本文以某骨料线项目为例，介绍了当圆振动筛放置在库顶上时，如何考虑筛分机对搁置平面以及整个库体的振动影响。
4个一字型连体库，库直径为12m，高度为24m，库顶为组合楼盖，库顶上设混凝土框架，筛分机搁置在混凝土框架上，框架柱立在筒壁上。
![]()
圆振动筛是一种做圆形振动、多层数、高效新型的振动筛，属于动力机器。
![]()
当振动筛搁置在地面上时，因其振动直接传至地基，结构专业只需按常规设计基础大小即可；当基础为岩面时，可考虑在基础下面做300厚的沙石垫层，以消耗振动能量，减少振动的影响。
当振动筛搁置在结构楼面上时，振源未与厂房脱开，受设备振动的影响, 或者设备振动之间相互影响, 导致振动放大, 并传播到结构上引起厂房结构振动, 轻者影响生产, 使结构产生裂缝，重者导致结构破坏。
![]()
自振频率是结构的固有特性，只与刚度和质量有关，不受外力的影响。它的定义是：当结构受到某种外界干扰后产生了受迫振动，但外界干扰消失后结构将在平衡位置附近继续振动，这种振动称为结构的自由振动，结构自由振动时的频率称为结构的自振频率。
而振型是对应于频率而言的，一个固有频率对应于一个振型。按照频率从低到高的排列，依次称为第一阶振型，第二阶振型等等，指的是在该固有频率下结构的振动形态，频率越高则振动周期越小。
振型的定义可以用竹竿来说明：手里拿一根细长竹竿，慢悠悠来回摆动，竹竿形状呈现为第一振型；如果你稍加大摆动频率，竹竿形状将呈现第二振型；如果你再加大摆动频率，竹竿形状将呈现第三、第四…振型。从而形象地可知：第一振型很容易出现，高频率振型要很费力（即输入更多能量）才能使其出现，能量输入供应次序优先给低频率振型。
![]()
结构抗震分析只取前几个振型也是这个道理，但振型的个数要保证振型参与质量要达到90%时所需的振型数。这个90%的要求就是说几乎所有的构件的振动都已经考虑到了。
总体的思路就是结构的自振频率避开设备的频率。
在以前的分析设计中，因计算手段及相关条件的制约, 一般只对直接承受动力荷载的梁做振动计算, 也就是对梁的自振频率进行设计与调整，作为直接振动梁支座的间接振动梁, 则不再做动力计算。
采用以上的简化方法一定程度上可以有效地控制结构局部的振动问题, 但是无法提前预知整个工业厂房的振动问题, 因为不仅单根结构梁固有频率的计算方法准确性差, 区间范围大, 而且, 即使单根梁的计算结果准确, 而工程实际中的振动往往表现为多根梁、板的组合振动, 在设计上难以准确把握。
故比较准确的方法是使用有限元分析软件对包括主梁、次梁和楼板为一体的整个楼盖甚至整个厂房的动力特性进行分析计算，得到整个厂房的自振频率，看是否能错开设备振动的频率。
一般地说, 若整个结构的自振频率（有很多个，个数取决于需要计算的振型数，此处指最低的那个）低于设备的强迫振动频率, 当设备在开启或停机时, 随着设备机器转速的变换, 设备动荷载工作频率也随之变化, 会发生设备动荷载工作频率穿越结构自振频率从而产生穿越共振；若结构的自振频率（同样指最低的那个）高于设备的强迫振动频率, 则不可能发生共振, 是比较安全的。
故在具体设计中, 根据“结构的第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的振动频率”这一原则来进行。
如果结构的最低自振频率高于设备的强迫振动频率, 这样当然是最好的，在实际的工程中，多为高频设备，很难避开结构的最低自振频率，如本例中的圆筛分机，频率为16.16Hz，而通过Midas Gen模型计算发现，结构的第一振型所对应的频率仅为9.5 Hz，无法避开设备频率。
这个时候无法定性判断，只能对结构进行时程分析，进行定量的计算。
（针对Midas Gen模型）
① 结构-结构类型-将自重转化为质量-转换为Z。
解释：在大多数建筑结构中，横向动力反应远比竖向动力反应重要。因此通常忽略质量的垂直分量。但在本文中仅需要分析楼板上的机器竖向振动，竖向动力反应为考察对象。当将计算得到的质量只转换到全局坐标系的Z方向时，计算效率可以有效提高。此时如果选择将自重转换为全局坐标系X、Y、Z方向的集中质量，为了保证Z轴方向的振型参与度，在做特征值分析时需要计算相当多的振型。
步骤②中当由"节点质量" 或 "荷载转为质量"生成质量时，该概念同样适用。
![]()
② 节点质量-荷载转化质量，质量方向选择Z。
③ 荷载-时程分析数据-时程荷载工况，添加名为‘P’的时程荷载工况，分析时间可取10s，结构阻尼比可按《动力机器基础设计规范》附录C取0.0625，振型数量可暂取20。
![]()
④ 荷载-时程分析数据-时程荷载函数，添加名为‘P-f’的谐振荷载，此处的A为设备按频率f反复施加给支座的作用力，可要求厂家提供。
![]()
⑤ 荷载-时程分析数据-节点动力荷载，将此动力荷载施加在筛分机支座节点上。
![]()
⑥ 运行程序，查看自振频率、选取节点查看位移。
![]()
![]()
在进行时程分析之后，发现和设备频率相近的结构自振频率所对应振动形态的节点位移值较大，后来逐步调整梁柱板的布置和截面尺寸，把振幅都控制在了允许的范围内。
在此项目投产运行后，经过现场实际振动数据和模型理论数据的对比，发现虽然振幅理论值和实测值有偏差，但其在不同节点的大小变化趋势是一样的，相当于理论值等于实测值乘以一个倍数。这个倍数可能来源于模型与实际情况的出入、参数取值的误差等。
![]()
定量的计算过程较为繁琐，且得出的数据不一定十分准确，要减少振动的影响，最重要的是要在结构方案和布置上做文章，从根本上杜绝设备振动对结构的影响。
工业厂房的结构方案与工艺的设备布置紧密相关, 并受到工艺设备布置的制约。在进行初步设计确定工艺方案时, 结构设计人员就应参与设备布置的讨论, 结合实际情况针对不同设备提出具体的结构布置方案, 尽可能把动力设备置于对结构最有利的位置, 尽可能从布置上减轻设备振动对结构可能产生的不利影响。
具体可以从设备、结构布置采取以下措施来减少动力设备对结构的振动影响:
设备布置：
1）振动设备尽量布置在底层, 将设备基础或支撑体系与主体结构脱开，或者采用‘软’连接，避免直接接触。
2）在设备上加设振子, 设备振动时振子对设备形成反方向的激振力, 达到减振目的。
3）调整设备的振动频率或者转向, 使其错开结构的自振频率, 以免发生共振，当有多台设备共同工作时, 可使其运转方向相互错开, 避免在同一方向产生共振。
结构布置：
1）设备下方的梁做大或增设支撑，加大单梁的自振频率。
2）动力设备应布置在梁上, 但不能放在悬臂梁上, 且使水平方向的惯性力沿着梁的纵向方向。
3）垂直扰力较大的设备宜布置在承重墙、柱及梁支座附近。
4）水平扰力较大的设备布置时, 其扰力方向宜与楼盖刚度较大的方向一致。
5）支撑振动设备的框架为多跨结构时, 宜采用等跨结构。
6）振动筛不宜跨轴线, 以免筛下留孔切断框架梁。
7）同时布置有较大振动设备或对振动敏感的设备, 宜分类集中, 分区布置, 减少相互影响。
8）在楼板开孔四周布梁，提高洞口区域刚度。
