地下室柴油发电机组机座隔振方案分析和选用

第２２卷第３期结构工程师Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．３２０　　（巧年６月ＳｔｕｒｃｔｕｒｌａＥｎｇｉｎｅｅｒｓＪｕｎ．　　２《Ｘ拓地下室柴油发电机组机座隔振方案分析和选用蒋通张剑寒翁大根（同济大学，上海２《刀叩２）提要介绍了某办公楼备用柴油发电机组在机座隔振方案分析过程中所遇到的难点问题及其解决方法，以结构有限元分析程序ＳＡ凡（Ｘ旧为工具，针对不同的隔振方案进行了计算分析和时比研究，并从中选择出综合隔振效果最佳的隔振方案。关键词柴油发电机组，振动分析，隔振垫，隔振方案ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＢａｓｅ・ＩｓｏｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆａＤｉ　　　　　　ｅｓｅｌＧｅｎｅｒａｔｉｎｇｓｅｔｉｎａＢａｓｅｍｅｎｔＪＩＡＮＧＴｏｎｇＺＨＡＮＧＪｉａｎｈａｎＷＥＮＧＤａｇｅｎ（Ｔ　　　　　　　　　　Ｏｎ街ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｙｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２侧１旧２）ＡｂｓｔｒａｃｔＳｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂａｓｅ一ｉｓｏｌｔａｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆａｄｉｅｓｅｌｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｓｅｔｉｎｔｈｅｂａｓｅｍｅｎｔｏｆａｎｏｉｆｃｅｂｕｉｌｄｉｎｇａｅｒＰｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓＰａｐｅｒ．Ｓｅｖｅｌａｒｂａｓｅ一ｉｓｏｌｔａｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓａｒｅａｎ吻ｚｅｄａｎｄｃｏｍＰａｅｒｄｕｓｉｎｇＳＡＰ２００ｓｔｆｏｗａｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅａｎ脚ｓｉｓｃｏｕｌｄｂｅｒｅｅｆｅｒｄｉｎｂａｓｅ一ｉｓｌｏａｔｉｏｎｄｅｓｉｎｇａｎｄｔｈｅｂａｓｅ一ｉｓｏｌｔａｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｔｈｅｂｅｓｔｅｅｆｃｔｃｏｕｌｄｂｅａＰＰｌｉｅｄｂｙｄｅｓｉｎｇｅｒｓｉｎｔｈｉｓＰｒｊｏｅｃｔ．ｅＫｙｗｏｒｄｓｄｉｅｓｅｌ罗ｎｅｒａｔｉｎｇｓｅｔ，ｄｙｎａｍｉｃａｎ祈５１５，ｒｕｂｂｅｒｉｓｏｌａｔｉｏｎｐａｄ，ｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ１概述构。柴油发电机组设置于地下室，其结构平面如图１所示，图中标明了发电机的位置。无隔振情　　　　随着国民经济建设的发展，在已建建筑物地况下发电机的设置如图２所示，图中标明了发电下室放置柴油发电机组的工程实例日益增多。发机、机座混凝土垫板、地下室底板以及地基土之间电机的振动可能导致建筑物上部结构振动以及周的位置关系。围建筑物的环境振动问题。本文介绍某已建办公上楼地下室设置柴油发电机组基础隔振方案的分析一－飞｝ｌｌｒ一弋竺二尸一门月－｛Ｉ甲刀二二二二匕习「一一一——－，．一ｒ下二１二二二〕—＿｝写和选用方法。原建筑为商住楼现改作办公楼，要二［口ｌ仁仁二址董正岌山巴ｒ求在地下室设置备用柴油发电机组。由于办公楼几口口［二Ｊ】１，于ｅｓｅｓ—－！，—Ｔ二一下几二刃万二－Ｊ，畔兰王三砰兰￣ｒ瓢及鲡二Ｔ｝ｌｒｏ一乙巴”日常使用对于环境振动要求较高，故需对柴油发己［口１０口！！「门｝｝！｝ｌ王！！匡瓜厂匹下〕一ｒＬ返上ｌ９电机组进行机座隔振处理。本文利用结构有限元｛）｝’｝）一｝卜］）１、，２一００〔一｝’」吕ｌ０吕卜５。分析程序ｓＡ咒仪旧〔’〕对不同工况下各种机座的隔！一．‘．厂｝’．昌藻振效果进行分析，并筛选出隔振效果最佳的隔振一，厂一＿＿＿＿１鑫习二已５沪洲育二》，　　｝　　」围方案。］「二习」巨）日吕］尸「【一１二二习一飞护厂万二口！　　　　二厅一（ｊ互１　　　　　　　　　　｛口Ｌｌ匕＿」日」【』　　　　　　｝下」「吕｝黔・黯１（习１ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　．月二】Ｃ二２工程概况及基本参数］口Ｕｌｌ１一〕｝１ＪＪ一］󰀀󰀀󰀀仁］一匕口匕Ｊ引ｌ１片一血１．下６ｏ６不骊已口Ｊ｝６５４。。一４｛光０｝８４。。５４０｝８４００磊｝｝｝三园一１生工程概况本工程主体结构高３６ｍ、局部高６０ｍ，地上８图１地下室结构平面图　　　　　　　　　　层高４．ｓｍ，地下１层，为钢筋混凝土框架结拟采用橡胶隔振垫作为柴油发电机组机座的．２层・结构分析・隔振层。隔振垫的布置考虑采用以下两种方式：方式１是将隔振垫布置在机器与混凝土垫板之间（图３）；方式２是将隔振垫布置在混凝土垫板与地下室底板之间（图４）。产（｝匕柴油发电机柴油发电机垫板地下室底板图２无隔振情况Ｆ　　１Ｌ柴油发电机柴油发电机垫板隔振垫地下室底板地基土图３隔振垫布置方式１Ｆ（　　　　ｔ）段柴油发电机集油发电机垫图４隔振垫布置方式２２．２计算参数发电机组激振频率．　　　　ｆ＝２５　Ｈｚ，质量ｍ二１００００ｋｇ。机座混凝土垫板厚度为２００ｍｍ，面积６　６Ｍ　２，质量Ｍｄ＝３０００ｋｇ。地下室底板厚５００ｍｍ，Ｃ３０混凝土、材料阻尼比为０．０５。地基承载力为８０ｋＮ／ｍ２，由动力机器基础设计规范ｔ２〕查得抗压刚度系数Ｃｚ＝１８０００ｋＮ／耐。材料阻尼比取场二结构工程师第２２卷第３期０．０５，根据建筑振动工程手册「’〕查得材料阻尼系数ｃ０＝．２ｋ．　　　　　　　　　坦０＝万立９０　　　２Ｃ．Ａ之刀　　　　　　　　　　　　　　－ＺＩｎＪ、辐射阻尼系数。二Ｐ长Ａ二丫万瓦诬，总的阻尼系数Ｃ．１１　｀　Ｃｏ＋。（式中，Ａ为底板与地基接触面积，Ｐ为地基质量密度，Ｖ，为纵波波速，Ｅ。为地基压缩模量）。２．３隔振垫参数　　　　目前，国内有多种类型的橡胶隔振垫可供选择，试采用以下两种进行分析对比：（１）　　　　　ｗ１一９０型橡胶隔振垫［］’：规格尺寸为４６０ｍｍ　ｘ２　４０ｍｍ　ｘ１　８ｍｍ、额定负荷９ｋ留ｃｍｚｃｍ、单位额定负荷下的自振频率大＝　１７．　５Ｈｚ、单位面积刚度为９００００Ｎ／ｍ／ｃ耐、阻尼比９，＝　０．　０７２。当隔振垫采用方式１时，所需面积，，＝１，”一・－，・，￣一、一’‘’“”咐￣’‘’一’．　９３ｍ＝１４４４ｅｍ＇（式中，１．３为计算隔振垫面积时的安全系数），选取２块标准隔振垫。当隔振垫采用方式２时，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．３（ｍ＋ｍ，、，・二，，所需面积Ａ２＝三＝共示一，．，，，￣１，、一‘９二１８７８ｃ耐，同样选取２块标准隔振垫。两种方式隔振垫刚度均为ｋ＝２　　　　　　　ｘ　２４　ｘ　４６　ｘ　９００００二１．　　　　　　　９９　ｘ１０８　　Ｎ／ｍ阻尼系数为Ｃ二－｝　　　　　　　２ｋ．＿　　　　ｋ田：　　　　　　Ｉ二二１叼ｚ｝　Ｓ　１（　　　　２）　ＪＧ４一７型橡胶剪切减振器［［５］（图５）　；ｄ＝２０ｍｍ，Ｄ＝２９０ｍｍ，　ｈ＝１３３　ｍｍ，额定负荷为１２６０ｋｇ，阻尼比Ｌ　：　０．　０７。当采用隔振垫方式１时，减振器个数ｎ，＝１２６０＝７．９，选取１０个、每个承载ｗｉｌ＝箫＝１００００Ｎ，查阅隔振设计手砂〕得自振频率为ｆ，　＝　６．２Ｈｚ，刚度为图５　　　　ＪＧ４一７型橡胶剪切减振器构造图１一连接件；２一橡胶；３一骨架　　　　　　　　阻尼系数为Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏｌ．　２２，　Ｎｏ．　３ｃ，＝甲‘‘：二二全Ｓ２２ｋ，　　　　　　　　　　　ｋ，田．　　　　　　　　ｌ们７：１　　　　采用隔振垫方式２时，选取１２个减振器而二５．　９５Ｈｚ，刚度为ｋ２＝（ｍ＋ａｎｄ）（２７ｒｆ，）’阻尼系数为ｃ：二，二９２＝下升若ｚ２ｋ，　　　　　　　　　　　ｋ，“二，‘７　　　　ｒｆ，２＇隔振方案及分析模型３．１隔振方案　　　　综上所述，根据隔振垫额定负荷要求选择的隔振垫设置基本方案为方案（１）：ＷＪ一９０型橡胶隔振垫２块（方式１，２）；方案（２）：ＪＧ４一７型橡胶剪切减振器１０个（方式１），ＪＧ４一７型橡胶剪切减振器１２个（方式２）。由于隔振垫刚度对隔振效果影响很大，为进行隔振效果对比，本工程除上述２种基本方案外，还考虑了减小隔振垫刚度的方案（２）和增加隔振垫刚度的方案（４）一（６），共计６种隔振方案，归纳如下：（１）Ｊ　　　　Ｇ４一７型橡胶剪切减振器；（２）　　　　　ＷＪ一９０型双层２块标准隔振垫；（３）　　　　　ＷＪ一９０型２块标准隔振垫；（４）　　　　　ＷＪ一９０型３块标准隔振垫；（５）ＷＪ一９０型４块标准隔振垫；　　　　（６）　　　　　ＷＪ一９０型５块标准隔振垫。隔振垫刚度从方案（１）到（　　　　６）按从小到大的次序排列。由于柴油发电机组有一定平面尺寸，用两块ＷＪ一９０型标准隔振垫支承发电机不现实，因此须将两块标准隔振垫裁剪成４块或更多。隔振垫的布置应使柴油发电机组刚心与质心重合，从而可确定作用点，同时避免机组回转振动的发生。（ａ）考虑地基作用图６计算模型Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ３．２计算模型的确定本工程地下室底板位于地基之上，同时还在　　　　柱网轴线处支承在桩基上、在边跨与地下室外墙连接。考虑到桩基与地下室外墙刚度较大，故在柱网轴线和边跨处的边界条件假定为固定。同时考虑到地下室底板有可能与地基脱离接触的可能，故在分析中按考虑地基作用以及不考虑地基作用两种情况分别进行对比分析。计算模型如图６所示。　　　　地下室底板采用壳单元进行模拟。考虑地基作用时（图６ａ），地基采用底板下的面弹簧以及节点处的阻尼器进行模拟。为简化计算，地下室底板分析模型按纵向４跨、横向５跨考虑。为检验计算结果的稳定性，将纵向４跨、横向５跨模型与纵向５跨、横向６跨的较大模型的动力分析结果进行对比，两个模型地下室底板的前１２阶自振频率计算结果如表１所示，可见两者颇为接近，在下文采用４　ｘ５跨模型进行动力反应分析。表１　　　　地下室底板自振频率比较《Ｈｚ）模态号考虑地基作用不考虑地基作用４ｘ５跨模型５　ｘ６跨模型４ｘ５跨模型５ｘ６跨模型１２４．５０８２４．３８１１５．３５９巧．１５５２２５．２７７２４．９０６１６．５５８巧．９８６３２５．３３９２４．９６４１６．６５３１６．０７６４２５．５２３２５．３科１６．９３１１６．６５９５２５．７４８２５．３６６１７．２６９１６．６９４６２５．８０９２５．６２２１７．３６０１７．０８１７２６．１００２５．７７８１７．７８９１７．３１４８２６．２３９２５．８３９１７．９９２１７．４０５９２６．２９６２５．８９２１８．０７５１７．４８２１０２６．６５１２５．９６１１８．５８９１７．５８４１１２６．６７５２５．９７５１８．６２２１７．６０６１２２８．１７２２６．０２２２０．７１０１７．６７５（ｂ）不考虑地基作用・结构分析・结构工程师第２２卷第３期无隔振模型时自振频率以及仅有底板时自振频率４计算结果分析的对比。从表２可以看出，当考虑地基作用时，隔振后模型的基本固有频率明显减小；当不考虑地４．１自振频率分析基作用时，隔振后模型的基本固有频率减小不很明显。考虑地基作用时无隔振模型的基本固有频　　　　利用以上计算模型计算各种隔振方案下机组率（２４．　４１１　Ｈｚ）和发电机激振频率（２５　Ｈｚ）十分接自振频率。表２所示为考虑和不考虑地基作用情近，而设置隔振垫模型的基本固有频率减小为况下时，采用隔振垫方案（２）模型时自振频率与１４Ｈｚ左右，已远离共振区。表２方案《２）模型自振频率比较《Ｈｚ）模态号考虑地基作用不考虑地基作用仅有底板无隔振隔振垫方式１隔振垫方式２仅有底板无隔振隔振垫方式１隔振垫方式２１２４．５０８２４．４１１１４．７５２１３．０１３巧．３５９１５．３５６１３．９４９１２．４７０２２５．２７７２４．６２１２４．５０９２４．５０９１６．５５８１６．５５８巧．３６６巧．３６３３２５．３３９２５．２７７２５．２７７２５．２７７１６．６５３１６．６２８１６．５５８１６．５５８４２５．５２３２５．３８５２５．３４３２５．３４４１６．９３１１６．９１５１６．６６９１６．６６４５２５．７４８２５．５５３２５．５２５２５．５２６１７．２６９１７．２６９１６．９４０１６．９３７６２５．８０９２５．７４８２５．７４８２５．７４８１７．３６０１７．３１１１７．２６９１７．２６９７２６．１００２５．８６７２５．８１４２５．８１７１７．７８９１７．７８９１７．３８０１７．３７５８２６．２３９２６．１００２６．１００２６．１００１７．９９２１７．９１４１７．７８９１７．７８９９２６．２９６２６．２４５２６．２４０２６．２４１１８．０７５１８．０１４１７．９９６１７．９９５１０２６．６５１２６．３７５２６．３０４２６．３０８１８．５８９１８．５１７１８．１０５１８．１００１１２６．６７５２６．６５７２６．６５３２６．６５３１８．６２２１８．６０２１８．５９２１８．５９２１２２８．１７２２６．７０２２６．６７７２６．６７９２０．７１０１８．９３９１８．６３１１８．６３０４．２参考点处的振幅据点分别与隔振方案（１）一（６）对应。？７值越小则表明隔振效果越明显。从图８可以看出各种工况　　　　如图７所示，取地下室底板上的１－４号点以下各参考点处刀的特点：及机器作为参考点，分别对考虑和不考虑地基作（１）机器的振幅比７　　　　７随着隔振垫刚度ｋ的增用时隔振垫布置方式１和方式２情况下以及６种大而逐渐增大，当ｋ达到一定程度后，刀可超过不同的隔振方案，计算柴油发电机组在单位激振１．０，表示机器振动将增幅。然后，在达到峰值后力作用下各参考点的振幅。假设设置隔振垫后的逐渐回落。因此，仅从机器振动考虑隔振垫刚度振幅与无隔振垫的振幅之比为刀，可通过对各种取得越小越有利。隔振方案刀的比较评价其隔振效果。　　　　（２）地下室底板机座中心点１处的振幅比７７仓－１．．巴二　在方案（２）的隔振垫刚度下达到最小值，然后随Ｉ盯　一￣￣　｝。ｎ一｛‘　。　一－！一　．丰　．着ｋ的增大而逐渐增大。而地下室底板其它点下：（０替１－：汀．一：丰　２，３，４处的振幅比７７也在某一刚度下达到最小值‘发电１２，；卜－二。丰卜．１后随ｋ的增大而逐渐增大。仔一山二。丰寸副．１』卜。．坏川（３）因此，　　　　要想选择一种使所有参考点和机器下一「．二孑１止里一・一一｝一．城！荆。・１１的振幅比刀均达到最小的最优隔振垫刚度是不可白白幽能的。综合考虑各参考点振幅比刀与隔振垫刚度ｋ　　　　图７参考点位置的关系，可认为ＷＪ一９０型双层２块标准隔振垫的　　　　图Ｓ中（ａ）一（ｄ）分别表示各种隔振方案下方案（２）能取得最佳隔振效果，不仅可保证地下室参考点１－４及机器的振幅比７７与隔振垫刚度ｋ底板各参考点振幅明显减小幼＝０．１一０．５），而且的关系。图中给出的从左到右随ｋ增大的６个数机器振幅也有明显的降低（７７　＝０．　２一０．６）０Ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏｌ．　２２，　Ｎｏ．　３１号点２号点３号点４号点ａ　０．　６Ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ‘・今．．・‘二呻洁龙ｖ－．１．４１．２１．０　　　　ｃ　０．　８０．６　　　　茸么，／０．４户、０．４　　　　０．２　　　　０　　　　　　一１号点２号点３号点４号点一庵一机器一一一」一　　１０　　　　　　２０３　　０ｋ（ｘ１０７Ｎ／ｍ）１．１ｒ＋Ｌ０１０　　　　　　２０３　　０ｋ（　　　　　　Ｘ１０７Ｎ／ｍ）户‘－４０　　　　（ａ）隔振垫布置方式１（考虑地基作用）（ｂ）隔振垫布置方式１（不考虑地基作用）１号点二０‘　　二２号点‘　　击，．．．３号点・平－１－－４号点一庵一＿，．，‘４，＿－／厂０．８　　　　奋众０｝０Ｒ．０ｔ．ｌ七０ｌ．厂‘古机器／０．６　　　　０．４　　　　０．２　　　　ｋ（Ｘ　１０？Ｎ／ｍ）（ｃ）隔振垫布置方式２（考虑地基作用）图８振幅比７１与隔振垫刚度ｋ的关系介　　　　　　　　　　　　　　　　　　０哎．Ｊ０４认、．．ｑ０ｄ０Ｚ．二’、．声／Ｖ　　０．１卜架。‘一一１１０／广不了“３　　０４０　　　　　　　５０占，刀刀２０　　ｋ（Ｘ１０Ｎ／ｍ）（　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｄ）隔振垫布置方式２（不考虑地基作用）电机组机座的隔振设计提供了理论依据。　　　　５结论参考文献　　　　（１）发电机组机座隔振垫刚度的选取对隔振效果起决定作用，考虑地基作用与不考虑地基作用以及隔振垫的布置方式１和方式２（图３、图４）１　　ＳＡＰ２００（〕分析参考手册．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，　Ｉｎｃ．　　　　Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，　Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，　ＵＳＡ．　２００４２中华人民共和国国家标准．动力机器基础设计规范　　　　（ＧＢ　５００４０一９６）．北京：中国计划出版社，１９９６３徐建．建筑振动工程手册．北京：中国建筑工业出版社，　　　　２００２则对振幅比刀影响不大。（　　　　２）通过对考虑地基作用与不考虑地基作用情况下不同隔振方案隔振效果的对比分析，得到如图８所示的各参考点处振幅比刀与隔振垫刚度ｋ的关系。综合考虑各参考点振幅比刀与隔振垫刚度ｋ的关系，采用ＷＪ一９０型双层２块标准隔振垫的方案（２）能取得最佳隔振效果。（３）本文分析结果为该工程的地下室柴油发　　　　４　　ｈｔｔｐ；／／ｗｗｗ．　ｋｄｘｓｚｐ．　ｃｏｍ／ｃ瞬．ａｓｐ５　　ｈｔｔｐ；／／ｗｗｗ．　ｋｄｘｓｚｐ．　ｃｏｍ／ｃ闪．ａｓｐ６中国船舶工业总公司第九设计研究院等．隔振设计手册．　　北京：中国建筑工业出版社，１９８６