謝偉平， 曾士文

(武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院, 湖北 武漢 430070)

隨著城市建設(shè)快速推進(jìn)，用電負(fù)荷不斷增長且城市用地逐漸緊張，附建式變電站應(yīng)運(yùn)而生。所謂附建式變電站是指本需獨(dú)立占地的變電站主控樓成為一棟綜合建筑樓中的一部分。但由于附建式變電站內(nèi)部的變配電室與建筑中其他房間共用結(jié)構(gòu)梁、柱等構(gòu)件，其內(nèi)部固定設(shè)備的振動將通過梁、柱、板、墻等構(gòu)件直接傳入其他房間中，誘發(fā)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)振動及二次噪聲問題，影響其他房間的使用功能[1～4]。此類固定設(shè)備的振動頻率較低且具有獨(dú)特的時(shí)頻特性，在混凝土結(jié)構(gòu)中衰減較慢、傳播距離較遠(yuǎn)，由此引發(fā)的二次噪聲影響范圍較大，且其主要頻率以低頻段為主[5,6]，這對綜合樓內(nèi)的聲環(huán)境可能產(chǎn)生較大影響。世界衛(wèi)生組織WHO(World Health Organization)的報(bào)告中已指出，人體對低頻噪聲較為敏感，即使低頻噪聲聲壓級較低仍會對人體的正常工作與休息產(chǎn)生較大程度影響[7]。因此有必要對附建式變電站固定設(shè)備誘發(fā)的振動與二次噪聲問題進(jìn)行研究。

國內(nèi)外學(xué)者對此問題進(jìn)行研究，并獲得了一些研究成果。Liu等[8]對某城市50座110 kV室內(nèi)變電站進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，得到了主要噪聲源為變壓器，對其噪聲機(jī)理與主要頻率進(jìn)行了分析，同時(shí)總結(jié)了幾種降噪措施。Wang等[9]提出了一種改進(jìn)的室內(nèi)變電站低噪聲設(shè)計(jì)程序，對電力變壓器的聲輻射特性進(jìn)行了分析，將電力變壓器的外部聲場量化和可視化，再根據(jù)噪聲測量結(jié)果以及各部門的反饋對設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。Fan等[10]對某室內(nèi)變電站進(jìn)行了噪聲實(shí)測，發(fā)現(xiàn)變壓器產(chǎn)生的主要噪聲頻率為250，500 Hz，同時(shí)發(fā)現(xiàn)變電室正上方的住宅臥室為噪聲最敏感點(diǎn)。曹枚根等[11,12]采用現(xiàn)場實(shí)測的方法對220 kV朝陽門地下變電站及其耦連建筑進(jìn)行分析，得到了振動隨距離衰減的公式及由樓板振級推算聲級的預(yù)估公式。洪陳玉、高芳清等[2]采用振動實(shí)測與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對某小區(qū)變壓器進(jìn)行了研究，對振動在該站結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律進(jìn)行了分析。戴志勇等[13]建立了4種典型附建式變電站整體有限元模型，對各模型進(jìn)行了舒適度評價(jià)，并對隔振墊的剛度影響進(jìn)行了分析。

上述對附建式變電站振動與二次噪聲問題的研究已經(jīng)取得一定成果，但主要以實(shí)測研究為主，使用數(shù)值方法計(jì)算時(shí)未考慮弱振條件下各種非結(jié)構(gòu)因素的影響，且未以實(shí)測數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，不能準(zhǔn)確預(yù)測振動與二次噪聲。本文建立了基于舒適度問題的附建式變電站精細(xì)化有限元模型，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型準(zhǔn)確性，并對振動傳播規(guī)律進(jìn)行了研究；在此基礎(chǔ)上建立了附建式變電站綜合樓全樓有限元模型，對上部結(jié)構(gòu)敏感點(diǎn)振動進(jìn)行了預(yù)測與舒適度評價(jià)；建立了聲學(xué)有限元模型，對綜合樓內(nèi)由結(jié)構(gòu)振動誘發(fā)的二次噪聲進(jìn)行預(yù)測并對其特性進(jìn)行分析，為本綜合樓后續(xù)工程提供可行的建議，并為其他類似工程提供參考。

1 工程概況

某附建式變電站綜合樓位于市區(qū)人口密集區(qū)域，一側(cè)為某高校校區(qū)，其他方向則與多個居民小區(qū)相鄰，所以該變電站日常運(yùn)行的振動與噪聲環(huán)境也被提出了較高要求。該附建式變電站綜合樓為某變電站與某高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)樓合建，綜合樓全樓設(shè)計(jì)包括地下兩層加地上十二層，總建筑面積約為24000 m2。其中預(yù)計(jì)地下一、二層以及地上一、二層為變電站部分，三層為設(shè)備轉(zhuǎn)換層，四～十二層為研發(fā)辦公部分。目前已完成第一階段工程，即變電站部分，如圖1所示，上部結(jié)構(gòu)尚在計(jì)劃建設(shè)階段。故亟需準(zhǔn)確有效的數(shù)值方法對建設(shè)完成后的附建式變電站綜合樓進(jìn)行振動與二次噪聲預(yù)測。

圖1 附建式變電站實(shí)景

2 附建式變電站數(shù)值模擬

2.1 基于舒適度問題的有限元模型建立

本文關(guān)注的振動舒適度問題屬于弱振問題，它主要對結(jié)構(gòu)在微幅振動下的適用性能進(jìn)行研究，該條件下各種非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均會參與結(jié)構(gòu)的振動，并使結(jié)構(gòu)的剛度分布、阻尼特性和質(zhì)量分布發(fā)生變化，直接對結(jié)構(gòu)的動力特性產(chǎn)生影響，使結(jié)構(gòu)動力計(jì)算的結(jié)果出現(xiàn)較大偏差[14,15]。尤其是本文中由于變電站屬于特種結(jié)構(gòu)，裝飾面層厚度甚至能達(dá)到60 mm，因此裝飾面層導(dǎo)致樓板厚度的增加將不可忽略。此外變電站固定設(shè)備振動誘發(fā)的二次噪聲是通過梁、柱、樓板和墻體等構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中傳播的，若參照基于結(jié)構(gòu)安全性的強(qiáng)震計(jì)算模型忽略填充墻等構(gòu)件，則無法對結(jié)構(gòu)振動引發(fā)的二次噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。故需采取更加精細(xì)的有限元建模方法，相關(guān)影響因素應(yīng)考慮得更加細(xì)致[14]。

因此本文在建立結(jié)構(gòu)有限元模型時(shí)，考慮填充墻、樓面板裝飾面層、活荷載、門窗等因素進(jìn)行了修正，其中將樓板、填充墻、外墻等均考慮為彈性板，將樓板的裝飾面層等根據(jù)剛度及質(zhì)量等效原則折算成樓板的附加厚度，將活載考慮為板的附加質(zhì)量，對樓板質(zhì)量進(jìn)行修正。由于振源位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部且分析對象均為弱振條件下的結(jié)構(gòu)內(nèi)部振動，故將變電站底部與土接觸處均考慮為固接。使用ANSYS進(jìn)行建模，梁、柱均使用Beam188單元進(jìn)行模擬，板、墻用Shell181單元模擬變電站三維精細(xì)化有限元模型如圖2所示。

圖2 變電站三維精細(xì)化有限元模型

2.2 荷載輸入與動力計(jì)算方法

附建式變電站中固定設(shè)備振動主要由變壓器及電抗器引發(fā)，由于本工程設(shè)計(jì)階段已考慮振動問題將變壓器基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)完全斷開，故本文主要對電抗器誘發(fā)振動與二次噪聲問題進(jìn)行研究。本文將電抗器設(shè)備支座與下部支承柱間的連接視為剛接，將電抗器設(shè)備支座振動視作與電抗器支承柱頂振動相同。由于每臺電抗器的三個支座平均分布在電抗器下部，故每個支座承受的電抗器質(zhì)量均為總質(zhì)量的1/3，根據(jù)廠家提供的單臺電抗器質(zhì)量為m=17720 kg，故每支座處的設(shè)備荷載可簡化為F(t)=(m/3)a(t)，a(t)為實(shí)測得到的2#電抗器支承柱頂加速度時(shí)程或3#電抗器支承柱頂加速度時(shí)程， 2#電抗器已加裝隔振支座，3#電抗器未加裝隔振支座，該加速度時(shí)程如圖3所示。

圖3 2#,3#電抗器振源振動時(shí)程曲線

采用Newmark-β直接積分法對變電站結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力響應(yīng)計(jì)算。積分時(shí)間步長取Δt=0.002 s，根據(jù)Nyquist Frequency定理，可對0～250 Hz范圍內(nèi)的振動進(jìn)行精確計(jì)算，滿足附建式變電站結(jié)構(gòu)振動關(guān)注范圍。

2.3 有限元模型驗(yàn)證

對變電站有限元模型進(jìn)行荷載輸入并進(jìn)行動力計(jì)算，分析電抗器室樓板振動響應(yīng)并與實(shí)測進(jìn)行對比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 3#測點(diǎn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果對比

由圖4可看出，計(jì)算得到的樓板振動響應(yīng)模擬值與實(shí)測值均具有相同的頻譜特性，卓越頻率均為100，200 Hz；振動加速度大小也與實(shí)測接近，3#點(diǎn)的仿真計(jì)算加速度均方根值與實(shí)測加速度均方根值分別為0.0290，0.0326 m/s2。這說明基于舒適度問題建立的數(shù)值計(jì)算模型能較好的反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的動力特性及振動響應(yīng)。

2.4 振動傳播規(guī)律分析

在驗(yàn)證了模型構(gòu)建方法及計(jì)算方法有效性的基礎(chǔ)上，對變電站內(nèi)固定設(shè)備電抗器誘發(fā)的振動在結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律進(jìn)行分析。

2.4.1 振源同層內(nèi)電抗器振動傳播規(guī)律

在地上一層0標(biāo)高同層內(nèi)，由于本變電站x方向跨度較小，且6臺電抗器沿x方向布置成一排，影響范圍較大，故同層內(nèi)僅考察振動沿y方向的衰減規(guī)律，在10 kV配電裝置室內(nèi)大約每6 m布置一個考察點(diǎn)，考察點(diǎn)均為樓板中心?？疾禳c(diǎn)編號順序?yàn)檠剡h(yuǎn)離振源方向增大，其中最接近振源的考察點(diǎn)1距振源約6 m，考察點(diǎn)分布如圖5所示。

圖5 振源同層內(nèi)考察點(diǎn)分布示意

各考察點(diǎn)鉛垂向z振級變化如圖6所示。

圖6 振源同層內(nèi)振動沿y方向傳播規(guī)律

由圖6可看出，振動沿y方向呈整體衰減趨勢，從考察點(diǎn)1到考察點(diǎn)9共衰減11.4 dB，但僅從考察點(diǎn)1到考察點(diǎn)2的振動衰減幅度較大，后面遠(yuǎn)離振源的考察點(diǎn)衰減不再顯著，說明同一層內(nèi)沿y方向僅距振源10 m范圍內(nèi)設(shè)備誘發(fā)的振動影響較大。此外在考察點(diǎn)3,6處出現(xiàn)起伏點(diǎn)，說明此振動沿y方向的傳播除了距離的影響，還與結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)件尺寸等因素有關(guān)，考察點(diǎn)3，6振動響應(yīng)較大與此處樓板所受其他構(gòu)件約束較弱，且局部剛度較小有關(guān)。

2.4.2 電抗器振動對上層建筑影響

選取與實(shí)測電抗器室3#,4#樓板對應(yīng)點(diǎn)及其正上方樓板點(diǎn)進(jìn)行考察，包括0，5，14 m標(biāo)高三層。結(jié)果如表1所示。

表1 電抗器室上部樓板z振級 dB

由表1可知，在相同位置振動沿z方向向上傳播時(shí)，地上二層樓板響應(yīng)比電抗器室內(nèi)樓板響應(yīng)衰減幅度較大，z振級平均衰減幅度達(dá)到12.94 dB，而振動從地上二層傳播到地上三層處時(shí)衰減幅度則較小，z振級平均衰減幅度為3.24 dB，這說明主要是在振源鄰層內(nèi)衰減較大，這與實(shí)測發(fā)現(xiàn)的附建式變電站內(nèi)固定設(shè)備振動沿z方向向下一層傳播時(shí)衰減較大的規(guī)律相同，所以主要是同層及上一層的局部房間受電抗器振動影響較大。

2.5 六臺電抗器作用下結(jié)構(gòu)振動預(yù)測

目前本文所研究的附建式變電站僅有4臺電抗器處于運(yùn)行狀態(tài)，故在前文中的實(shí)測以及數(shù)值模擬研究中，均考慮的是與實(shí)際相同的振源狀態(tài)，即僅有4臺電抗器作為激勵源。而在未來該變電站中的電抗器增加至6臺，故有必要對6臺電抗器振源同時(shí)運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測。

在同時(shí)施加6臺電抗器荷載后，同樣選取與實(shí)測電抗器室3#，4#樓板對應(yīng)點(diǎn)及其正上方樓板點(diǎn)進(jìn)行考察，包括0，5，14 m標(biāo)高三層。結(jié)果如表2所示。

由表2可知，與4臺電抗器加載工況下相比，6臺電抗器全部運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電抗器室內(nèi)3#，4#樓板測點(diǎn)z振級增加不大，僅平均增加1.19 dB；當(dāng)在相同位置振動沿z方向向上傳播時(shí)，4臺電抗器加載與6臺電抗器加載情況下，二層樓板響應(yīng)比電抗器室內(nèi)樓板響應(yīng)均有較大衰減，6臺電抗器加載情況下僅比4臺電抗器加載平均增加1.07 dB；當(dāng)振動繼續(xù)z方向向上傳播時(shí)，三層對應(yīng)樓板考察點(diǎn)處振動響應(yīng)反而均有較大增長，6臺電抗器加載工況相較4臺電抗器加載工況，三層考察點(diǎn)z振級平均增加2.81 dB，三層考察點(diǎn)的振動響應(yīng)大小與二層考察點(diǎn)較為接近。這說明相較于4臺電抗器加載工況，6臺電抗器加載工況下，附建式變電站結(jié)構(gòu)中第三層比第一層與第二層受到更大的影響。

表2 兩種工況下電抗器室上部樓板z振級 dB

當(dāng)未來6臺電抗器均投入使用時(shí)，附建式變電站結(jié)構(gòu)內(nèi)振動較敏感點(diǎn)樓層將會發(fā)生上移，故需對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的模擬分析。

3 綜合樓振動預(yù)測

在前文已驗(yàn)證變電站部分的模型構(gòu)建和計(jì)算方法有效性的情況下，建立基于舒適度評價(jià)的附建式變電站綜合樓結(jié)構(gòu)精細(xì)化有限元模型并進(jìn)行動力分析，綜合樓三維精細(xì)化有限元模型如圖7所示。

圖7 綜合樓三維精細(xì)化有限元模型

3.1 振動沿綜合樓高度傳播規(guī)律

為研究附建式變電站內(nèi)固定設(shè)備電抗器誘發(fā)的振動在綜合樓全樓內(nèi)沿樓層高度的傳播規(guī)律，本小節(jié)對多個樓板考察點(diǎn)振動響應(yīng)進(jìn)行分析。本節(jié)選擇3#電抗器正上方樓板的正中心作為考察點(diǎn)，從第三層至屋頂共有11個考察點(diǎn)，它們間的高度差均為3.6 m，樓板振動響應(yīng)沿綜合樓高度的傳播規(guī)律如圖8所示。

圖8 樓板振動響應(yīng)沿樓層高度方向傳播規(guī)律

由圖8可知，振動沿樓層高度的衰減呈現(xiàn)出先減小后變大的變化趨勢，前9層中的衰減較為平緩，在第10層處衰減達(dá)到最大，此后樓板振動響應(yīng)反而依層增大，與第三層相比，第十層樓板振動響應(yīng)衰減了13.49 dB，屋頂板振動響應(yīng)反而比第十層增加了8.47 dB，出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。此外對第十層點(diǎn)與屋頂點(diǎn)振動響應(yīng)的頻譜特性分析發(fā)現(xiàn)，兩者最為顯著的是帶有明顯振源特性的100 Hz及200 Hz，其次就是在它們各自的一階頻率處，其中10層樓板為45.78 Hz，屋頂板為44.80 Hz，兩者的頻譜特性較為接近，說明并不是后者的基頻更接近激勵頻率導(dǎo)致響應(yīng)放大。此處振動沿樓層傳播先減小再增大可能是由于結(jié)構(gòu)的整體動力特性所致。

3.2 變電站鄰近層內(nèi)振動傳播規(guī)律

3.2.1 第三層內(nèi)振動傳播規(guī)律

為研究附建式變電站內(nèi)固定設(shè)備電抗器誘發(fā)的振動在綜合樓同一層內(nèi)的傳播規(guī)律，本小節(jié)選用受該振動影響較大的緊挨附建式變電站的第三層(即設(shè)備轉(zhuǎn)換層)作為考察對象。由于該層為設(shè)備轉(zhuǎn)換層，故僅有該層平面內(nèi)正中心沿y方向連續(xù)布置的四間房間為振動與噪聲敏感點(diǎn)，本文取這幾間房間內(nèi)樓板正中心節(jié)點(diǎn)作為考察點(diǎn)，此處沿遠(yuǎn)離振源方向共有沿y方向布置的8塊樓板，故共有8個考察點(diǎn)，各點(diǎn)均為相鄰樓板正中心，考察點(diǎn)編號順序?yàn)檠剡h(yuǎn)離振源方向增大，考察區(qū)域如圖9所示。

圖9 第三層振動考察區(qū)域分布

樓板振動在第三層內(nèi)的傳播規(guī)律如圖10所示。

圖10 第三層內(nèi)振動沿y方向傳播規(guī)律

由圖10可知，第三層考察點(diǎn)的振動響應(yīng)隨著遠(yuǎn)離振源方向呈現(xiàn)先增加再整體衰減的趨勢，在2#考察點(diǎn)出現(xiàn)最大的振動響應(yīng)，此后共衰減23.84 dB，然后在4#，8#考察點(diǎn)振動響應(yīng)均較相鄰點(diǎn)略有增大。這是由于此處構(gòu)件尺寸相對較小，結(jié)構(gòu)局部剛度較弱，導(dǎo)致樓板響應(yīng)略有增加。

3.2.2 第四層內(nèi)振動傳播規(guī)律

由于第三層為設(shè)備轉(zhuǎn)換層，并不屬于研發(fā)辦公區(qū)部分，故本節(jié)以研發(fā)辦公區(qū)(即四至十二層部分)中受附建式變電站內(nèi)固定設(shè)備電抗器誘發(fā)的振動影響較大的第四層作為考察對象。與前文相同，本節(jié)仍只考慮振動沿y方向的傳播規(guī)律。以第四層中電抗器室正上方樓板正中央為初始考察點(diǎn)，選取其y方向的相鄰樓板正中心為考察點(diǎn)，共選取10個考察點(diǎn)，考察點(diǎn)編號順序?yàn)檠剡h(yuǎn)離振源方向增大，考察區(qū)域如圖11所示。

圖11 第四層內(nèi)振動沿y方向傳播規(guī)律

樓板振動在第四層內(nèi)的傳播規(guī)律如圖12所示。

圖12 第四層內(nèi)振動沿y方向傳播規(guī)律

由圖12可知，附建式變電站內(nèi)固定設(shè)備誘發(fā)振動在第四層結(jié)構(gòu)內(nèi)的衰減與第三層中幾乎完全相同，第四層考察點(diǎn)的振動響應(yīng)隨著遠(yuǎn)離振源方向呈現(xiàn)先增加再整體衰減的趨勢，在3#考察點(diǎn)出現(xiàn)最大的振動響應(yīng)，此后共衰減20.28 dB。在5#考察點(diǎn)振動響應(yīng)較4#考察點(diǎn)略有增大，當(dāng)振動傳播到最后一個考察點(diǎn)時(shí)振動響應(yīng)有所增加。這是由于此處構(gòu)件尺寸相對較小，結(jié)構(gòu)局部剛度較弱，導(dǎo)致樓板響應(yīng)略有增加。

3.3 綜合樓振動舒適度評價(jià)

根據(jù)本節(jié)前幾小節(jié)的研究，可得到綜合樓內(nèi)振動較不利的振動敏感點(diǎn)，分別包括電抗器室正上方樓板考察點(diǎn)中的第三層、第五層；第三層振動敏感考察點(diǎn)中的2#考察點(diǎn)；第四層考察點(diǎn)中的3#考察點(diǎn)。

本小節(jié)將對這些振動不利點(diǎn)進(jìn)行舒適度評價(jià)，由于尚無完全針對附建式變電站這種特殊結(jié)構(gòu)的振動舒適度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文參考GB/T 50355—2018《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》[16]對綜合樓內(nèi)的振動敏感點(diǎn)進(jìn)行評價(jià)，以其對起居室的標(biāo)準(zhǔn)對綜合樓內(nèi)研究辦公室進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)量為鉛垂向z振級，限值如表3所示。

表3 住宅建筑室內(nèi)振動限值 dB

對較不利點(diǎn)分別進(jìn)行振動舒適度評價(jià)，結(jié)果如表4所示。

由表4可看出，根據(jù)分析振動傳播規(guī)律找出的振動響應(yīng)較為明顯的4個振動敏感考察點(diǎn)的鉛垂向z振級均可滿足該規(guī)范限值要求。

表4 振動敏感點(diǎn)鉛垂向z振級 dB

4 二次噪聲預(yù)測

以綜合樓研發(fā)辦公區(qū)域中振動響應(yīng)最為顯著的敏感房間第四層四號研究室作為考察對象，基于前文振動的準(zhǔn)確計(jì)算，使用聲學(xué)有限元方法對其二次噪聲進(jìn)行預(yù)測。

據(jù)考察房間坐標(biāo)建立幾何模型，對其進(jìn)行聲學(xué)網(wǎng)格劃分，聲在空氣中的傳播速度設(shè)為340 m/s2，聲學(xué)網(wǎng)格大小取為0.1 m，空氣密度設(shè)為1.225 kg/m3。采用最大距離映射法將結(jié)構(gòu)振動有限元模型計(jì)算得到的振動網(wǎng)格和振動響應(yīng)作為聲學(xué)有限元模型的邊界條件導(dǎo)入，建立聲學(xué)有限元模型如圖13a，內(nèi)部聲壓場點(diǎn)分布如圖13b所示，其中房間尺寸為7 m×10.825 m×3.6 m。

圖13 考察房間聲學(xué)模型

對考察房間內(nèi)高1.2 m，x方向相距2 m，y方向相距2 m處場點(diǎn)聲場進(jìn)行考察，研究考察房間內(nèi)聲場分布規(guī)律。共計(jì)15個場點(diǎn)，分布如圖13b所示，圖中每個小方格尺寸為1 m×1 m，各場點(diǎn)1/3倍頻程聲壓曲線如圖14所示。

圖14 考察房間內(nèi)各場點(diǎn)1/3倍頻程聲壓曲線

由圖14可發(fā)現(xiàn)，15個場點(diǎn)頻譜特性一致，聲壓幅值均在31.5，50，100 Hz處出現(xiàn)峰值。

x=1，3 m處的場點(diǎn)聲壓幅值主要集中在以50 Hz為中心頻率的頻段上；而在x=5 m處的場點(diǎn)中，隨著遠(yuǎn)離振源的方向，各場點(diǎn)的主要聲壓響應(yīng)轉(zhuǎn)而集中在以100 Hz為中心頻率的頻段內(nèi)。

在x=1，5 m處，聲壓幅值最大的為最遠(yuǎn)離振源方向的y=9 m處，其次為最靠近振源的y=1 m處，聲壓響應(yīng)最小的為房間中心處的y=5 m處；x=3 m處，除了靠近前后墻體的y=9，1 m外，在遠(yuǎn)離振源方向的y=7 m處也有較大的聲壓響應(yīng)，在100 Hz中心頻率處出現(xiàn)較大的峰值。這是因?yàn)閥=9，1 m處分別靠近房間的前后兩面墻體；而房間中部的y=5 m處則距所有墻體均最遠(yuǎn)，盡管其附近樓板響應(yīng)大于其他場點(diǎn)，其聲壓幅值也遠(yuǎn)小于其他場點(diǎn)，這說明對于二次噪聲，墻體影響較大。

綜合分析得到，考察房間內(nèi)聲壓響應(yīng)最大點(diǎn)為場點(diǎn)平面中最右上角點(diǎn)，即x=5 m，y=9 m處，該點(diǎn)等效A聲級為36.88 dB，滿足GB 22337―2008《社會生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》[17]的相關(guān)限值45 dB要求。

5 結(jié) 論

本文對武漢市某附建式變電站進(jìn)行了振動與噪聲實(shí)測，建立了基于舒適度問題的變電站精細(xì)化有限元模型，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型準(zhǔn)確性，對振動傳播規(guī)律進(jìn)行了研究；在此基礎(chǔ)上建立了附建式變電站綜合樓全樓有限元模型，對上部結(jié)構(gòu)敏感點(diǎn)振動進(jìn)行了預(yù)測與舒適度評價(jià)；建立了聲學(xué)有限元模型，對綜合樓內(nèi)由結(jié)構(gòu)振動誘發(fā)的二次噪聲進(jìn)行預(yù)測并對其特性進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下：

(1)該電抗器振動為穩(wěn)態(tài)振動，各振源測點(diǎn)鉛垂向振動的優(yōu)勢頻段均在250 Hz以下，幅值均在100 Hz及200 Hz處，具有明顯的固定設(shè)備振動頻率特性；結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的振動響應(yīng)也具有相同的頻譜特性。

(2)典型樓板測點(diǎn)振動響應(yīng)仿真值與實(shí)測值均具有相同的頻譜特性，卓越頻率均為100 Hz和200 Hz；振動加速度大小也與實(shí)測接近，3#點(diǎn)的仿真計(jì)算加速度均方根值與實(shí)測加速度均方根值分別為0.0290,0.0326 m/s2。說明本文基于舒適度問題建立的數(shù)值計(jì)算模型能較好地反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的動力特性及振動響應(yīng)。

(3)附建式變電站內(nèi)，振動在振源同層及高度方向均僅在振源相鄰樓板振動衰減幅度較大，后面遠(yuǎn)離振源的考察點(diǎn)衰減不再顯著，所以主要是同層及上一層的局部房間受電抗器振動影響較大。

(4)在6臺電抗器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，附建式變電站結(jié)構(gòu)中第三層比第一層與第二層受到更大的影響。當(dāng)未來6臺電抗器均投入使用時(shí)，附建式變電站結(jié)構(gòu)內(nèi)振動較敏感樓層將會發(fā)生上移，故需對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的模擬分析。

(5)綜合樓上部結(jié)構(gòu)中，振動沿樓層高度的衰減呈現(xiàn)出先減小后變大的變化趨勢，最大響應(yīng)仍出現(xiàn)在與附建式變電站相鄰的第三層；在第三、四層內(nèi)，振動響應(yīng)最大點(diǎn)分別出現(xiàn)在靠近振源方向的第2，3個考察點(diǎn)；對綜合樓內(nèi)振動較不利點(diǎn)進(jìn)行舒適度評價(jià)，均能滿足《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》限值要求。

(6)以綜合樓研發(fā)辦公區(qū)域中振動響應(yīng)最為顯著的敏感房間第四層四號研究室作為考察對象，使用聲學(xué)有限元方法對其二次噪聲進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)各場點(diǎn)均具有相同的頻譜特性，聲壓幅值均在31.5，50，100 Hz處出現(xiàn)峰值；考察房間內(nèi)聲壓響應(yīng)最大點(diǎn)為場點(diǎn)平面中最右上角點(diǎn)，即x=5 m，y=9 m處，該點(diǎn)等效A聲級為36.88 dB，滿足《社會生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)限值45 dB要求。