3.4 结构动力分析
3.4.1 煤炭工业的主要动力设备可根据其转速划分为低频、中频和高频三类，转速小于400r/min为低频设备，转速大于2000r/min为高频设备，其余为中频设备。
3.4.2 振动筛动力计算应符合下列规定：
1 计算振幅或振动速度时，应采用振动荷载与振动荷载效应的标准组合。
2 计算振动内力时，应采用振动荷载与振动荷载效应的基本组合。
3 旋转设备和振动筛的振动荷载计算值可按下式计算：
Fc＝KdF (3.4.2)
式中：Fc——设备的振动荷载计算值(kN)；
F——设备的振动荷载标准值(kN)，该值应由设备厂家提供；
Kd——设备动力超载系数，可按表3.4.2采用。
4 对于钢筋混凝土结构构件，中频和高频设备的振动荷载计算值尚应分别计入长期动力作用的疲劳影响系数1.5与2.0。
3.4.3 当设备操作人员在8h内间歇地受同强度的稳态振动时，操作区的最大振动速度应按下式计算：
式中：v——计算最大振动速度(mm/s)；
αt——允许速度修正系数，可根据每班累计受振时间t，按图3.4.3确定，若有经验时可适当提高；
[v]——每班连续8h受稳态振动的操作区的允许振动速度(mm/s)，可按表3.4.3采用。
3.4.4 每班在操作区内的累计受振时间t，应按下式计算：
式中：t——累计受振时间(h)；
ti——第i次受振时间(h)；
n——每班内在操作区停留的次数。
3.4.5 承重结构的动力计算应按下列顺序进行：
1 确定在不同工作状态下由设备产生的动力荷载；
2 选择结构构件的计算简图；
3 计算结构的自振频率并确定结构的振型；
4 计算结构的振动速度和位移；
5 确定结构内力的幅值(弯矩、剪力)，并进行构件承载力计算。
3.4.6 计算结构的强迫振动时，钢筋混凝土结构的阻尼比ζ可取0.05，钢结构的阻尼比ζ可取0.03。
3.4.7 钢筋混凝土肋形梁的截面(弯曲)刚度，可按下式计算：
式中：B——梁的刚度(N·m²)；
Ec——梁的混凝土弹性模量(N/m²)；
I——梁的截面惯性矩(m4)。
3.4.8 现浇钢筋混凝土肋形楼盖中的梁截面惯性矩，宜按T形截面计算，其翼缘宽度可取梁的间距，但不应大于梁跨度的三分之一。
3.4.9 动力设备基座与梁有可靠连接时，宜计入设备基座对梁刚度的影响。
3.4.10 计算结构的自振频率时，楼盖和楼盖上的质量应按下列规定采用：
1 取结构和设备自身的全部质量；
2 楼盖上的临时质量和设备上的物料质量应按实际情况采用。
3.4.11 梁的自振频率，应按下列公式计算：
式中：i——频率密集区的顺序，i＝1、2、…；
fi1——梁第i频率密集区内最低自振频率(Hz)；
fih——梁第i频率密集区内最高自振频率(Hz)；
——梁上单位长度的均布质量(kg/m)，当有集中质量时，应按本标准第3.4.13条的规定计算；
l0——梁的计算跨度(m)；
φi1、φih——钢筋混凝土结构第i频率密集区的自振频率系数。对于两端铰支的单跨和等跨连续梁，其第一、二频率密集区的自振频率系数可按本标准附录B确定。
3.4.12 计算梁的竖向振动时，其自振频率计算值应按下列公式计算：
式中：fci1——梁第i频率密集区内最低自振频率计算值(Hz)；
fcih——梁第i频率密集区内最高自振频率计算值(Hz)。
3.4.13 当梁上有均布质量和集中质量时，应将集中质量换算成均布质量。对于单跨梁和各跨刚度相同的等跨连续梁，均布质量可按下式计算：
式中：mu——梁上单位长度的均布质量(kg/m)；
mj——梁上的集中质量(kg)；
j——集中质量数，j＝1、2、…、n；
n——集中质量总个数；
kj——集中质量换算系数，可按本标准附录C采用。
3.4.14 计算结构的水平振动时，宜采用空间结构分析程序进行计算分析；当条件不具备时，亦可按单榀框架进行计算分析，计算简图可按下列规定选取：
1 可将厂房结构按框架划分为若干个彼此独立的计算单元；
2 可以采用与楼盖和屋盖数目相应的自由度体系。
3.4.15 梁的垂直振动位移和速度及建筑物结构的水平振动，可按有关规范、规程进行计算，计算时可不计入两者之间的相互影响。
3.4.16 对承受动力荷载的结构，当其自振频率或振动位移(计算振幅)满足下述条件时，可不进行动内力计算，但应按动力系数法对结构进行静力计算：
1 梁第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的振动频率；
2 梁与柱的最大振动位移扣除支座位移后不超过自身长度的1/40000。
3.4.1 苏联《动载荷机器作用下的建筑物承重结构设计与计算规范》(
-200-54)(以下简称苏联《动规》)将机器按三种方法分类：即机器运动部件的运动方式、扰力大小及频率，另外，还有按机器其对基座振动的敏感性划分的等级。我国冶金、有色金属行业标准《机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规程(试行)》YSJ 009-1990(以下简称冶金行业标准《动规》)是按机器对基座振动速度的要求分类。选煤厂的主要动力设备，可按表2分类。
本标准采用按频率对机器分类，原因是：经验表明在选煤厂常用的动力设备中影响楼面垂直振动的是中频率机器，而影响厂房水平振动的是低频率机器，按照频率进行动力设备分类，对合理布置动力设备及合理确定支承构件(骨架)的刚度以减小楼面(或厂房)的振动是至关重要的。
此外，选煤厂常用动力设备中，有些设备的运动部件的运动方式较为复杂，不是苏联《动荷载机器作用下的建筑物承重结构设计与计算规范》-200-54表1机器按其运动部件的运动方式分类所能概括的，如斜轮分选机和卧式振动离心机，前者运动部件绕斜轴转动，后者既有横轴旋转运动，还有前后往复运动。还有些设备其扰力并非由设备运动构件的运动所产生，而是由设备内部物料运动所产生的。目前常用的振动较大的选煤设备出厂时均带有弹性支承系统，其扰力可直接由该弹性支承的刚度与其相应的变位相乘而求得，从而避开了上部机构的运动方式。选煤厂设备对其基座的振动均属不敏感范畴。
3.4.2 动力设备产生的振动荷载标准值应理解为符合设备使用技术要求的正常状态下设备所引起的惯性力的参数值，以在制造厂试验中设备的相应特性平均值作为振动荷载标准值。该值应采用设备制造厂提供的数据。
动力设备的振动荷载计算值的确定是对振动荷载标准值乘以设备动力超载系数Kd，此系数是考虑到设备实际参数对其标准值偏离的可能性，以及因在使用过程中工作状态的改变、轴承间隙加大、零件磨损、有杂物等原因所引起这些参数的明显变化。公称均衡的机器中会出现于平均值偏差很大的参数，特别是旋转质量的偏心率。主要动力设备的动力超载系数在表3.4.2中给出。对具有试验数据的某些类型设备，允许采用试验得到的动力超载系数。
本次修订做了彻底修改，“扰力”全部改为“振动荷载”，本条只适合振动筛振动荷载计算，通风机、电机等旋转设备不完全适合，详见国家现行标准《建筑振动荷载标准》GB/T 51228-2017和《火力发电厂土建结构设计技术规程》DL 5022-2012，钢筋混凝土结构构件除了计入超载系数4.0外，高频设备还应考虑钢筋混凝土疲劳影响系数2.0。明确荷载组合的规定，即与现行其他与振动有关的标准协调，又照顾过去的经验。
3.4.3、3.4.4 通过对正在使用的厂房和构筑物进行大量的振动观测，以及建筑结构振动时的强度进行计算表明，在选煤厂中大多数情况下必须减小在其上有人的结构振动速度，这是根据振动对人体的生理影响而确定的，而并非由于振动对结构强度的影响和设备基座的允许振动限值所致。
选煤厂常用设备对其基座的振动均属于不敏感范畴。设备基座的允许振动速度一般都在10mm/s～12.6mm/s，在满足振动对人体的生理影响而确定的允许振动限值时，一般均能满足设备基座允许振动限值，故在本章中未给出设备基座允许振动限值，仅给出了操作区的允许振动限值。
操作区的允许振动限值是以操作人员的健康不受损害、正常工作不受影响为依据确定的。在以往的选煤厂振动厂房的设计中，楼面的允许振动速度一般都采用[v]＝6.4mm/s，未考虑在一班内受振动时间的长短和振动强度变化等因素，在本标准编制过程中，我们依照多年来的设计经验和计算、实测数据，参考冶金行业标准《动规》中的有关规定，综合考虑操作人员在8h内间歇受振时间等因素，给出了操作区的允许振动速度和允许速度的修正方法。这样比以往采用定值设计更趋于合理。但在确定允许速度修正系数时，作用于操作人员的振动时间应当以统计数据为依据。
3.4.5 条文中设备“不同工作状态”是指设备正常运转工作状态和停车工作状态。停车工作状态包括停车过程中设备自身的共振状态与设备和结构的共振状态两种情况。就设备启动和停车两种工作状态而言，启动过程比停车过程所需时间短得多。所以，停车状态比启动状态更为危险。因此，本条的设备不同工作状态不包括启动工作状态。
3.4.6 参考国内外有关技术统计资料，在中等应力状态下，现浇钢筋混凝土结构的阻尼比取0.05，钢结构的阻尼比取0.03是可行的。
3.4.7～3.4.9 在计算梁的截面惯性矩时，若板上在梁的一侧开有较大的孔洞，则可按倒L形截面计算；若在梁的两侧均开有较大的孔洞，则可按矩形截面计算。有的设备基座较大，并沿承受设备的梁呈条形布置且与梁是刚性连接的(如振动筛高架基座和跳汰机基座等)，此时，设备基座对梁的刚度影响甚大，如果计算中忽略设备基座对梁的刚度影响，则梁的自振频率的计算值和实际值将会出现相当大的偏差，致使动力计算失去意义。因此，当设备基座与梁有可靠连接时。宜考虑设备基座对梁的刚度影响，以减小自振频率的计算误差。
3.4.10 楼盖上的临时质量是指楼面活荷载的质量。第2款规定“楼盖上的临时质量和设备上的物料质量应按实际情况采用”，是为了尽可能将梁的自振频率计算值更加准确而制定的。
3.4.11 本条给出的是楼面梁的自振频率的计算公式，对于楼盖的自振频率可按现行冶金行业标准《机器动荷载作用下建筑物承重结构的振动计算和隔振设计规程(试行)》YSJ 009-1990的规定计算。
3.4.12 一般来说，当确定承受周期荷载结构的自振频率时，建筑结构的原始数据(计算简图、荷载、杆件及其连接的刚度、质量等)精度均不是很高，而由此确定的自振频率也就可能产生偏差。同时，结构在简谐荷载作用下共振或接近共振时，计算结果对所计算动态体系特征的微小变化均非常敏感，甚至自振频率的微小变化都可大幅增大或减小振幅。因此，本条以频域的方法来考虑在自振频率中可能存在的偏差。参考国外的有关资料，对钢筋混凝土肋形楼盖中的主梁和次梁等构件，计算频率的可能误差ε取0.30。
3.4.13 采用“能量法”将集中质量换算成均布质量时，对于同时具有均布质量mu和集中质量mj的梁，假定其振型曲线Z(x)与具有均布质量
梁的振型曲线相同。
当仅有均布质量
时，体系的自振圆频率为：
当既有均布质量mu，又有集中质量mj时，体系的自振圆频率为：
令两者的自振频率和振型相同可得：
上述公式是按单跨梁推导的，关于连续梁上的集中质量换算成均布质量，其原理与单跨梁相同。
本标准附录C中的kj值是按照上述原理，根据现行国家标准《多层厂房楼盖抗微振设计规范》GB 50190-93和苏联《动规》中的有关数据整理而成。
3.4.14 设有众多不同类型的大型动力设备的多层厂房，其结构振动是十分复杂的，这种复杂性一方面来自振源，另一方面也来自结构本身。本标准的编制只能以现有研究成果、设计总结及对选煤厂各种振动问题的处理经验为依据，因此，本条在结构振动计算上，当条件不具备时仍允许沿用平面振动的计算模型。
3.4.16 本条第1款的频率条件使构件避开了共振和接近共振的状态，就是在启动和停车时也不会出现通过构件共振区的情况。此时，在动力荷载作用下结构将不会产生过大的动内力。第2款的振动位移条件，综合反映了动力计算实践和工业厂房振动研究的多年经验，结构按基本频率振动时符合足够的可靠性准则。所以，当结构符合本条的条件之一时，可不做动内力计算，仅需将重物或设备的荷载乘以动力系数后按静力计算进行，这样对结构的承载能力是同样可以保证的。
- 上一节：3.3 结构静力分析
- 下一节：3.5 构造要求
