安装于既有双层建筑屋面的机电设备减振结构及设计方法与流程

本发明涉及设备安装，具体涉及安装于既有双层建筑屋面的机电设备减振结构及设计方法。

背景技术：

1、传统机电设备在屋面的安装方式包含落地式和吊挂式两种方式：(1)落地式：在屋面楼板上方设置设备基础，基础顶标高高于屋面建筑面层顶标高，再将机电设备在基础顶部进行固定安装；(2)吊挂式：在上层结构下方设置吊挂夹层(或吊架)，利用吊挂夹层(或吊架)承托机电设备重量。

2、当采用落地式进行设备安装时，由于既有屋面建筑做法(包括防水层)已经施工完成，新增机电设备基础需破除已有建筑面层后方可在结构楼板上植筋，破坏了既有连续设置的防水层。在浇筑完新做的机电设备基础后再后补的防水层通过搭接方式与原有防水层进行连接，增加了若干新老防水层间的拼缝，导致后补的防水层其防水效果显著差于原有连续设置的防水层。并且大型设备平面面积较大，故采用落地式时对下层屋面使用面积占用大，影响使用。

3、当采用吊挂式进行设备安装时，在上层金属屋面底部新增吊挂层固定机电设备后，由于金属屋面层无混凝土板，其钢结构也较轻，故在机电设备运行过程中，金属屋面层比较容易受其影响而产生较大振动。金属屋面板材常通过螺栓、螺钉等方式进行固定，在长时间频繁振动影响下容易造成螺栓或栓钉脱落，继而引起屋面板材脱落，产生安全隐患。

4、传统的机电设备减振方法为采用减振吊钩、减振垫、减振弹簧，其中：减振吊钩仅适用于轻型设备吊挂；减振垫和减振弹簧均利用弹簧形成往复振动行程，依靠阻尼装置耗散能量，当机电设备和减振系统发生共振时将导致减振系统失效。随着建筑节能工作的不断深入，采用变频机电设备成为节能降碳的常用技术之一，对于变频机电设备而言，转速会根据不同使用阶段的需求而变化，其工作频率多变，故存在机电设备与减振系统发生共振的可能性，具有减振失效的风险。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种安装于既有双层建筑屋面的机电设备减振结构及设计方法，解决了既有双层建筑屋面在不破坏防水层、不产生较大振动的前提下安装机电设备的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种安装于既有双层建筑屋面的机电设备减振结构，包括既有双层建筑屋面，在既有双层建筑屋面内部通过吊挂组件吊挂有机电设备，机电设备下方通过减振组件连接在既有双层建筑屋面内；既有双层建筑屋面包括上屋面层和下屋面层，上屋面层为无混凝土板的轻型屋面，下屋面层为有混凝土板的重型屋面；所述吊挂组件包括吊杆、水平层和抱箍，所述机电设备放置在水平层上，水平层通过吊杆连接在抱箍下方，抱箍安装在用于支撑所述上屋面层的结构梁上；所述减振组件包括拉接件和重物，重物放置在所述下屋面层上，重物与所述水平层间通过多根拉接件连接。

4、优选的，所述下屋面层包括结构梁、结构楼板和建筑做法层，建筑做法层设置于结构楼板上方，所述重物放置在建筑做法层上方，建筑做法层包括底层和表层，底层为防水保温层，表层包括面层、保护层和找平层，表层材质为细石混凝土、素混凝土、钢筋混凝土和砂浆。

5、优选的，在所述表层顶面设置有顶面凹槽，所述顶面凹槽外轮廓比所述重物外轮廓大5～20mm，顶面凹槽与重物侧面间隙采用填缝料填实。

6、优选的，在所述机电设备与所述水平层间设置有减振垫或减振弹簧。

7、优选的，所述重物形状为立方体、圆柱体、环状体、锥形体，在重物底面中部区域设置有底面凹槽。

8、优选的，所述拉接件为拉索或刚性杆；所述拉接件为刚性杆时，拉接件形状包括圆管、方管、角钢、槽钢、工字钢、t形钢和圆棒，拉接件材质包括钢铁、不锈钢、混凝土、铝合金、铜、陶瓷和复合材料。

9、一种安装于既有双层建筑屋面的机电设备减振结构的设计方法，所述重物重量g3不小于1.3倍多根拉接件的拉接件预紧力竖向分力pi,v与1.5倍多根拉接件的附加索力竖向分力δpi,v之和，即：

10、g3≥1.3∑(pi,v)+1.5∑(δpi,v)；

11、为保证选定重量的重物在减振过程中不发生滑移，则重物所受的各类水平拉力之和不应小于最大静摩擦力，即：

12、1.5∑(pi,h)+1.5∑(δpi,h)≤μ[g3-1.3∑(pi,h)+1.5∑(δpi,h)]；

13、当所述拉接件为拉索时，为保证所述拉索始终张紧连接在所述重物与所述机电设备之间，则拉接件预拉力pi不小于1.5倍的附加索力δpi，附加索力δpi为机电设备在运行时对拉接件产生的拉力，即：

14、pi≥1.5δpi。

15、优选的，多根所述拉接件上端分散连接在所述水平层底部、下端汇聚连接在所述重物顶面一点。

16、优选的，多根所述拉接件上端分散连接在所述水平层底部，多根拉接件下端分散连接在所述重物顶部周边或侧面周边。

17、优选的，多根所述拉接件上端分散连接在所述水平层底部，相邻两根拉接件间交叉布置，多根拉接件下端分散连接在所述重物顶部周边。

18、本发明中，由于上屋面层为轻型屋面，质量小，故机电设备振动容易带动上屋面层显著振动。下屋面层质量大刚度大，利用拉接件连接水平层和放置在下屋面层的重物后，原本输入上层轻型屋面层的振动能量被下层重型屋面层分担，可显著减小上层轻型屋面层的振动；下屋面层质量大，分担振动能量的能力强，故振动轻微，不影响使用。因此使用该结构，无论上屋面层还是下屋面层，振动幅度均可控。计算方法确定了拉接件预拉力pi、重物重量g3、重物与水平层底部间的间距h以及拉接件的布置和连接形式，为机电设备减振设备的广泛应用提供了理论基础。

19、本发明的工作原理可基于以下2种方式进行理解：

20、(1)从能量的角度理解：当直接将机电设备通过吊挂组件吊挂于上屋面时，机电设备振动输入能量转化为上屋面层、机电设备、吊挂组件共同振动的动能；当通过拉接件将吊挂组件与重物相连后，当重物与下屋面层始终未脱开时，重物和下屋面层将与其上部的上屋面层、机电设备和吊挂组件共同运动，由上述5者共同分担机电设备振动输入能量。由于下屋面层为有混凝土板和建筑做法层的重型屋面，质量显著大于其余部分，故将显著增大振动体质量。由下述公式可知，在能量一定的情况下，质量越大，速度越小，故可显著减少整体振动。

21、

22、(2)从振动方程的角度理解：假设振动输入为正弦波激励psinθt，p为激励荷载幅值，则单自由度有阻尼振动体系在达到共振时的振幅可由下式表示：

23、

24、其中k为振动体系刚度，ζ为阻尼比。可见，当阻尼比和激励荷载幅值一定时，刚度越大，振幅越小。轻型屋面的刚度较小，重型屋面的刚度较大，当通过拉接件将吊挂组件与重物相连后，显著增大了振动系统的刚度k，从而可显著减小振幅a。

25、可见，采用本发明技术后，原本输入上层轻型屋面层的振动能量被下层重型屋面层分担，可显著减小上层轻型屋面层的振动；下屋面层质量大，分担振动能量的能力强，故振动轻微，不影响使用。因此使用该结构，无论上屋面层还是下屋面层，振动幅度均可控。

26、需注意，“减震”和“减振”是两类不同的需求。由于由机电设备运转产生的振动激励通常小于地震激励，故通常可将重物直接置于建筑面层顶部，仅依靠重物底部与建筑做法层顶部的摩擦力抵抗水平“振动”，但难于仅通过摩擦力抵抗水平“地震力”。此时，可在建筑面层的表层挖出顶面凹槽，将重物置于顶面凹槽内，依靠重物侧面与顶面凹槽侧面的直接接触，将地震力传递给下屋面。为便于施工过程中放置重物，可在挖出顶面凹槽时使其外轮廓比重物大5～20mm，将重物放置妥当后，再将顶面凹槽与重物侧面间隙采用填缝料填实。

27、通常地，建筑做法层的表层厚度多为80～200mm，故重物放置于顶面凹槽后，其表面将突出顶面凹槽。若利用板状物体作为重物，则可使顶面凹槽深度与板状物体高度相同，这样，将重物放入顶面凹槽后恰好与地面平齐，或在重物上表面回填表层材料使其与周边既有屋面建筑做法平齐，为本区域继续发挥建筑使用功能创造条件，提高本技术的适用性。