文档介绍：人行激励荷载下高层建筑大跨度楼盖振动舒适度研究
摘要:高层建筑大跨度楼盖结构由于其跨度大、刚度柔,阻尼小、基频低,因此,在日常使用中往往会产生明显竖向振动,当达到一定限值时会给使用者带来生理感官上的不适感,也就是影响建筑的舒适度。着眼于人行激励荷载和楼盖竖向振动的频率两方面,研究了高层建筑大跨度楼盖振动舒适度的问题,讨论了梁体系和板体系的不同以及尚须突破的难点。
关键词:高层建筑,大跨度楼盖,振动舒适度,人行激励荷载,楼板频率
中图分类号: TU208 文献标识码: A

近年来,越来越多的新型高强轻质材料应用在高层建筑上,并且施工技艺日益提高,促使大跨度楼盖在高层建筑中广泛应用,同时,高层建筑也需要大跨度来满足其开敞式办公、大空间等功能要求。大跨度楼盖相对来说阻尼较小、柔性较大、基频较低,此时,在竖向动力作用下,比如人的活动等,会产生明显竖向振动,当振动超过一定限度时,就会引起使用者的心理恐慌和不安。此外,对于某些建筑物,比如实验室、医院等,当楼盖振动过大时还可能会导致精密仪器设备无法正常工作。
如果建成后的建筑物出现楼盖舒适度问题,其修补技术和难度很高,成本投入也非常大,所以,高层建筑大跨度楼盖的设计需要在满足规范要求的强度、变形要求的同时,还应充分考虑振动舒适度的问题。为此,本文研究了大跨度楼盖振动舒适度问题,讨论了梁体系和板体系的不同以及尚须突破的难点。

人行激励的荷载模型
人行激励荷载是指由人的行走、跑动、跳跃、跳舞或有氧健身操等活动产生的振动。单足落步荷载是研究人行激励荷载的切入点,因为单足落步荷载是人行激励荷载模型的基本组成部分。所谓单足落步荷载,其主要影响因素是人的体重和步频。许多研究者通过对人行走的模拟研究得到双峰值的单足落步曲线。图1 给出了单足落步曲线示意图,横坐标表示单足与地面的接触时间,纵坐标表示名义力F(名义力F为单足作用力与人的体重的比值)。图中,原点A 表示人的脚后跟刚接触地面,然后,由于人体重心的逐渐转移,脚对地面的作用力逐渐增大到B点,此时,在人的另一条腿的摆动名义力作用下,该名义力由B点减小到C点,接着脚掌蹬地,该名义力由C点增大到D点,最后随着人脚逐渐离地,该名义力沿着DE段曲线下降至零。
Blanchard et al主张只有一倍步频对落步曲线起控制作用。Ellingwood则指出不仅要考察基于一倍步频对落步曲线所起的作用,还应该考虑多倍步频的影响。此外,对单足落步曲线进行周期性叠加同时考虑一定的重叠时间,也可得到人行荷载曲线。人行荷载的另一种表示方式是用Fourier级数表示,Ohlsson曾提出M2行走曲线,如表1 所示。该曲线选取15阶谐分量,由表可知,较高阶谐分量对应的峰值较小。
表1 M2行走曲线的Fourier组成

式中,为人的重量,;为第阶荷载频率的动力因子;为第阶荷载频率;为时间;为第阶荷载频率的相位角。
楼盖的动力特性研究
1961年,Burkhardt提出对楼盖彻底理想化,即假设楼盖为两端简支、两端固端或有支撑的悬臂梁等单跨梁。在60年代早期该动力模型得到了广泛应用。1975年Heins和Yoo通过精确的计算模型得出一个结论:有适当约