6.3 微振动验算
6.3 微振动验算
6.3.1 微振动验算应符合下列规定：
1 有防微振要求的厂房及实验室的下列部位宜进行防微振验算：
1)地面结构；
2)工艺层楼盖；
3)独立基础。
2 微振动验算应针对下列振动影响分阶段进行：
1)环境振动；
2)动力及工艺设备振动。
3 微振动验算应符合下列规定：
1)需进行微振动验算的结构应整体实体建模。
2)天然地基、桩基及人工复合地基的地基动力特性参数应现场试验确定；当无条件时，可按现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB 50040的有关规定采用；当无条件测试时，阻尼比可按本款第4项取值。
3)地面结构周边回填土对地基刚度的影响可按现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB 50040的有关规定采用。
4)地基土的阻尼比宜取0.15～0.35，钢筋混凝土结构的阻尼比宜取0.05，钢结构的阻尼比宜取0.02，钢与混凝土组合结构的阻尼比宜取0.035。
5)基础影响深度范围内的土层应作为计算深度。
6)计算活荷载的影响。
7)对结构进行模态计算和响应计算，其中模态分析有效振型数量宜按结构总体振型质量参与系数不小于95％进行取值。
8)环境振动影响的验算以实测最不利的振动记录作为计算的输入荷载，样本时间长度不宜少于60s。
4 分析模型的建立应符合下列要求：
1)明确防微振设计方案，对地面结构和工艺层结构进行计算模型简化。当工艺设备层与建筑物主体结构有连接时，结构计算模型应包含主体结构；
2)根据设计方案设置几何参数；
3)合理选择物理参数；
4)根据工程地质勘察报告确定黏弹性边界约束条件。
5 振动影响验算的响应值应符合下式要求：
式中：R——结构中心点或特征点的振动响应值；
[R]——精密设备及仪器的容许振动值。
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6．3．1本条是对微振动验算的规定。
1地面结构主要指厚板式钢筋混凝土地面。考虑底部和周边的支承条件，基础影响深度范围内的土层应作为计算深度。
2微振动验算可分成三阶段进行。
第一阶段为环境振动作用下，通过验算确定建筑结构的整体防微振方案。
第二阶段为建筑物内动力设备和工艺设备振动作用下，通过验算确定结构的详细设计参数。
第三阶段为建筑物内动力设备和工艺设备振动作用下，通过验算确定动力设备和工艺设备局部隔振设计参数。
图2为电子工业厂房防微振辅助分析验算流程图。
图2电子工业厂房防微振辅助分析验算流程图
3考虑到这类厂房通常采用厚板(华夫板)结构，不应过于简化成杆单元进行模拟计算，而应根据结构受力特性、生产和试验数据等，对结构进行适当简化，尽量采用梁、壳、实体单元相结合的方式进行有限元建模分析，而且要对不同单元连接方式进行处理，以保证自由度传递连续。
现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB50040中地基土的阻尼比取值偏小，本规范适当提高至0．15～0．35。
由于该类厂房地基土通常会进行人工处理(桩基或复合地基)，有限元建模时底板下需要有支承条件，应该考虑土层的影响，才能进行正确的有限元数值仿真计算。而且对于土层边界条件采用完全弹性、完全黏性或黏弹性方式，需要结合实际工程地质勘察报告进行设定。
计算活荷载的影响，主要指工艺层设备布置活荷载的影响，要在有限元建模时加以考虑。
总体振型质量参与系数不小于95％时，计算结果既能包含结构的整体阵型，又能反映出结构部分薄弱处的局部阵型，基本满足模态分析有效振型数量的要求。
4梁、柱、墙截面与孔洞几何尺寸(圆形变方形或矩形变方形等)的变化，均可在方案的模型计算过程中进行简化。
当主体结构的支承柱与工艺平台周边设缝时，可仅对工艺平台进行建模振动影响计算；否则应对整体结构进行建模计算。
几何参数可包括假定参与计算的土层边界尺寸，结构的长、宽、高，主要梁、柱、板的截面尺寸，也包括柱间距、斜撑截面及位置，对于大型动力设备或工艺设备，需要其质心位置和结构外轮廓尺寸。
物理参数可包括各参与计算结构对应材料的弹性模量、密度、强度标号、配筋率等。
6.3.2 受环境振动影响的微振动应符合下列公式要求：
式中：RhV——结构中心点的竖直向振动响应；
RhH——结构中心点的水平向振动响应；
KV——竖直向的动态影响系数。KV＝0.4～0.6。该系数与动力设备数量和布置有关。当设备数量较多或距特征点位置较近时，KV取小值，反之取大值；
KH——水平向的动态影响系数。KH＝0.3～0.5。该系数与动力设备数量和布置有关。当设备数量较多或距特征点位置较近时，KH取小值，反之取大值；
[RV]——精密设备及仪器竖直向的容许振动值；
[RH]——精密设备及仪器水平向的容许振动值。
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6．3．2 在工程设计的方案阶段，应输入环境振动影响的实测场地环境振动记录进行有限元分析计算，得出响应值。验算位置为防微振工艺设备层平台或基础顶面的几何中心位置，即中心点位置，验算结果应满足式(6．3．2-1)及式(6．3．2-2)要求，式中系数取值KV＝0．4～0．6、KH＝0．3～0．5。该系数取值主要是根据电子工业厂房实际工程测试数据统计而得。
6.3.3 动力设备及工艺设备产生影响的微振动验算应符合下列规定：
1 应在所建立的实体模型上选取特征点，并应在单位荷载为1kN作用下计算其动力响应谱Rd；
2 特征点的振动响应按下列公式验算：
式中：RV——结构特征点的竖直向振动响应；
RH——结构特征点的水平向振动响应；
αV——竖直向已建同类工程的特征点动力响应系数；
RVS——已建同类工程特征点振动记录进行频域分析得到特征点的竖直向振动响应曲线；
RVd——建立已建同类工程有限元实体模型，在特征点上竖直向施加单位荷载P＝1kN，计算动力响应谱曲线；
αH——水平向已建同类工程的特征点动力响应系数；
RHS——已建同类工程特征点振动记录进行频域分析得到特征点的水平向振动响应曲线；
RHd——建立已建同类工程有限元实体模型，在特征点上水平向施加单位荷载P＝1kN，计算动力响应谱曲线；
η——已建同类工程和新建工程相似比系数，可按0.9～1.2取值；
RdV——结构特征点竖直向在单位荷载为1kN作用下的振动响应；
RdH——结构特征点水平向在单位荷载为1kN作用下的振动响应。
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6．3．3本条为动力设备及工艺设备影响的微振动验算的规定。本规范中的微振动验算方法是基于传递函数理论而建立的，具体计算方法说明如下。
根据设计方案，从数据库中寻找已建同类工程结构数据，通过对已建同类工程结构的实际测试数据，采用传递函数的方法，对于已建同类工程结构特征点A点处(如精密设备的安装位置)的实际响应，具有下式线性传递关系：
通过对已建同类工程结构进行有限元建模，并在A点施加单位荷载进行正弦波扫频，如果A点对应传递函数为ThA，A(wj)，则A点扫频响应具有下式线性传递关系：
对于已建同类工程结构而言，根据式(2)和式(3)可以推导获取相似谱，见下式：
对于新建工程结构而言，可以根据线性传递关系，采用下式进行计算：
同时仿照式(3)，可以对新建工程结构特征点B点(如精密设备的安装位置)建立单位荷载扫频函数，建立下式：
同理，根据式(4)，对于新建结构可建立下式：
进而，可得到式(8)。
根据相似性，可以假设，如果已建同类工程结构和新建工程结构的主体结构形式基本相似，配备的动力设备和工艺设备类别、数量、位置相似的特点，则可以近似建立起等效关系式，见下式：
式中：Rh,rA(wj)——已建同类工程结构实测A点频域响应；
Rh,fA(wj)——已建同类工程结构A点单位荷载扫频频域响应；
ThA,A(wj)——已建同类工程结构A点单位荷载扫频对应A点传递函数；
Ih,fA(wj)——已建同类工程结构A点单位荷载扫频荷载；
Fh,ri(wj)——已建同类工程结构真实的第i个荷载值；
ThA,i(wj)——已建同类工程结构A点第i个荷载对应响应传递函数；
Rb,rB(wj)——新建工程结构B点待求频域响应；
Rb,fB(wj)——新建工程结构B点单位荷载扫频频域响应；
TbB,B(wj)——新建工程结构B点单位荷载扫频对应B点传递函数；
Ib,fB(wj)——新建工程结构B点单位荷载扫频荷载；
Fb,ri(wj)——新建工程结构真实的第i个荷载值；
TbB,i(wj)——新建工程结构B点第i个荷载对应响应传递函数；
αA,j——已建工程结构特征点动力响应曲线系数；
ηj——已建同类工程结构和新建工程结构相似比系数，可按0．9～1．2取值。
其中，Rb,rB(wj)是本规范第6．3．3条中的RV或RH，αA,j是本规范第6．3．3条中αV或αH，它是已建同类工程结构特征点动力响应曲线系数，Rh,fB(wj)是本规范第6．3．3条中的RdV或RdH，Rh,rA(wj)是本规范第6．3．3条中的RVS或RHS，Rh,fA(wj)是本规范第6．3．3条中的RVd或RHd。
6.3.4 防微振工程各阶段振动验算的实测及评估应符合下列规定：
1 场地环境振动实测时，应通过测试获取拟建场地受周围环境振动影响的数据，作为输入荷载对微振动初步设计方案进行验算；
2 建筑物主体结构竣工实测及评估时，应通过对建筑物主体结构进行振动测试，对主体结构防微振体系进行评估，并应和计算结果进行对比分析，确认其有效性，为动力设备及工艺设备整体隔振方案提供设计依据；
3 动力设备及工艺设备运行实测及评估时，应通过对动力设备及工艺设备运行时的结构进行振动测试，对最终建成的结构防微振体系进行评估，并应和计算结果进行对比分析，确认其有效性，为动力设备及工艺设备局部隔振方案提供设计依据。
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6．3．4 本条旨在说明场地环境振动实测、建筑物主体结构竣工时实测及评估、动力设备及工艺设备运行时实测及评估这三个部分的实测和评估与各阶段振动验算之间的关系、目的以及其重要性。
