多层工业厂房中如何避免共振危害简述
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现在在工业厂房中，较为普遍的方式是 采取设置隔振、减振措施来避免共振的产 生。布置隔振、减振措施一方面能够有效地 减少设备运行产生的振动量和振动频率；另 一方面在设备和承重结构中间设置一个隔振装 置，这个装置能够调节振动频率，在设备与 承重结构之间起到隔离的作用，避免共振的 产生。
在一些无法设置隔振、减振措施的情况 下，也可以通过调整梁截面尺寸的方法，规 避共振的产生。
参考文献 ［ １ ］ 混凝土结构设计规范． Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ ０ － ２ ０ １ ０ ［２］隔振设计规范． ＧＢ ５０４６３－２００８ ［ ３ ］多层织造厂房结构动力设计规范． ＦＺＪ１１６－９３
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的动力设备。 ２．３ 厂区线路 １０ＫＶ 系统采用 ＹＪＶ２２ 电缆，地埋的形
在设计时首先根据结构承载能力计算的 结构构件尺寸，直接承受动力荷载的结构构件 尺寸见图一。
根据该截面计算结构构件的自身频率理 论值ω ｉ：
ω ｉ＝ Φ ｉ √ ＥｃＩ／（ｍＬ４） Ｌ：梁跨长 Ｅｃ：混凝土梁的弹性模量 Ｉ ：梁截面惯性矩 ｍ：梁单位长度质量 Φｉ：梁自振频率系数（查表５．２．２） 根据表一计算结果判断，Ｌ３ 的自身频率 与设备运行频率相重合，需要调整梁截面尺 寸，让梁的自身频率避开设备运行频率，避免 在设备运行时发生共振造成结构破坏。 进行结构构件竖向自振频率计算后调整 的结构构件尺寸见图２． 根据调整后的截面计算结构自振周期 表二 经过计算后，Ｌ３ 截面由 ６００ × １３００ 调整 至 ６００ × １７００，Ｌ４ 截面由 ６００ × １４００ 调整至 ６００×１８００，Ｌ３的自振频率区间由０．０８８￣１．４５２ 变化为０．１１～０．１６，可见通过梁截面的调整一 定程度上能够改变梁的自振频率，达到避免共 振发生，但是调整后梁截面过大，且调整区间 范围有限。
摘 要 本文依据中华人民共和国国家标准《混凝土 结构设计规范》ＧＢ ５００１０－２０１０、《隔震设计 规范》ＧＢ ５０４６３－２００８、《多层织造厂房结构 动力设计规范》ＦＺＪ１１６－９３ 等相关规范和标 准，对承受动力荷载结构如何避免设备自振 周期与结构本身自振频率产生共振，避免共 振危害结构安全作出简要阐述。 关键词 动力荷载；自振频率；共振
另外在多层及高层工业厂房中，由于工 艺布置流程，一些设备在使用过程中会产生较 大的往复振动，这些往复振动直接做用在楼层 上，会导致楼盖产生竖向振动或水平振动。在 竖向振动时由于设备的自振频率和直接承受动 力荷载的梁的自身频率相重叠，产生共振导致 梁的竖向振幅叠加急剧增大，影响设备的正常 使用，甚至危害承重构件的安全，这种情况在 动力荷载较大时尤为明显。因此，在设计时应 避免设备产生的竖向振动的频率与承重结构的 自身频率产生共振。
工 程
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
中国科技信息 ２０１１ 年第 １６ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ａｕｇ．２０１１
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．１６．０３５
多层工业厂房中如何避免共振危害简述
王欣 １ 章方军 ２ 王玥 １ １ 中国纺织工业设计院 ２ 马建国际建筑设计顾问有限公司 北京 １０００３７
１． 增加结构的垂直和水平方向的整体刚 度，在框架结构内适当设置一些混凝土抗震 墙；
２． 结构的布置在满足建筑功能、生产工
艺要求的同时，应力求平面和竖向简单、整 齐、对称，刚度适宜，结构传力简捷，构 件受力明确，避免一些振动对结构影响较大 的结构布置形式，如齿状、平面不规则结构 体系；
３． 尽量采用整体现浇式的结构体系； ４． 梁、板布置应尽采用连续多跨，布 置次梁间距应适当加密； ５． 填充构件构造措施应适当加强； ６． 采取减振、隔振措施减少振动的频率 及振动量。 应避免结构的自振周期和设备的振动周 期相重合，产生共振现象。
２． 结构物的动力挠度或变形：竖向振动 和水平振动位移不得超过允许限值。
３． 振动对人体的生理影响； ４． 振动对生产技术条件的影响。
三．解决措施
通过对在使用的厂房进行大量的振动观 测以及对建筑结构振动时的强度计算表明， 对这些条件而言，可以通过等效荷载的计算
图一 自振频率调整前截面 表一
图二 自振频率调整后截面 表二
一．简述建筑物产生共振的原因及危 害：
地震发生时，地震波通过土壤传递给建 筑物，当地震波的频率与建筑物的整体自振频 率、建筑物上某个构件的自振频率相重合，就 会产生整体共振或者局部共振，由于地震波产 生的力相当巨大，在这种情况下，一旦发生共 振对于建筑物的危害也相当巨大。在地震设防 地区，我们在进行建筑物的设计时，需要使建 筑物的整体强度、整体以及构件抗震构造措施 满足地震设防要求，另外也可以采取一些减 振、隔振措施，增加建筑物自振周期，来规避 共振的发生。
２．５ 防雷、防静电措施 ．５．１根据设计要求各建筑物依据所属类别 安装了避雷带，制高点均设置避雷针。 ２．５．２电气设备的防雷保护，按设计１０ＫＶ 进线侧均装有氧化锌避雷器。４００Ｖ／２２０Ｖ 配 电系统采用接零保护，现场动力设备、构架及 屏台外壳进行重复接地。 ２．５．３厂区设有总控室，内部主要为仪表 自动化控制系统，除正常接地以外，现场敷设 静电地板最大程度的减少对ＤＣＳ、计算机、 通讯系统的影响。
３． 改造后优势
３ ． １ 节省工程造价，降低运营成本。 ＭＯＤＢＵＳ 协议理论上最多可以 ３２ 台设备共用 一条数据线实现信号传输，所以通过对现场 不同类型、不同厂家的设备合理分配组合， ９０多台智能控制设备原需上百根信号电缆才 能实现的信号传输功能，现只用 ８ 根（２ 条 光纤、６ 条屏蔽双绞线）线缆就达到并优于 原设计效果，节省了大量材料及施工费用。 由于现场设备最大程度的实现远程集中测控， 正常生产中也减少了现场岗位及岗位值班人 员。
参考文献 ［ １ ］ 王常力，罗安主编．集散型控制系统 的选型与应用．清华大学出版社． １ ９ ９ ６ 年 ６ 月 ［ ２ ］ 王金全，方忠华，仲未央．工业控制 系统的现状与展望．中国电力． １ ９ ９ ８ （４） 作者简介 王冰（１ ９ ７ ４ － ），本科，主要研究方 向：生产过程自动化。
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五．结论
简而言之，由于共振产生时，对结构的 危害过大，我们在设计时应避免设备的振动 和承重结构的自振频率相重叠，避免结构在 共振作用下变形及频率骤增发生破坏。在结构 体系的选择上优先采取整体性好的结构方案， 并合理的布置承重构件，从整体上增强建筑物 抗水平振动及抗扭转的能力。减少设备振动最 有效的措施是设置减振、隔振措施，这样能够 在有效地减少频率的同时减少振动幅度。当设 置减振、隔振措施后仍不能避免振动频率或幅 度过大时，可以采取其他措施来避免共振的发 生。
３．４ 和 ＤＣＳ 自动化系统协调工作能力 强。由于该系统主控层用的是工业以太网， 系统计算机之间经过软件组态后和总控 ＤＣＳ 系统通过 ＯＰＣ 服务器实现了无缝连接。做到 了自控 ＤＣＳ 系统和配电自动化系统之间数据 资源共享，提高了 ＤＣＳ 系统数据信息量及自 动化程度，最大程度的方便了操作运行人 员。
附整体系统架构图及改造后的部分监控 图（见图 １，２）。
４． 结论
此次改造在工程成本不增加的前提下最 大程度地实现了工艺现场动力设备信息量的采 集、传输和集中测控，实际施工过程中既用到 了主流成熟技术也尝试了前沿新技术。其中该 系统改造中的软硬件选型尤为重要，需要和控 制中心通讯的所有现场智能设备通讯的物理接 口类型，通讯协议类型必须标准统一，有条件 的话最好能在改造施工之前先试一下能否通讯 得上，目的主要是验证其协议是否标准，在这 次改造过程中就曾碰到硬件反复调试也不能采 集到数据，后发现其数据格式和标准
四．某调整梁截面尺寸规避结构共振 的工程实例
某高层工业厂房，结构体系为框架结 构，在楼层 １９．５ 米高处设置 ４ 台反应器，设 备技术参数：设备自重 ３ ６ 吨，设备运行重 量 ２５４ 吨，设备事故重量 ３３７ 吨，设备运行 频率Leabharlann Baidu ０．１ＨＺ。由于设备运行荷载大，竖向 振幅大，在共振情况下危害大，在设计时需 考虑承重构件的自身频率避开设备运行时的频 率，且在计算结构自身频率ω ｓｉ 应考虑到理 论值ω ｉ 与实际情况可能的偏差，这个偏差值 按 ２０％ 考虑，即ω ｓｉ＝ ω ｉ（１ ± ０．２）。
ＭＯＤＢＵＳ 协议数据格式不一致，并不是标准 ＭＯＤＢＵＳ 协议，必须再开发才能匹配，但由 此耗费了大量时间和人力。通讯线缆（光缆除 外）在施工当中要尽量避开强电，强磁的场所， 避免通讯中断。光缆全部采用重铠直埋的施工 避免物理损伤增加安全系数。要求 ＤＣＳ 系统 软件和配电自动化系统软件都能支持 ＯＰＣ 功 能，若之间通讯监测信息多的话可在上层工业 以太网中采用 ＯＰＣ 服务器的形式通讯，占用 资源少，数据刷新快，无通讯阻塞。若通讯信 息远控内容多的话可以考虑通过低层通讯来实 现，受外界影响小，安全可靠［２］。
３．２ 信号准确，保护可靠，信息量大。通 过通讯采集到的数据回避掉了常规物理线路传 输中的干扰、衰减，信号单一的情况，通过生 产运行，后台显示信号准确、无衰减，完全达 到预期效果。
３．３ 运行稳定，检修方便。现场动力设 备的智能控制部分反映出的设备信息（启、停、 电流、故障类别）在总控后台计算机上可以同 步显现，现场连接线缆少，这样就大大方便检 修人员对故障的判断和对症处理，有效地提高 了工作效率。
式铺设，低压线路主要在生产车间采用氟塑料 绝缘硅橡胶护套在桥架或穿管敷设。
２．４ 电力、自动化仪表方面的安全保护 措施
按照设计及现行配置，厂变配合 １０ＫＶ 开 关站的保护装置有电气类保护和非电类保护， 前者主要有速断、过流保护跳闸，后者有超温、 轻、重瓦斯气体保护跳闸，４００Ｖ 电动机保护 主要有缺相、过流、短路、堵转等保护跳闸。
下文主要针对工业厂房中由于设备运行 产生的共振做一些讨论。
二．影响主体结构承受振动的主要因 素：
一般建筑物都能够承受一定程度的动力 荷载，允许工业设备在运行过程中产生一定的 竖向振动或水平振动，但对振动的频率及振 幅有一定约束，允许振动的界限主要取决于 以下四个条件：
１． 振动结构物的承载能力：直接承受动 力荷载的构件承载能力要满足使用要求，竖 向构件的刚度应满足要求。
核定，增加一定的量和适当的构造措施可以 解决，或者采取隔振减振措施减少振动的量 （位移、速度、加速度等）来解决。
在多层工业厂房中，由于设备布置要 求，楼层承受产生振动的动力荷载不可避 免。某些时候这种水平振动或竖向振动的荷 载、频率以及振幅会很大，在这种情况下， 可以通过结构选型及结构构造来避免振动对结 构的影响：
现在在工业厂房中，较为普遍的方式是 采取设置隔振、减振措施来避免共振的产 生。布置隔振、减振措施一方面能够有效地 减少设备运行产生的振动量和振动频率；另 一方面在设备和承重结构中间设置一个隔振装 置，这个装置能够调节振动频率，在设备与 承重结构之间起到隔离的作用，避免共振的 产生。
在一些无法设置隔振、减振措施的情况 下，也可以通过调整梁截面尺寸的方法，规 避共振的产生。
参考文献 ［ １ ］ 混凝土结构设计规范． Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ ０ － ２ ０ １ ０ ［２］隔振设计规范． ＧＢ ５０４６３－２００８ ［ ３ ］多层织造厂房结构动力设计规范． ＦＺＪ１１６－９３
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的动力设备。 ２．３ 厂区线路 １０ＫＶ 系统采用 ＹＪＶ２２ 电缆，地埋的形
在设计时首先根据结构承载能力计算的 结构构件尺寸，直接承受动力荷载的结构构件 尺寸见图一。
根据该截面计算结构构件的自身频率理 论值ω ｉ：
ω ｉ＝ Φ ｉ √ ＥｃＩ／（ｍＬ４） Ｌ：梁跨长 Ｅｃ：混凝土梁的弹性模量 Ｉ ：梁截面惯性矩 ｍ：梁单位长度质量 Φｉ：梁自振频率系数（查表５．２．２） 根据表一计算结果判断，Ｌ３ 的自身频率 与设备运行频率相重合，需要调整梁截面尺 寸，让梁的自身频率避开设备运行频率，避免 在设备运行时发生共振造成结构破坏。 进行结构构件竖向自振频率计算后调整 的结构构件尺寸见图２． 根据调整后的截面计算结构自振周期 表二 经过计算后，Ｌ３ 截面由 ６００ × １３００ 调整 至 ６００ × １７００，Ｌ４ 截面由 ６００ × １４００ 调整至 ６００×１８００，Ｌ３的自振频率区间由０．０８８￣１．４５２ 变化为０．１１～０．１６，可见通过梁截面的调整一 定程度上能够改变梁的自振频率，达到避免共 振发生，但是调整后梁截面过大，且调整区间 范围有限。
摘 要 本文依据中华人民共和国国家标准《混凝土 结构设计规范》ＧＢ ５００１０－２０１０、《隔震设计 规范》ＧＢ ５０４６３－２００８、《多层织造厂房结构 动力设计规范》ＦＺＪ１１６－９３ 等相关规范和标 准，对承受动力荷载结构如何避免设备自振 周期与结构本身自振频率产生共振，避免共 振危害结构安全作出简要阐述。 关键词 动力荷载；自振频率；共振
另外在多层及高层工业厂房中，由于工 艺布置流程，一些设备在使用过程中会产生较 大的往复振动，这些往复振动直接做用在楼层 上，会导致楼盖产生竖向振动或水平振动。在 竖向振动时由于设备的自振频率和直接承受动 力荷载的梁的自身频率相重叠，产生共振导致 梁的竖向振幅叠加急剧增大，影响设备的正常 使用，甚至危害承重构件的安全，这种情况在 动力荷载较大时尤为明显。因此，在设计时应 避免设备产生的竖向振动的频率与承重结构的 自身频率产生共振。
工 程
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
中国科技信息 ２０１１ 年第 １６ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ａｕｇ．２０１１
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．１６．０３５
多层工业厂房中如何避免共振危害简述
王欣 １ 章方军 ２ 王玥 １ １ 中国纺织工业设计院 ２ 马建国际建筑设计顾问有限公司 北京 １０００３７
１． 增加结构的垂直和水平方向的整体刚 度，在框架结构内适当设置一些混凝土抗震 墙；
２． 结构的布置在满足建筑功能、生产工
艺要求的同时，应力求平面和竖向简单、整 齐、对称，刚度适宜，结构传力简捷，构 件受力明确，避免一些振动对结构影响较大 的结构布置形式，如齿状、平面不规则结构 体系；
３． 尽量采用整体现浇式的结构体系； ４． 梁、板布置应尽采用连续多跨，布 置次梁间距应适当加密； ５． 填充构件构造措施应适当加强； ６． 采取减振、隔振措施减少振动的频率 及振动量。 应避免结构的自振周期和设备的振动周 期相重合，产生共振现象。
２． 结构物的动力挠度或变形：竖向振动 和水平振动位移不得超过允许限值。
３． 振动对人体的生理影响； ４． 振动对生产技术条件的影响。
三．解决措施
通过对在使用的厂房进行大量的振动观 测以及对建筑结构振动时的强度计算表明， 对这些条件而言，可以通过等效荷载的计算
图一 自振频率调整前截面 表一
图二 自振频率调整后截面 表二
一．简述建筑物产生共振的原因及危 害：
地震发生时，地震波通过土壤传递给建 筑物，当地震波的频率与建筑物的整体自振频 率、建筑物上某个构件的自振频率相重合，就 会产生整体共振或者局部共振，由于地震波产 生的力相当巨大，在这种情况下，一旦发生共 振对于建筑物的危害也相当巨大。在地震设防 地区，我们在进行建筑物的设计时，需要使建 筑物的整体强度、整体以及构件抗震构造措施 满足地震设防要求，另外也可以采取一些减 振、隔振措施，增加建筑物自振周期，来规避 共振的发生。
２．５ 防雷、防静电措施 ．５．１根据设计要求各建筑物依据所属类别 安装了避雷带，制高点均设置避雷针。 ２．５．２电气设备的防雷保护，按设计１０ＫＶ 进线侧均装有氧化锌避雷器。４００Ｖ／２２０Ｖ 配 电系统采用接零保护，现场动力设备、构架及 屏台外壳进行重复接地。 ２．５．３厂区设有总控室，内部主要为仪表 自动化控制系统，除正常接地以外，现场敷设 静电地板最大程度的减少对ＤＣＳ、计算机、 通讯系统的影响。
３． 改造后优势
３ ． １ 节省工程造价，降低运营成本。 ＭＯＤＢＵＳ 协议理论上最多可以 ３２ 台设备共用 一条数据线实现信号传输，所以通过对现场 不同类型、不同厂家的设备合理分配组合， ９０多台智能控制设备原需上百根信号电缆才 能实现的信号传输功能，现只用 ８ 根（２ 条 光纤、６ 条屏蔽双绞线）线缆就达到并优于 原设计效果，节省了大量材料及施工费用。 由于现场设备最大程度的实现远程集中测控， 正常生产中也减少了现场岗位及岗位值班人 员。
参考文献 ［ １ ］ 王常力，罗安主编．集散型控制系统 的选型与应用．清华大学出版社． １ ９ ９ ６ 年 ６ 月 ［ ２ ］ 王金全，方忠华，仲未央．工业控制 系统的现状与展望．中国电力． １ ９ ９ ８ （４） 作者简介 王冰（１ ９ ７ ４ － ），本科，主要研究方 向：生产过程自动化。
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五．结论
简而言之，由于共振产生时，对结构的 危害过大，我们在设计时应避免设备的振动 和承重结构的自振频率相重叠，避免结构在 共振作用下变形及频率骤增发生破坏。在结构 体系的选择上优先采取整体性好的结构方案， 并合理的布置承重构件，从整体上增强建筑物 抗水平振动及抗扭转的能力。减少设备振动最 有效的措施是设置减振、隔振措施，这样能够 在有效地减少频率的同时减少振动幅度。当设 置减振、隔振措施后仍不能避免振动频率或幅 度过大时，可以采取其他措施来避免共振的发 生。
３．４ 和 ＤＣＳ 自动化系统协调工作能力 强。由于该系统主控层用的是工业以太网， 系统计算机之间经过软件组态后和总控 ＤＣＳ 系统通过 ＯＰＣ 服务器实现了无缝连接。做到 了自控 ＤＣＳ 系统和配电自动化系统之间数据 资源共享，提高了 ＤＣＳ 系统数据信息量及自 动化程度，最大程度的方便了操作运行人 员。
附整体系统架构图及改造后的部分监控 图（见图 １，２）。
４． 结论
此次改造在工程成本不增加的前提下最 大程度地实现了工艺现场动力设备信息量的采 集、传输和集中测控，实际施工过程中既用到 了主流成熟技术也尝试了前沿新技术。其中该 系统改造中的软硬件选型尤为重要，需要和控 制中心通讯的所有现场智能设备通讯的物理接 口类型，通讯协议类型必须标准统一，有条件 的话最好能在改造施工之前先试一下能否通讯 得上，目的主要是验证其协议是否标准，在这 次改造过程中就曾碰到硬件反复调试也不能采 集到数据，后发现其数据格式和标准
四．某调整梁截面尺寸规避结构共振 的工程实例
某高层工业厂房，结构体系为框架结 构，在楼层 １９．５ 米高处设置 ４ 台反应器，设 备技术参数：设备自重 ３ ６ 吨，设备运行重 量 ２５４ 吨，设备事故重量 ３３７ 吨，设备运行 频率Leabharlann Baidu ０．１ＨＺ。由于设备运行荷载大，竖向 振幅大，在共振情况下危害大，在设计时需 考虑承重构件的自身频率避开设备运行时的频 率，且在计算结构自身频率ω ｓｉ 应考虑到理 论值ω ｉ 与实际情况可能的偏差，这个偏差值 按 ２０％ 考虑，即ω ｓｉ＝ ω ｉ（１ ± ０．２）。
ＭＯＤＢＵＳ 协议数据格式不一致，并不是标准 ＭＯＤＢＵＳ 协议，必须再开发才能匹配，但由 此耗费了大量时间和人力。通讯线缆（光缆除 外）在施工当中要尽量避开强电，强磁的场所， 避免通讯中断。光缆全部采用重铠直埋的施工 避免物理损伤增加安全系数。要求 ＤＣＳ 系统 软件和配电自动化系统软件都能支持 ＯＰＣ 功 能，若之间通讯监测信息多的话可在上层工业 以太网中采用 ＯＰＣ 服务器的形式通讯，占用 资源少，数据刷新快，无通讯阻塞。若通讯信 息远控内容多的话可以考虑通过低层通讯来实 现，受外界影响小，安全可靠［２］。
３．２ 信号准确，保护可靠，信息量大。通 过通讯采集到的数据回避掉了常规物理线路传 输中的干扰、衰减，信号单一的情况，通过生 产运行，后台显示信号准确、无衰减，完全达 到预期效果。
３．３ 运行稳定，检修方便。现场动力设 备的智能控制部分反映出的设备信息（启、停、 电流、故障类别）在总控后台计算机上可以同 步显现，现场连接线缆少，这样就大大方便检 修人员对故障的判断和对症处理，有效地提高 了工作效率。
式铺设，低压线路主要在生产车间采用氟塑料 绝缘硅橡胶护套在桥架或穿管敷设。
２．４ 电力、自动化仪表方面的安全保护 措施
按照设计及现行配置，厂变配合 １０ＫＶ 开 关站的保护装置有电气类保护和非电类保护， 前者主要有速断、过流保护跳闸，后者有超温、 轻、重瓦斯气体保护跳闸，４００Ｖ 电动机保护 主要有缺相、过流、短路、堵转等保护跳闸。
下文主要针对工业厂房中由于设备运行 产生的共振做一些讨论。
二．影响主体结构承受振动的主要因 素：
一般建筑物都能够承受一定程度的动力 荷载，允许工业设备在运行过程中产生一定的 竖向振动或水平振动，但对振动的频率及振 幅有一定约束，允许振动的界限主要取决于 以下四个条件：
１． 振动结构物的承载能力：直接承受动 力荷载的构件承载能力要满足使用要求，竖 向构件的刚度应满足要求。
核定，增加一定的量和适当的构造措施可以 解决，或者采取隔振减振措施减少振动的量 （位移、速度、加速度等）来解决。
在多层工业厂房中，由于设备布置要 求，楼层承受产生振动的动力荷载不可避 免。某些时候这种水平振动或竖向振动的荷 载、频率以及振幅会很大，在这种情况下， 可以通过结构选型及结构构造来避免振动对结 构的影响：