建筑结构晃动工程实例
结构抗震概念设计的工程实例分析_肖风林
2334 年第 5 期 # 总第 6# 期 $
大 众 科 技
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结构抗震概念设计的工程实例分析
工程结构加固案例分析
一、软土地基事故1、事故现象最常见的事故现象：①产生过量沉降(1) 杭州花园新村4号住宅（四层）下沉1.23m，基础为筏板基础，稳定后顶起。
(2) 武进芙蓉西周村三间三层农宅，下沉18cm，地基均为淤质土，稳定后重做地坪。
②产生严重不均匀沉降武进农机公司仓库，二层，底层为框架结构，二楼为砖混住宅，走廊有外立柱。
在原河塘填土上，一年后下沉，致使二楼住宅墙体产生45°大裂缝，宽16mm。
③房屋倾斜，严重者失稳倒塌。
2、事故原因绝大多数为承载力在80KN/m2以下的淤泥质软土引起的。
3、软土的特性①软土的形成：在静水或缓慢流水环境中沉积而成的饱和粘性土，型式有：(1) 滨海沉积——盐城外黄海滨，古时每年有上百平方公里湿地(长江黄河泥砂)沉积。
(2) 湖泊沉积——(3) 河滩沉积——常武地区是长江下游冲积平原，软土多。
(4) 谷地沉积——②软土的外观：灰色或深灰色③软土的特性及变形特点：特性：(1) 含水量大，甚至饱和达流限；(2) 强度低，一般≤120KN/m2；(3) 压缩变形大。
变形特点：(1) 沉降量大；(2) 初始沉降速度快，延续时间性长（10年～数十年）；(3) 沉降量与含水量成正比。
4、事故实例事例１：①常州冶炼厂，三层框架结构，库房柱倾斜。
(1) 一层砼柱浇筑完，拆模后，有6根柱上端偏离80mm多。
(2) 原因：地基下边有多个小块软卧层（地质钻探与设计不协同）。
(3) 处理：a、将砼柱吊移；b、挖去软卧层，浇筑C10砼至基底标高；c、重新把柱吊装就位。
② 翠竹111号房（住宅）房屋纵向出现竖向裂缝，基础圈梁下产生水平裂缝。
a 、 地基：表层有2～3m 的140KN/m 2的土层，3m 以下是20多米厚的淤泥质土；b 、 基础为筏板基础，上部为6层砖混结构的住宅；c 、 居住三年后，在距山墙外10多米处筑路、架桥，路、桥和住宅下边的地质概况是一样的。
在打桥桩及路基填土碾压干扰下，使111号住宅东端产生二次沉降，而中、西部未沉。
建筑结构晃动工程实例讲解
(一) 前言 (二) 武钢炼铁厂7#高炉 (三) 武钢烧结厂203转运站 (四) 鄂钢4号高炉斜桥 (五) 武钢一炼钢CD跨 (六) 小结
(一) 前言
建筑物所受到的振动主要是来自设备、建筑施工及交通 的影响，主要表现为墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝、基础 变形或下沉等，严重的甚至倒塌。
动特点，属有阻尼的简谐振动，从结构开始接受冲击到振动
达到最大值、再到振动衰减到正常状态的时间大约在6～9秒 之间，有比较明显的振动增大和衰减段。
各测点最大位移测试结果
测区 1＃ 1＃ 2＃ 2＃ 3＃ 3＃
测点标高 42.0m 39.0m 29.0m
测试项目 单峰值(mm)
南北向位移
4.6
东西向位移
计算结构加固方案
10
5
0
0.64
0.26
0.17
01..0131
测点2
测点3
测点4
测点5
蓝线表示工况Ⅰ：正常生产（吊车未行驶） 红线表示工况Ⅱ：吊车空车运行,大车、小车往复运行
加固前后在天车荷载作用下平台水平位移测试结果(mm)
位移(mm)
25 23.14
20
15
16.02
10
5 3
0 测点2
2.1 测点3
01..127 测点4
3.7
东西向位移
3.2
南北向位移
4.9
南北向位移
3.5
东西向位移
3.0
峰峰值(mm) 8.6 7.8 6.0 9.1 7.0 5.6
加固方案
转运站结构变形的主要途径是增大结构的刚度，而增大结 构刚度一般有两种途径：增大结构构件的截面和采用刚度 更大的结构形式(原来增设钢支撑的加固方案也属此类)。 根据以上思路提出如下两种加固方案：
以工程实例谈建筑结构加固技术应用
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O.27SCI EN CE &TECHN OLOG Y I NFOR M A TI O N工程技术在现代土木工程建设中,应用量最大、使用面最广的建筑材料仍然是混凝土和钢材。
我国目前的水泥生产量已占世界总产量的1/3以上,混凝土工程量在世界上名列第一。
钢筋混凝土结构由于设计不当、构造不合理、非正常使用以及一些自然灾害和偶然事故的影响,常常会出现钢筋锈蚀、构件的承载力和耐久性不足等情况。
世界各国每年都要耗巨资用于现有土木工程结构设施的加固维修。
1钢筋混凝土结构加固方法的分类及适用范围1.1直接加固的一般方法1.1.1加大截面加固法顾名思义,就是用同种材料来增大原构件的截面面积,并配以适当的钢筋,从而达到提高结构构件承载力的目的。
该方法的主要特点是加固效果好,施工工艺简单、经济,并具有成熟的设计和施工经验,适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固。
其缺点是现场湿作业工作量大,养护期较长,增大截面有时影响建筑物的外观和使用功能。
1.1.2置换混凝土加固法该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
1.1.3粘结外包型钢加固法该法也称湿式外包钢加固法,一般是将角钢外包于构件的四角(或二角),角钢间用扁钢焊接形成整体钢构套的加固方法。
适用于截面尺寸不允许加大或需要大幅提高承载力的结构构件中,一般用于梁、柱的加固。
受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,当用化学浆液外包钢时,型钢表面温度应低于60℃,当环境有腐蚀性介质时,应有可靠的防腐措施。
1.1.4粘贴钢板加固法它是利用结构胶将钢板粘贴于构件表面,从而达到提高结构承载力的一种方法。
该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平,且环境温度不高于60℃,相对湿度不大于70％,当环境有腐蚀性介质时,应采取防护措施。
工程结构的抗震和抗风设计(1)
通过在地基上设置滚轮或球体等滚动元件，使建筑物在地震时发生滚动，从而减轻地震力 对结构的作用。
消能减震技术及应用
金属耗能器
利用金属的塑性变形能力，吸收和消耗地震或风振产 生的能量。
摩擦耗能器
通过摩擦产生热量来消耗振动能量，降低结构的动力 反应。
粘弹性阻尼器
利用粘弹性材料的耗能特性，减轻结构在地震或风荷 载作用下的振动。
结构体系选择
采用刚度大、阻尼比高的结构体系，如框架-核心筒结构 、钢框架-支撑结构等，提高结构的整体抗风能力。
加强构件设计
对关键构件如柱子、梁、楼板等进行加强设计，提高其承 载力和变形能力。
大跨度桥梁抗风措施
桥塔设计
采用合理的桥塔形状和截面形式，提高桥塔的稳 定性和抗风能力。
主梁设计
通过优化主梁截面形状和气动布局，减小风致振 动和涡激振动对桥梁的影响。
耗能装置
在桥梁关键部位设置耗能装置，如金属屈服耗能器、摩擦耗能器等 ，通过耗能来减轻地震对桥梁的破坏。
结构冗余度设计
通过增加桥梁结构的冗余度，如设置多余墩柱、加强横梁联系等，提 高桥梁的整体性和抗震性能。
地下结构抗震措施
土体加固
对地下结构周围的土体进行加固处理，如注浆、高压旋喷桩等， 提高土体的承载力和抗震性能。
的能量。
消能减震技术
利用阻尼器、耗能支撑等装置吸收 和消耗地震能量，降低结构的地震 反应。
结构优化
通过改进结构形式、增强构件刚度 、提高连接性能等手段，提升结构 的整体抗震能力。
桥梁结构抗震措施
减隔震支座
在桥梁墩台与上部结构之间设置减隔震支座，实现地震时桥梁上部 结构的相对位移，减小地震力对桥梁的影响。
建筑结构晃动工程实例
0.26 测点3
0.17 0.1 测点4
1.11 0.03 测点5
蓝线表示工况Ⅰ：正常生产（吊车未行驶） 红线表示工况Ⅱ：吊车空车运行,大车、小车往复运行
加固前后在天车荷载作用下平台水平位移测试结果(mm) 25 20
位移(mm)
23.14 16.02
15 10 5 0 测点2 3
2.1 测点3
1 8
2
7
1
2
7
3
3 8 4
6
6
1-5水平横向传感器 6-7水平纵向传感器 8竖向传感器
1-4水平横向传感器 5-7水平纵向传感器 8竖向传感器
5
4
5
图1 吊车梁平台测点布置图
图2 除尘管道测点布置图
测试工况
工况Ⅰ：正常生产（吊车未运行）； 工况Ⅱ：吊车空车运行,大车、小车往复运行。
平台结构最大振动幅值测试结果（mm）
建筑结构振动或晃动工程实例
(一) (二) (三) (四) (五) (六)
前言 武钢炼铁厂7#高炉 武钢烧结厂203转运站 鄂钢4号高炉斜桥 武钢一炼钢CD跨 小结
(一) 前言
建筑物所受到的振动主要是来自设备、建筑施工及交通 的影响，主要表现为墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝、基础 变形或下沉等，严重的甚至倒塌。 建筑物受到振动影响大小主要与如下因素有关： 1.振源的振幅和频率； 2.振源至建筑物的距离和振动传播介质的特性； 3.建筑物类型和陈旧程度； 4.建筑物整体及各部分构件的响应特性。
原设计截面
增设支撑
增设支撑及加大截面
增设支撑及增设剪力墙
部分层计算位移汇总表
序号 1 2 3 4 5 标高(m) -0.1 5.0 29.0 39.0 42.2 U(X) (mm) U(Y) (mm) 原结构 增设钢支撑 原结构 增设钢支撑 0 0 0 0 0.511 0.150 0.529 0.118 7.513 1.819 8.050 1.849 11.690 12.569 2.920 3.219 12.640 14.354 3.154 3.850
筒体结构代表建筑
筒体结构实例分析广州珠江新城西塔高432m，矗立在城市的新中轴线上,其所在的广场距珠江最近的距离只有200多m，在我国乃至世界都属于较高的建筑钢结构之一，该结构设计新颖，造型扰美、线条流畅、结构独特，具有广泛的实用性和观赏性，她的建成，不仅成为广州市的城市标志性建筑，也是当前世界经典建筑中具有时代性的标志性建筑，不仅为广州市增加了一道亮丽的风景线，同时也是我国在国际地位与实力的显示。
珠江新城西塔钢结构外筒是—个不规则网筒结构，其横截面沿整个建筑高度是连续变化的。
主塔楼地面以上103层，高432m，其中1～3层为大厅，4~67层为办公室,67层以上是高级酒店及客房，最高处设有直升机平台.在办公楼层，采用钢管混凝土斜交网格柱外筒和钢筋混凝土内筒的筒中筒结构体系，上升至酒店层时,混凝土内筒不再向上延伸,由钢柱锚入核心筒墙内，形成钢结构内框架—斜撑核心筒,结构体系为斜交网格柱外筒加内框架加斜撑的结构体系.钢结构外筒是结构的主要抗侧力体系,钢管混凝土立柱共30根．由地下四层柱定位点起呈倾斜状沿直线至塔顶相应的柱定位点，各柱的倾角不相同，柱钢管截面的直径与壁厚均沿高度变化，由底部外径1800mm、壁厚50mm缩至顶部外径700mm、壁厚20mm，钢材材质为Q345GJC钢、Q345B钢，管内充填高强混凝土.北京银泰中心（Beijing Yintai Centre）位于建国门外大街2号,地处北京中央商务区（CBD)核心地带,北临长安街，东接三环路,踞国贸桥“金十字”西南角。
根据首都规划委员会规划,长安街两边建筑限高250米，北京银泰中心中央主楼高249。
9米、63层,是长安街上的最高建筑。
其建设与规划，经国务院总理办公会审批，曾连续多年列为北京市重点建设项目.其结构类型中央主楼纯钢结构,东西两侧写字楼钢、钢筋混凝土结构。
建筑高度 249.90米 ,占地面积:31,305平方米北京银泰中心拥有的凯悦酒店及度假村集团在大中华地区首家精品酒店—-北京柏悦酒店,是凯悦集团在中国投资并全盘管理的第一个项目，与一般建筑不同，北京银泰中心把酒店服务式公寓和酒店统一设置在整个建筑群的中央主楼，完美诠释“王者必居天下之中”的居住理念。
钢结构设计中的振动问题
钢结构设计中的振动问题摘要：随着社会的发展与进步，重视钢结构设计中的振动问题对于现实生活具有重要的意义。
本文主要介绍钢结构设计中的振动问题的有关内容。
关键词：振动；钢结构；设计；原因分析；问题；中图分类号：tu391文献标识码： a 文章编号：引言钢结构的动力计算是结构设计中应重视的问题, 特别是当设备转速较低时( 转速f < 100 r/min) , 如果忽视或仍按静力方法加大安全系数来考虑设计中的动力影响, 将导致建筑物建成后不能正常使用。
一、实例简介在某化工重点工程项目中, 设计采用钢结构框架支撑搅拌器等设备, 建成后设备试运行时,钢结构框架出现了共振现象。
框架大幅度晃动,导致设备不能正常运行, 支架上的工人不能正常操作, 仪表无法读数。
相同型号的2 台搅拌器, 分别支撑于钢结构支架的平台上, 平面布置见图1、图2。
图中的单位, 除标高为m, 其余均为mm。
支架四边布置了柱间支撑, 由于贮液罐之间连通管道较多, 框架kj- 2, kj- 3 的平面内未布置柱间支撑。
搅拌器设计荷载: 重力w1 为90 kn, 动扭矩t 为30 495 n*m; 搅拌器输出转速f 为56 r/ min; 搅拌器电机功率p 为90 kw。
二、原因分析当设备旋转时, 支架结构将随之旋转振动。
文献[ 3] 规定: 动力设备置于钢平台上时, 应按专门规定进行结构动力计算。
结合本文实例,如果楼盖为刚性, 在力矩t 的作用下, 楼层整体绕刚度中心产生旋转振动, 楼层整体形状保持为矩形不变( 见图3) 。
支架四周均设置了柱间支撑, 由于柱间支撑水平刚度很大, 其受支撑平面内的水平力作用时, 水平振幅趋于零, 相当于刚性填充墙,所以楼层转角趋于零。
在实例中, 根据设计的钢楼盖构造, 楼盖应为弹性, 在力矩t 的作用下, 楼层整体绕刚度中心产生旋转振动时, 楼层整体形状将随之改变( 见图4) , 即使转角趋于零, 边缘框架水平振幅趋于零( 边缘框架有柱间支撑) , 水平刚度较小的kj- 2、kj- 3 仍有较大振幅, 因此仍应考虑旋转振动的影响。
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0
0.64
0.26
0.17
01..0131
测点2
测点3
测点4
测点5
蓝线表示工况Ⅰ：正常生产（吊车未行驶） 红线表示工况Ⅱ：吊车空车运行,大车、小车往复运行
加固前后在天车荷载作用下平台水平位移测试结果(mm)
位移(mm)
25 23.14
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10
5 3
0 测点2
2.1 测点3
01..127 测点4
1、位移的允许值
(1)R.WESTWATER
普通建筑物
0.067mm
强度特别好的建筑物 0.135mm
(2)A.G.REID
设备和基础结构
0.406mm
可以有轻微受害的场所 0.406mm
住宅和建筑物
0.203mm
教堂、旧纪念馆
0.127mm
2、振动速度允许值 (1)E.BANIK 建筑物基本没有损坏 轻微损坏 损坏较大 损坏严重
(二)武钢炼铁厂7#高炉
武钢炼铁厂七号高炉由武汉钢铁设计研究院设计，于 2004年10月15日破土动工，2006年6月28日投产，总投资 12.98亿元，占地面积15.67万平方米，有效容积3200立方 米，是完善炼铁与炼钢、轧钢生产能力相配套的工程，设 计日产达7360吨。
武钢炼铁厂7#高炉投产后发现在高炉上部天车运行时吊 车梁所在平台与高炉除尘下降管道振动较大，为掌握吊车 梁所在的平台结构和下降管的振动情况、寻找引起振动的 主要原因，并为减少振动所采取的处理措施等提供技术依 据，对其振动位移幅值与频谱特性进行测试。
建筑物受到振动影响大小主要与如下因素有关： 1.振源的振幅和频率； 2.振源至建筑物的距离和振动传播介质的特性； 3.建筑物类型和陈旧程度； 4.建筑物整体及各部分构件的响应特性。
德国允许振动的标准(DIN4150)
美国建筑结构安全极限的标准
ISO推荐的建筑振动标准
日本烟中元弘归纳的建筑物振动允许界限
平台结构最大振动幅值测试结果（mm）
最大振幅
测 测试
点 项目 工况Ⅰ：正常生产 工况Ⅱ：吊车空车运行,
（吊车未行驶）
大车、小车往复运行
2 横向
0.64
3 水平
0.26
位移
4
0.10
23.14 16.02 0.17
5
0.03
1.11
位移(mm)
平台水平位移测试结果(mm)
25 23.14
20
15
16.02
12.11 测点5
(三)武钢烧结厂203转运站
▪ 203转运站2005年建成投产，该转运站为10层四柱组成的规 则混凝土框架结构，纵横向柱距均为9m，结构高度约50m， 框架柱在29m处截面由900×900变为700×700，从地面到 标高39m基本未设置楼板，在标高39m平台布置混-205皮带 机(南北向)，标高42.2m平台布置混-204皮带机(东西向)， 两皮带机呈90度布置，具体标高39m和标高42.2m结构平面 图。该转运站建成后发现在混-205皮带机、混-204皮带机启 动和停止运行时，结构振动明显，为保证结构安全，2006 年6月设计单位提出了沿框架四周全高设置钢支撑，但厂方
1
2
7
8
1 2 7
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1-5水平横向传感器 6-7水平纵向传感器 8竖向传感器
1-4水平横向传感器 5-7水平纵向传感器 8竖向传感器
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图1 吊车梁平台测点布置图
4 5
图2 除尘管道测点布置图
测试工况
▪ 工况Ⅰ：正常生产（吊车未运行）； ▪ 工况Ⅱ：吊车空车运行,大车、小车往复运行。
1
2
A 700×700柱 300×800梁 700×700柱 9000
1
2
39.000平面
图1 皮带机作用平面结构图
42.200平面
将拾振器双向布置在框架柱变截面标高处(29.0m)、皮带机 位置标高39m和标高42.2m处。皮带机的启动对转运站来讲 是典型的冲击激励，在此激励下结构出现比较典型的强迫振
3.7
东西向位移
3.2
南北向位移
4.9
南北向位移
3.5
东西向位移
3.0
峰峰值(mm) 8.6 7.8 6.0 9.1 7.0 5.6
加固方案
▪ 转运站结构变形的主要途径是增大结构的刚度，而增大结 构刚度一般有两种途径：增大结构构件的截面和采用刚度 更大的结构形式(原来增设钢支撑的加固方案也属此类)。 根据以上思路提出如下两种加固方案：
(2)E.J.GRANDELL 损坏的危险范围 损坏发生 3、加速度允许值 (1)E.BANIK 安全范围 开始引起损坏
5m/s 10m/s 50m/s 1000m/s
>84m/s >119m/s
0.102g >1.02g
1990年《机器动荷载作用下建筑承重结构的振动计算 和隔振设计规程》YBJ55-90的规定
建筑结构振动或晃动工程实例
▪ (一) 前言 ▪ (二) 武钢炼铁厂7#高炉 ▪ (三) 武钢烧结厂203转运站 ▪ (四) 鄂钢4号高炉斜桥 ▪ (五) 武钢一炼钢CD跨 ▪ (六) 小结
(一) 前言
建筑物所受到的振动主要是来自设备、建筑施工及交通 的影响，主要表现为墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝、基础 变形或下沉等，严重的甚至倒塌。
计算结构加固方案
▪ 方案一： ▪ 框架柱：沿全高外包钢筋混凝土，混凝土强度等级C35，
加固后的柱截面尺寸均为1100mm×1100mm。 ▪ 框架梁：外包钢筋混凝土，混凝土强度等级C35，加固后
尺寸为400mm×1000mm。 ▪ 方案二：
▪ 在框架四面沿全高度各层梁柱之间形成带洞口的钢筋混凝 土墙，墙厚400mm。洞口尺寸：6500mm×3500mm。
反映采取措施后振动并未明显减小。
9000 300×800梁 300×800梁
9000 300×800梁
混204皮带机中心线
300×800梁
B
700×700柱 300×800梁 700×700柱
B
700×700柱 300×800梁 700×700柱
混205皮带机中心线
头轮中心线
电机中心线
A 700×700柱 300×800梁 700×700柱 9000
动特点，属有阻尼的简谐振动，从结构开始接受冲击到振动
达到最大值、再到振动衰减到正常状态的时间大约在6～9秒 之间，有比较明显的振动增大和衰减段。
各测点最大位移测试结果
测区 1＃ 1＃ 2＃ 2＃ 3＃ 3＃
测点标高 42.0m 39.0m 29.0m
测试项目 单峰值(mm)
南北向位移
4.6
东西向位移