环境振动对建筑的影响与减振措施

浅谈环境振动对建筑的影响与减振措施

摘要：文章通过分析环境振动的振源和环境振动对建筑的影响，并且根据相应的影响从振源、传播途径和结构自身等方面采取相应的减振措施。

关键词：环境；诱发；建筑震动；减振措施

abstract: this article through the analysis of the influence of the vibration source and environmental vibration on buildings, and according to the corresponding influence, we should take corresponding vibration reduction measures from the source, propagation path and structure itself. key words: environment; induced; construction vibration; vibration reduction measures

中图分类号：tu712 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）引言

在社会经济和工业迅速发展的今天，城市交通、工业生产等引起的环境振动对建筑安全性和适用性，相关居民的生活、工作和身心健康的影响越来越多地引起了人们的关注，国际上已将振动公害列为7大环境公害之一。襄阳市的工业发展势头强劲，随处可见的在建项目也显示了襄阳经济发展的繁荣气象，而环境振动问题也初步显现。因而，研究本地区环境振动具有重大社会和经济意义。

环境振动的振源分析

环境诱发建筑振动是由外界各种不同振源作用在建筑上所引起

的建筑具有不同频率效应的有规律振动和随机振动。引起环境诱发建筑振动有两类:一是由机械运动引起的振动，一是自然现象引起的振动。其危害程度随着振动特性、振源布局和环境条件不同而有很大的差异。

1.1机械引起的建筑振动

在机械运动的振动源中一般有以下三种情况：瞬态性振源、稳态性振源和随机性振源。

瞬态性振源，其中主要有在建筑中进行的锻锤、落锤和压力机(冲床)等。这些振源属脉冲式撞击，振动能量很大，其频谱带较宽，队建筑的影响范围很广，是建筑发生振动危害最突出的振源。

稳态性振源。主要有空压机，以及制冷压缩机(冷冻机)、发动机等。空压机等属有规律周期性反复作用，其中空压机振动能量较大，频率较低，振动衰减较慢，其对建筑的能量输入较多较强；冷冻机、发动机等的振动能量较小，频率较高，振动衰减较快，影响范围较小，但当布置在楼层上时，也应注意其对建筑结构薄弱处的局部影响

随机性振源，主要有工业厂房中的吊车等。这些振源因受概率支配，其振动过程则假设为平稳随机过程；吊车支承在柱或梁上，对工业厂房那个建筑的影响也是比较大的。

1.2自然现象引起的建筑振动

自然现象引起的建筑振动，其中地震的影响是巨大的，在建筑结构设计中应作建筑的抗震设计，这里就不讨论了。至于风荷载这一随机性振动源对建筑特别是高层建筑引起振动是不可忽视的；还有就是洪水、海啸等这些自然现象振动源对建筑的冲击一般是毁灭性的，因而发生的建筑破坏也是相当大的。

2 、环境振动对建筑物的影响

环境振动会成为建筑结构的安全隐患，对建筑结构的影响不能忽视。目前机械设备在运转过程中产生变化的动力，结构在这种动荷载的作用下，将对结构有下列三方面的影响：1、建筑结构产生较大的动应力；2、焊缝或混凝土等产生动力疲劳；3、引起基础的不均匀沉降，使结构局部受拉而引起开裂。

以工业厂房建筑为例，大型机械设备将引起结构较大的动应力，还往往引起屋架斜拉杆，上弦端节点，特别是端节点处因应力集中而出现裂缝，引起构件连接处松动甚至破坏，引起梁、柱、墙、围护结构等出现裂缝。为了减小甚至这种动应力对建筑结构的影响，应该采取一些必要的构造措施。

环境振动影响下的建筑结构，在应力幅度变化较大的反复作用下，产生的动力疲劳是比较严重的。动力疲劳将引起结构的局部损坏，进而会导致结构进行内力重分布, 严重时促使结构产生局部或整体性破坏。

建筑结构在动力荷载作用下, 地基承载力随着振动加速度的增

大而减小，同时土体的粘聚力和内磨擦会减小, 引起土体颗粒的移位和增密, 当地下水位较高时, 不但振动传递的影响范围扩大, 还可能造成粉砂层地基的局部液化，从而造成建筑的设备基础及附近建筑基础产生不均匀沉降, 引起建筑物的开裂甚至倾覆。

3、降低振动对建筑物危害的措施

有效控制环境振动对建筑结构以及居民的负面影响，通常可以从震源，传播途径和建筑结构自身三个方面入手。下面分述如下：3.1控制震源：在条件允许的情况下，最好是从振源入手，尽量避免机械振动引起环境振动，这是从根源解决问题，最为有效。主要有四种思路：

3.1.1从设备本身入手，改进设备构造，减轻设备自身的振动，这种方法技术要求高，比较难实现；

3.1.2采取隔振措施，用隔振器将振动的机械与基础隔离，阻止机械振动传到基础。

3.1.3对于多台设备同时工作的情况，在不影响工艺的前提下，可以通过合理布置机械的弹性支座，或者设备的方向，尽量避免共振的发生，从而减轻机械振动对环境的影响。

3.1.4振子减振，在振动的设备上加设振子，振动时，阵子对设备形成反方向的激振力，从而达到减振目的。从理论上讲，完全可以使设备处于无振动状态，但振子的安装比较复杂，往往受设备及空间环境的限制，有时难以实施。

3.2从阻断传播途径出发：如果无法有效控制振源，比如工厂设备无力或无法改造的情况，城市交通引起的振动问题，可以从传播途径入手，采取在震源和建筑之间挖隔震沟的措施。

隔振沟是消耗波动能量的较好方法之一，它不需要对建筑结构做任何改动，也不需对产生“振源”的工业机械停厂改造，唯一的工程就是在震源与建筑物间挖一条具有一定深度的沟，并在沟中填充松散软介质。当应力波传至隔振沟时，由于断层刚度小，应力波大部分能量被吸收或反射，能起到较好的隔振效果。然而，隔振沟并不是对所有振源都具有很好的耗能效果，人们在研究中发现，对于高频的应力波，隔振沟效果很好，而对于低频应力波，隔振沟效果并不理想。

3.3、加强结构自身抗震：从结构自身出发的主要思路是将结构的动力特性改变，尽量避开环境振动的主频率。

改变结构自身的动力特性通常有以下几种方法：

3.3.1基础隔震。基础隔震是在基础和地面间设置橡胶垫，把建筑的振动周期增加到2s左右，避开环境振动频率，达到减振的目的。这种方法适用于新建建筑，用于已有建筑加固也有不少成功的例子，但费用较高，通常只用于重要的已有建筑加固；

3.3.2增加建筑质量（加层或建造屋顶花园），加层或建造屋顶花园可以显著改变结构的自振频率，屋顶花园还可以作成tmd来吸收振动能量，这种方法要求结构基础具有足够的承载能力，对基础本