標(biāo)準(zhǔn)彈簧隔振基礎(chǔ)的振動控制限值比普通基礎(chǔ)有所放松,當(dāng)平衡等級取ISO標(biāo)準(zhǔn)推薦的G2.5時,彈簧隔振汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)的振動限值與我國《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》普通基礎(chǔ)相比,放大約1.1倍。
4.3鍛錘基礎(chǔ)
鍛錘未安裝隔振裝置時鍛錘基礎(chǔ)的容許振動位移和容許振動加速度,是根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50040-1996)確定的。鍛錘安裝隔振裝置時,鍛錘隔振基礎(chǔ)的容許振動位移參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《隔振設(shè)計規(guī)范》(GB50463-2008)。為了保證自由鍛錘在塊體基礎(chǔ)下安裝隔振裝置后能夠正常工作,標(biāo)準(zhǔn)對隔振后鍛錘設(shè)備和塊體基礎(chǔ)的位移設(shè)定了限制,目的是為了保證不會因為位移太大(對鍛錘而言,主要是豎向位移)而影響鍛錘正常工作。標(biāo)準(zhǔn)所給出的容許振動位移值,是指鍛錘或塊,體基礎(chǔ)離開靜態(tài)零位移點的單向最大值。
4.4壓力機基礎(chǔ)
壓力機基礎(chǔ)容許振動位移是根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《隔振設(shè)計規(guī)范》(GB50463-2〇08)的原則確定,標(biāo)準(zhǔn)分為非隔振和隔振兩種情況,更便于進行控制。同時,因為實際上隔振后很多壓力機在底座處的豎向振動位移超過1mm仍能夠正常工作,所以該容許振動位移數(shù)值調(diào)整為3mm,使之更加合理。對于隔振的情況,無論壓力機支承于塊體基礎(chǔ)或鋼梁上,或是直接支承在隔振器上,控制點都是壓力機底座處。
4.5發(fā)動機基礎(chǔ)
活塞式發(fā)動機自身的振動評級多個國家已有標(biāo)準(zhǔn),均采用振動速度均方根值作為振動評級和驗收的衡量指標(biāo)。考慮到與機器自身振動評級呼應(yīng),且振動速度與振動能量和振動產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力直接對應(yīng),以及建筑行業(yè)采用峰值的習(xí)慣,本標(biāo)準(zhǔn)采用了時域內(nèi)振動速度峰值作為發(fā)動機基礎(chǔ)的容許振動值。該振動值是按與機器振動評級B的上限值對應(yīng)的振動烈度值并留有余地確定的。由于發(fā)動機的功率大小和平衡性能相差很大,對平衡性能好或功率小的發(fā)動機,設(shè)計時容許振動值宜控制得嚴(yán)一些。發(fā)動機基礎(chǔ)隔振后,不存在振動對地基和周圍環(huán)境的影響,且隔振基礎(chǔ)的振動更接近于設(shè)備自身的振動,故發(fā)動機隔振基礎(chǔ)的容許振動值可以比地基上的基礎(chǔ)大幅提高。
4.6振動試驗臺基礎(chǔ)
電液伺服液壓振動試驗臺是以液壓源為動力,伺服閥驅(qū)動,通過電控系統(tǒng)形成閉環(huán)控制的振動試驗系統(tǒng),屬于強力振動設(shè)備。在進行振動試驗時,一方面,試驗臺作動器的推力較大,運動過程中可能會引起地基的振動響應(yīng);另一方面,外部環(huán)境振動過大,也會影響振動臺的試驗精度。因此,在地基基礎(chǔ)設(shè)計時,除了要減少振動對周圍環(huán)境的影響和避免對附近建筑安全的影響外,還要避免環(huán)境振動對試驗精度的影響。根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計,國內(nèi)外電液伺服振動試驗臺主要試驗頻率區(qū)間是在〇~200Hz,并以1.0~30Hz的激勵為主;絕大多數(shù)振動試驗臺作動器的行程為300mm,振動試驗的位移振幅控制范圍為±150mm。4.7通用機械基礎(chǔ)
容許振動值的確定主要考慮以下原則:一是應(yīng)保證機器本身的正常運轉(zhuǎn);二是動力設(shè)備基礎(chǔ)振動所產(chǎn)生的振動波,通過地面振動傳播衰減后,對工業(yè)建筑物和操作工人不產(chǎn)生有害的影響。本標(biāo)準(zhǔn)采用的機器基礎(chǔ)容許振動值,對工業(yè)建筑物和操作工人均不會產(chǎn)生有害影響。而當(dāng)振動設(shè)備基礎(chǔ)的廠房周邊有防振要求,或當(dāng)風(fēng)機、水泵等基礎(chǔ)設(shè)置在其他建筑物地面或地下室時,基礎(chǔ)的容許振動值實際應(yīng)由相關(guān)建筑物功能的防振要求控制。項目設(shè)計中,設(shè)計人應(yīng)綜合考慮確定容許振動值和基礎(chǔ)設(shè)計方案,還應(yīng)特別注意振動固體傳聲和管道振動對樓蓋的影響。
4.8紡織機基礎(chǔ)
目前紡織機型號不斷升級進步,已采用了電子設(shè)備等新興技術(shù)手段,其先進程度較高,但對靈敏度要求較高設(shè)備的容許振動值標(biāo)準(zhǔn)卻未作專門規(guī)定。根據(jù)對國內(nèi)多家現(xiàn)有進口劍桿紡織機的生產(chǎn)車間進行實測結(jié)果來看,其振動幅值一般在0.05mm范圍以內(nèi),未發(fā)現(xiàn)振動對生產(chǎn)有異常影響,故確定〇.〇5mm為其振動限值。
4.9金屬切削機床基礎(chǔ)
本標(biāo)準(zhǔn)適用于一般用途的金屬切削機床,當(dāng)金屬切削機床對基礎(chǔ)的振動有特殊要求時,需要根據(jù)具體要求專門設(shè)計基礎(chǔ)。金屬切削機床的基礎(chǔ)是指金屬切削機床安裝處的混凝土基礎(chǔ)或金屬切削機床坐落處的地坪面。金屬切削機床安裝處基礎(chǔ)的振動對金屬切削機床的加工精度會產(chǎn)生一定的影響,為了保證金屬切削機床的加工精度,基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)不同精度金屬切削機床基礎(chǔ)的振動限值,考慮環(huán)境振動的傳遞影響,采取合適的結(jié)構(gòu)形式或隔振措施。
4.10冶金振動篩和軋機基礎(chǔ)
冶金工業(yè)熱軋、冷軋等各類乳機的基礎(chǔ)一般都是采用墻式或大塊式基礎(chǔ),基礎(chǔ)的水平和豎向剛度較大,在沖擊力作用下,基礎(chǔ)振動速度和位移較小。根據(jù)實際測試的乳機振動結(jié)果,乳機基礎(chǔ)的最大振動加速度均在〇.2~0.8m/s2,且冶金企業(yè)多位于7度或7度以上設(shè)防地區(qū)。從抗震角度考慮并根據(jù)現(xiàn)場振動測試分析,確定了振動加速度限值。
5生產(chǎn)操作區(qū)的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
本標(biāo)準(zhǔn)主要考慮了在動力機械附近工作的操作人員受全身振動影響時,建筑物內(nèi)以及振動機械附近,生產(chǎn)操作區(qū)的操作人員通過支撐面?zhèn)鬟f到整個身體的振動,即通過站立人雙腳、就座人臀部或斜靠人背部的支撐表面?zhèn)鬟f到人體的振動。適用于生產(chǎn)操作區(qū)立姿、坐姿和斜靠姿的人。當(dāng)生產(chǎn)操作區(qū)的操作人員承受全身振動的影響時,根據(jù)振動強度、頻率、方向和持續(xù)時間,將振動控制界限劃分為舒適性降低界限、疲勞-工效降低界限。
標(biāo)準(zhǔn)適用于頻率范圍為1~80Hz的周期振動、隨機振動或具有分布頻譜的非周期性振動,也適用于其能量在此頻帶范圍內(nèi)的連續(xù)沖擊型振動。低于1Hz的振動會出現(xiàn)許多傳遞形式,并產(chǎn)生一些與較高頻率完全不同的影響,不能簡單地通過振動的強度、頻率和持續(xù)時間來解釋。高于80Hz的振動,感覺和影響主要取決于作用點的局部條件,目前還沒有建立80Hz以上的、關(guān)于人的整體振動標(biāo)準(zhǔn)。
容許振動標(biāo)準(zhǔn)可采用1/3倍頻程分析法,用分布在1/3倍頻段的加速度值表示振動限值;也可采用振動計權(quán)分析法,用單一參數(shù)振動計權(quán)加速度級表示振動限值。采用計權(quán)法單一數(shù)值表征振動環(huán)境是一種近似方法,一般情況下,由于振動頻譜不會和頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)性狀相同或相似,且頻帶一般不會很寬,振動計權(quán)分析法與1/3倍頻程分析法兩種方法衡量結(jié)果差別不大。
6建筑物內(nèi)人體舒適性的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
建筑物內(nèi)振動對人體的影響屬于全身振動,
本標(biāo)準(zhǔn)適用于頻率范圍為1~80Hz的周期振動、隨機振動或具有分布頻譜的非周期性振動,也適用于其能量在此頻帶范圍內(nèi)的連續(xù)沖擊型振動。建筑物內(nèi)使用者和居住者以站姿、坐姿、臥姿等多種方式活動:當(dāng)人在建筑物內(nèi)活動姿式相對固定時,采用水平向或豎向軸數(shù)值;當(dāng)人在建筑物內(nèi)站立、躺臥,姿式不固定時,采用混合軸曲線。考慮到使用者工作、生活主要是在建筑物室內(nèi)地面或樓面上,豎向振動是影響的主要因素。
7交通振動的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
交通運輸(公路、鐵路、城市軌道交通)引起的地表振動屬于間歇性長期振動,這種振動與其他工業(yè)振動特征有所不同。交通振動對建筑結(jié)構(gòu)影響的容許振動值,國內(nèi)目前沒有同類囯家標(biāo)準(zhǔn),本章的編制主要參考了德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4150-3、英國標(biāo)準(zhǔn)BS7385、瑞士標(biāo)準(zhǔn)SN640312a,并結(jié)合了我國的大量工程實踐。交通振動對建筑物內(nèi)人體舒適性影響的容許振動值,主要參照ISO2631-2和英國標(biāo)準(zhǔn)BS6472-1,根據(jù)對比分析,采用四次方振動劑量法更適合評價交通引起的間歇性長期振動對建筑物內(nèi)人體舒適性的影響。
8建筑施工振動的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)對打樁、地基處理和巖土爆破等施工振動對建筑結(jié)構(gòu)影響的容許振動標(biāo)準(zhǔn)作出規(guī)定,是在參考國內(nèi)外相關(guān)科技文獻資料并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)編制組成員工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出來的D標(biāo)準(zhǔn)制定中,考慮了施工振動對建筑結(jié)構(gòu)影響的累積效應(yīng):當(dāng)振動作用次數(shù)較少、作用時間較短時,容許振動值可以適當(dāng)提高。這是我國首次全面提出對建筑地基基礎(chǔ)工程施工振動影響進行評估的標(biāo)準(zhǔn)。
9聲學(xué)環(huán)境振動的容許振動標(biāo)準(zhǔn)
噪聲的產(chǎn)生源于振動,是社會環(huán)境中的一個大問題。世界各國都制定了許多噪聲標(biāo)準(zhǔn)以控制噪聲污染。同時,國內(nèi)外也制訂有振動評價和限制的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,用于振動控制、結(jié)構(gòu)安全以及勞動保護等方面,振動和噪聲指標(biāo)是各自獨立的,目前還沒有一個通過限制結(jié)構(gòu)振動來控制噪聲的標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)參照國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料,綜合考慮了振動噪聲的輻射作用、室內(nèi)混響、噪聲疊加和聽覺計權(quán)等方面的因素,提出了民用建筑、聲學(xué)試驗室和水聲試驗室的容許振動標(biāo)準(zhǔn)。
10標(biāo)準(zhǔn)編制中存在的問題和今后發(fā)展方向
(1)本標(biāo)準(zhǔn)中提出的容許振動標(biāo)準(zhǔn),還局限于目前常用的儀器與設(shè)備,一些先進的新型儀器設(shè)備由于缺乏試驗數(shù)據(jù),尚未納人標(biāo)準(zhǔn)中。
(2)隨著測試儀器的先進化和評價方法的科學(xué)化,要探索研究振動控制最合理的評價體系。
(3)標(biāo)準(zhǔn)中沒有包括地震和風(fēng)振作用下建筑工程的容許振動標(biāo)準(zhǔn),也沒有包括振動環(huán)境中古建筑的容許振動標(biāo)準(zhǔn)。
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