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摘 要：文章介绍了工业厂房楼板振动控制的必要性，并总结了可以作为评价楼板振动参考依据的三种规范。说明了楼板振动控制的主要方法，指出了现行方法的缺陷。介绍了调谐质量阻尼器的优势，提出了用调谐质量阻尼器进行楼板振动控制。
关键词：工业厂房 楼板振动 调谐质量阻尼
一、引言
近年来，随着我国社会经济的发展，工业厂房已经成为工业生产中一种不可或缺的建筑形式，由于建设用地的紧张以及工艺流程的需要，单层工业厂房已经远远不能满足建设生产的需求，目前出现了大量多层甚至高层工业厂房，随着经济的不断增长，科研技术的不断发展，多层工业厂房势必会越来越多。随之而来的是机器上楼的情况日益普遍。此外，由于生产方面的要求，某些大型机械必须上楼。因此由机器振动导致的厂房不良振动时有发生。特别在结构的某阶自振频率与机械的运转频率接近的情况下，容易引起共振。会带来各种各样的危害。比如结构构件的破坏，降低仪器加工精度，影响精密仪器、仪表的检验，减少其使用寿命。当振动强度大到一定程度时，振动可引起人的不良感觉，进而对人体产生较大的心理影响和生理影响，直至危害人体健康。因此有必要对楼板振动采取针对性措施控制。
二、楼板振动评价标准
现今楼板振动的控制标准都是针对于住宅及商业建筑和公共建筑，对于工业厂房的楼板振动并没有具体明确的评价标准。目前对于工业厂房的评判主要是参考《机器动荷载作用下建筑物承重结构振动计算和隔振设计规程》（YBJ55-90）；《机械工业环境保护设计规程》（YBJ16-2000）；《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB20144-2008）。
在《机器动荷载作用下建筑物承重结构振动计算和隔振设计规程》第三章规定了允许振动限值，包括动力机器基础；动力设备直接作用的生产操作区；受环境振动影响的工作和生活场所；精密仪表和机床的台座。直接承受动力设备的楼层和动力设备基础附近的地面属于操作区。操作区的允许振动限值是以操作人员的健康不受损害，正常工作不受影响为依据而设定的。规定值可以查阅规范相关内容。
《机械工业环境保护设计规程》针对于机械工厂中产生振动危害的动力机器、交通运输等振动对环境影响的建设项目的设计。振动对人体的健康及生产、生活产生影响时，其控制设计应符合该规范的相关要求。对于产生强烈振动的动力机器，当其振动对周围环境产生有害影响时，应采取隔振措施。描述振动源和环境的振动强度（振动加速度级）均应按下式计算：VAL=20log
其中Val：振动加速度级；a：实测或者计算的振动加速度有效值（m/s2）；a0：基准加速度，取值为10-6（m/s2）。
振动测量设备宜由拾振器、放大器、记录仪组成。对随机或宽带振动宜采用不超过1/3倍頻程的窄带分析。振动对环境的影响大小宜用振级来衡量，振级按照下列公式计算：VLZ=VAL+CZ；VLh=VAL+Ch
式中VLZ：铅直向振动加权加速度级，简称铅直向振级（dB）；VLh：水平向振动加权加速度级，简称水平向振级（dB）；CZ：铅直向加权修正值，可按照规范《机械工业环境保护设计规程》表7.2.3选用（dB）；Ch：水平向加权修正值，可按照规范《机械工业环境保护设计规程》表7.2.3选用（dB）。
《工业建筑可靠性鉴定标准》给出了结构振动使用性等级，并取其中最低等级作为结构振动的使用性等级。当仅进行振动对结构正常使用影响评定而未做常规可靠性鉴定时，若振动影响涉及整个结构体系或其中某种构件，其评定结果即为振动对上部承重结构的影响使用性等级。当考虑振动影响结构正常使用且参与上部承重结构的常规鉴定评级时，可将其影响评定结果参与《工业建筑可靠性鉴定标准》第7.3节有关上部承重结构使用性等级的相关规定评定等级。
三、楼板振动控制的主要方法
结构振动控制技术根据所采取的控制措施是否需要外部能源可分为：被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。被动控制：一般是指通过对建筑结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性（如改变建筑结构的阻尼、质量和刚度），或是利用其他装置来实施隔振、吸振和耗能等来吸收能量，降低建筑结构需要吸收的能量，从而达到减振的目的。主动控制是一种需要外界提供能源的结构控制技术，通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的。半主动控制属于参数控制，控制过程依赖于结构反应及外部激励信息，通过极小功率能源用以调整结构的动力参数（刚度或阻尼等）来减少结构的反应。混合控制是主动控制和被动控制同时施加于同一建筑中，使其协调起来共同工作的一种振动控制形式。混合控制系统充分利用了被动控制与主动控制各自的优点。
控制厂房结构振动的主要有两个因素，一个是引起结构振动的外力源，在工业厂房中外力源主要是大型旋转机器的扰力。另一个则是结构对激励的响应，即结构的自身动力特性，主要和结构的自振频率有关。影响结构的自振频率主要原因是结构质量和刚度。因此控制结构的振动也是从这两方面着手。但是对于机器扰力，由于机器型号是确定的，所以无法改变，只能从改变结构方面采取措施。改变结构的方式就是改变结构布局，改变梁板宽度以及柱截面大小，增设支撑或者改变结构形式。显然，这对已经建立的厂房并不合适。停工改建，耗时过长，影响经济效益。所以现今的研究方向转向通过设置弹簧振子来减小机器的扰力。但是这种方式依然面临着需要停工改建的问题，而且很多机器和结构共用基础，更不可行。所以直接在结构上安装吸振装置是最为经济可行的办法。如今最常用的就是调谐质量阻尼器（TMD）。TMD系统是由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动控制系统，一般支撑悬挂在或是支撑在结构上。TMD对结构进行振动控制的机理：当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用在结构上，使结构振动减小。该系统具有对结构功能影响小；安装简单方便；维修更换容易等优点。
四、结语
工业厂房振动控制问题是当前研究者很少涉及的一个方向。本文列举了工业厂房振动的评价标准，介绍了现今厂房楼板振动控制的主要方法，并指出了其中的不足。提出了用调谐质量阻尼器进行楼板振动控制简易方法。
参考文献
[1]JBJ16-2000-机器工业环境保护设计规范.北京：中国机械工业出版社，2001.
[2]GB50144-2008-工业建筑可靠性鉴定标准，北京：中国计划出版社，2009.
[3]YBJ55-90-机器动荷载作用下建筑物承重结构振动计算和隔振设计规程，北京：冶金工业出版社，1990.
[4]李宏男、霍林生，结构多维减振控制，北京：科学出版社，2008.
T.T.Soong、董平结构工程中的被动消能系统，北京：科学出版社，2005.
关键词：工业厂房 楼板振动 调谐质量阻尼
一、引言
近年来，随着我国社会经济的发展，工业厂房已经成为工业生产中一种不可或缺的建筑形式，由于建设用地的紧张以及工艺流程的需要，单层工业厂房已经远远不能满足建设生产的需求，目前出现了大量多层甚至高层工业厂房，随着经济的不断增长，科研技术的不断发展，多层工业厂房势必会越来越多。随之而来的是机器上楼的情况日益普遍。此外，由于生产方面的要求，某些大型机械必须上楼。因此由机器振动导致的厂房不良振动时有发生。特别在结构的某阶自振频率与机械的运转频率接近的情况下，容易引起共振。会带来各种各样的危害。比如结构构件的破坏，降低仪器加工精度，影响精密仪器、仪表的检验，减少其使用寿命。当振动强度大到一定程度时，振动可引起人的不良感觉，进而对人体产生较大的心理影响和生理影响，直至危害人体健康。因此有必要对楼板振动采取针对性措施控制。
二、楼板振动评价标准
现今楼板振动的控制标准都是针对于住宅及商业建筑和公共建筑，对于工业厂房的楼板振动并没有具体明确的评价标准。目前对于工业厂房的评判主要是参考《机器动荷载作用下建筑物承重结构振动计算和隔振设计规程》（YBJ55-90）；《机械工业环境保护设计规程》（YBJ16-2000）；《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB20144-2008）。
在《机器动荷载作用下建筑物承重结构振动计算和隔振设计规程》第三章规定了允许振动限值，包括动力机器基础；动力设备直接作用的生产操作区；受环境振动影响的工作和生活场所；精密仪表和机床的台座。直接承受动力设备的楼层和动力设备基础附近的地面属于操作区。操作区的允许振动限值是以操作人员的健康不受损害，正常工作不受影响为依据而设定的。规定值可以查阅规范相关内容。
《机械工业环境保护设计规程》针对于机械工厂中产生振动危害的动力机器、交通运输等振动对环境影响的建设项目的设计。振动对人体的健康及生产、生活产生影响时，其控制设计应符合该规范的相关要求。对于产生强烈振动的动力机器，当其振动对周围环境产生有害影响时，应采取隔振措施。描述振动源和环境的振动强度（振动加速度级）均应按下式计算：VAL=20log
其中Val：振动加速度级；a：实测或者计算的振动加速度有效值（m/s2）；a0：基准加速度，取值为10-6（m/s2）。
振动测量设备宜由拾振器、放大器、记录仪组成。对随机或宽带振动宜采用不超过1/3倍頻程的窄带分析。振动对环境的影响大小宜用振级来衡量，振级按照下列公式计算：VLZ=VAL+CZ；VLh=VAL+Ch
式中VLZ：铅直向振动加权加速度级，简称铅直向振级（dB）；VLh：水平向振动加权加速度级，简称水平向振级（dB）；CZ：铅直向加权修正值，可按照规范《机械工业环境保护设计规程》表7.2.3选用（dB）；Ch：水平向加权修正值，可按照规范《机械工业环境保护设计规程》表7.2.3选用（dB）。
《工业建筑可靠性鉴定标准》给出了结构振动使用性等级，并取其中最低等级作为结构振动的使用性等级。当仅进行振动对结构正常使用影响评定而未做常规可靠性鉴定时，若振动影响涉及整个结构体系或其中某种构件，其评定结果即为振动对上部承重结构的影响使用性等级。当考虑振动影响结构正常使用且参与上部承重结构的常规鉴定评级时，可将其影响评定结果参与《工业建筑可靠性鉴定标准》第7.3节有关上部承重结构使用性等级的相关规定评定等级。
三、楼板振动控制的主要方法
结构振动控制技术根据所采取的控制措施是否需要外部能源可分为：被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。被动控制：一般是指通过对建筑结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性（如改变建筑结构的阻尼、质量和刚度），或是利用其他装置来实施隔振、吸振和耗能等来吸收能量，降低建筑结构需要吸收的能量，从而达到减振的目的。主动控制是一种需要外界提供能源的结构控制技术，通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的。半主动控制属于参数控制，控制过程依赖于结构反应及外部激励信息，通过极小功率能源用以调整结构的动力参数（刚度或阻尼等）来减少结构的反应。混合控制是主动控制和被动控制同时施加于同一建筑中，使其协调起来共同工作的一种振动控制形式。混合控制系统充分利用了被动控制与主动控制各自的优点。
控制厂房结构振动的主要有两个因素，一个是引起结构振动的外力源，在工业厂房中外力源主要是大型旋转机器的扰力。另一个则是结构对激励的响应，即结构的自身动力特性，主要和结构的自振频率有关。影响结构的自振频率主要原因是结构质量和刚度。因此控制结构的振动也是从这两方面着手。但是对于机器扰力，由于机器型号是确定的，所以无法改变，只能从改变结构方面采取措施。改变结构的方式就是改变结构布局，改变梁板宽度以及柱截面大小，增设支撑或者改变结构形式。显然，这对已经建立的厂房并不合适。停工改建，耗时过长，影响经济效益。所以现今的研究方向转向通过设置弹簧振子来减小机器的扰力。但是这种方式依然面临着需要停工改建的问题，而且很多机器和结构共用基础，更不可行。所以直接在结构上安装吸振装置是最为经济可行的办法。如今最常用的就是调谐质量阻尼器（TMD）。TMD系统是由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动控制系统，一般支撑悬挂在或是支撑在结构上。TMD对结构进行振动控制的机理：当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用在结构上，使结构振动减小。该系统具有对结构功能影响小；安装简单方便；维修更换容易等优点。
四、结语
工业厂房振动控制问题是当前研究者很少涉及的一个方向。本文列举了工业厂房振动的评价标准，介绍了现今厂房楼板振动控制的主要方法，并指出了其中的不足。提出了用调谐质量阻尼器进行楼板振动控制简易方法。
参考文献
[1]JBJ16-2000-机器工业环境保护设计规范.北京：中国机械工业出版社，2001.
[2]GB50144-2008-工业建筑可靠性鉴定标准，北京：中国计划出版社，2009.
[3]YBJ55-90-机器动荷载作用下建筑物承重结构振动计算和隔振设计规程，北京：冶金工业出版社，1990.
[4]李宏男、霍林生，结构多维减振控制，北京：科学出版社，2008.
T.T.Soong、董平结构工程中的被动消能系统，北京：科学出版社，2005.