混凝土楼盖竖向振动舒适度分析.pdf

第4 3 卷第7 期 2 0 1 6 年7 月 建筑资讯 Bu i l d i n g I n f o r ma t i o n 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 混凝土楼盖竖向振动舒适度分析 赵娜 ，刘永宁 ，王艳 ( 1 山东卓远建筑设计有限公司，山东青岛 2 6 6 1 0 0 ；2 青建集团股份公司，山东青岛2 6 6 1 0 0 ) 摘 要 介绍了国内外对楼盖竖向振动舒适度的控制方法，通过有限元程序 E T A B S 对一工程算例进行单人步行激励作用 下的响应分析，比较影响楼盖竖向振动舒适度的各因素，得 出有效提高楼盖在激励作用下竖向振动舒适度的方法，可用于指导 实际工程 。 关键词 楼盖 ； 竖向振动 ； 舒适度 中图分类号 T U 4 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 7 0 0 1 0 0 2 An a l y s i s o n Co mf o r t o f Co n c r e t e F l o o r Ve r t i c a l Vi b r a t i o n Zha oNa， Li uYo ng n i n g， W a ngYa n Ab s t r a c t B u i l d i n g fl o o r v e r t i c a l v i b r a t i o n c o mf o r t c o n t r o l me t h o d a t h o me a n d a b r o a d i s i n t r o d u c e d ，t h e r e s p o n s e u n d e r s i n g l e f o o t e n c o u r a g e i s a n a l y z e d o n a n e n g i n e e r i n g e x a mp l e b y E T ABS V a r i o u s i n fl u e n c e f a c t o r s o f flo o r v e rti c a l v i b r a t i o n c o mf o r t a r e c o mp a r e d I t i s c o n c l u d e d t h a t e ffe c t i v e me t h o d c a n i mp r o v e ， t h e v e rti c a l v i b r a t i o n c o mf o rt o f fl o o r ， a n d u s e d t o g u i d e t h e p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g K e y wo r d s b u i l d i n g fl o o r ； v e r t i c a l v i b r a t i o n； c o mf o rt 随着结构分析和施 _= 技术的提高、新型高强轻质材料的应 用、预 应力混凝 土 以及钢 一混凝 土组合结 构楼 盖应用 技术 的 不断发展， 大跨结构的使用日趋广泛。大跨度楼盖结构阻尼小、 柔性大、基频低，在人的活动和其他动力作用下会产生竖向 振动， 超过一定限度就会引起使用者的不安和心理恐慌。所以， 在设计较大跨度的楼盖结构时不仅要计算结构的承载力，还 要分析楼盖的舒适度。下面介绍国内外对楼盖结构竖 向振动 舒适度 的控制标准 。 1 楼盖竖向振动舒适度的评价标准 国内外对于楼盖竖向振动舒适度的控制主要有两个方面 ： 峰值加速度、自振频率。第一个控制标准一 自振频率 ： 加拿 大标 准委员会建议商业建筑楼 板的 自振频率 应大于 8 H z 。我 国 GB 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混 凝土结构设计规范 规定 ： 对混 凝土楼 盖结构应根据使用功能的要求进行竖向白振频率验算，并宜 符合下列要求 ： 住宅和公寓不宜低于5 H z；办公楼和旅馆不宜 低于4 H z； 大跨度公共建筑不宜低于3 Hz 。另一个控制标准一 峰值加速度 ： J G J 3 -2 0 1 0 高层混凝土结构技术规程 规定 楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构 的竖向振动频率不 宜小于3 Hz ，竖向振动加速度峰值不应超过表 l 的限值。 表1 楼盖竖向振动加速度限值 峰值加速 度限值 ( m s ) 人员活动环境 蛏向振 动频率不大 于 2 H z 竖 向振动频率不小于 4 H z 住 宅、办公 0 0 7 0 0 5 商场 及窟内连廊 O 2 2 0 1 5 注：楼盖结构竖向自振频率为2 4 H z 时，峰值加速度限值可按线性差 值选取 。 2 人行荷载的选取 采用单人强迫共振模型，考虑楼板上作用单个行人，不 考虑该荷载的移动特征，分别按典型楼板振型最大位置进行 激励，得到楼板的竖向加速度最大值。 将人行荷载简化为与楼板基频相对应的简谐力分量 【 3 】 ： FyPa fC O S( 2 t e 。 f ) ( 1 ) 式中： P为单人体重，设计时取0 6 5 k N； i 为动荷载的阶数； a 为第 i 阶简谐力的动力系数 ； 为一阶步频。 收稿 日期 ： 2 0 1 6 4 ) 3 1 4 作者简介 ： 赵娜 ( 1 9 7 8 一 ) ，女，天津人，工程师，主要从事混凝土 结构设计和教学工作。 1 0 设计中， 动力系数 a 与步频产 的关系可近似用公式( 2 ) 表示 。 = 0 8 3 e x p ( - 0 3 厂 ) ( 2 ) 人行荷载频率2 - 8 Hz l4 l ，本文在施加入行荷载竖向时程激 励时取荷载频率为3 Hz ，取5 个周期进行计算。 3 人行荷载引起的楼板振动响应分析 对图1 - 3 钢筋混凝土楼盖最不利位置施加人行荷载竖向时 程激励，分别改变楼板厚度、次梁截面、主梁截面、次梁数量， 比较楼盖 自振频率、竖向峰值加速度的变化。混凝土楼盖混 凝土 C 3 0 ， 阻尼比取为0 0 5 ， 泊松比为0 2 ， 弹性模量3 0 1 0 P a ， 作用均布永久荷载2 k N m ，均布可变荷载2 k N m 2 。采用 E T A B S 进行 时程分析 ，分析结果见表 2 ，3 。 加载点 4 5 4 5 0 0 l 4 5 0 0 l 4 图1 单向3 道次梁加载图 。 I I 孳 l 3 60 0 3 6 00I 3 60 0 I 3 6 0 0 3 6 00 图3 单向4 道次梁加载图 表 2 中以主梁截 面 5 0 0 mm1 6 0 0 mm、次梁 截面 3 5 0 mmX 1 0 0 0 m m、板 厚 1 3 0 mm 时 的基频 和 加速度 作 为基准 值 ，分别 改变各构件的截面高度，改变量在6 8 左右，各种情况下 的基频和加速度与基准情况作对比。基频对比系数 =( 基频一 基准情况基频) 基准情况基频。从表中该系数可看 出楼盖结 构的基频随主、次梁截面的增大而增大，其中改变次梁截面 建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 建筑资讯 Bu i l d i n g I n f o r ma t i o n 第4 3 卷第7 期 2 0 1 6 z 7 月 高度对结构基频的增大效果最明显，变化量能达到9 左右 。 当板厚增加时本算例楼盖结构的基频反而减小，这主要是因 为本例中随楼板厚度的增大，楼板刚度的增大速度比重量 的 增大速度慢造成 的。峰值加速度随构件截面的增大而减小， 从加速度对比系数可知改变次梁截面对峰值加速度影响最大， 变化量可达到 3 0 左右 。 表2 楼盖基频及竖 向振动峰值加速度 mm 主梁 次梁 板 厚 基频 基频 峰值 加速度 加速度 截面 ( b Xh ) 截面 ( b h ) H z 对 比系数 ( m m s ) 对 比系数 】 2 O 4 2 l 6 1 0 0 3 9 9 2 5 l O 3 5 0 0 l 6 0 0 3 5 0 1 0 0 0 1 3 0 4 2 0 4 1 9 6 2 4 1 1 4 0 4 1 9 O 0 9 9 6 7 9 2 4 0 0 9 6 0 3 5 09 0 0 3 8 1 4 0 9 0 7 1 2 9 7 5 1 3 5 1 3 0 5 0 0 1 6 0 0 3 5 0 l 0 0 0 4 2 0 4 1 9 6 2 3 1 l 3 O 3 5 0 X l 1 O O 4 6 0 8 1 0 9 6 7 5 7 0 0 7 8 7 5 0 0 l 5 0 0 4 1 4 4 0 9 8 6 1 0 0 6 5 1 0 4 6 5 0 0 1 6 0 0 3 5 O1 0 0 0 1 3 O 4 2 0 4 1 9 6 2 5 1 5 0 0 I 7 0 0 4 2 5 4 I 01 2 9 0 6 3 0 9 4 2 表3 楼盖基频及竖向振动峰值加速度 mm r 向次 基频 基频对 比 峰值加速度 加速度对 主梁截 面 次梁截面 板厚 梁道数 Hz 系数 ( mm s ) 比系数 2 1 7 0 3 7 1 6 0 8 8 4 3 2 4 6 3 3 7 2 5 0 0 1 6 0 0 3 5 0 1 0 0 0 3 1 3 O 4 2 0 3 1 9 6 2 8 1 4 l O O 4 6 5 6 1 1 O 8 5 1 7 4 5 3 7 4 ( 上接 第6 页) 2 1 立模标高控制原理 大跨度连续钢构桥施工过程中，不仅要顺利完成施工任 务，确保施工效果，加强主桥标高控制也是非常重要的内容， 为施工单位重视和关注。在连续刚构桥标高控制过程中，其 中最为关键的内容是，应严格控制每个阶段的立模标高。并 增强质量控制意识，确保每个阶段标高控制到位，提高施工 效果。要确保施工工况 引起的变形与预期相符合，防止出现 偏差累积现象，提高施工效果和质量控制水平。 2 2立模标 高控制方法 目前在刚构桥整个施工过程中，常用的立模标高控制有 绝对高程和相对高程立模标高控制两种方式。前者未考虑温 度对梁体挠度和标高的影响，当温度变化较小或施工节段较 少时，才能直接使用该方法，悬臂较长时则不适合采用该方 法。后者可以有效消除温度对测量放样的影响，有利于确保 施工精度。该桥梁施工中， 施工周期长， 受环境温度影响较大， 因而采用相对高程法来确定立模标高。 2 3 施工立模标高修正 大跨度连续刚构桥施工建设中，主桥线型受混凝土容重、 混凝土收缩徐变系数、预应力参数、温度场、主墩沉降等因 素影响。但在整个工程施工建设中，由于受到施工人员和外 界环境 因素影响，实际线型与理论线型可能存在一定偏差， 必须将这种偏差严格控制在一定范围内。当偏差过大时会影 响施工效果，应该进行分析、调整和修正。另外，挠度控制 是标高控制的前提，要进行挠度分析来确定理论值与实际值 是否相符合。通常立模标高调整步骤包括挠度分析和模型参 数调整两个环节。模型参数调整又分为立模阶段、浇筑阶段、 张拉阶段挠度误差调整，分析哪一部分产生的偏差较大，从 而实现对施工效果的有效控制，有利于增强刚构桥施工效果。 调整各参数时，还有必要适当调整混凝土的弹性模量，分析 施工各节段的挠度，适当调整模型参数，进行重新计算，计 算出立模标高，有利于更好地规范和指导工程施工。 表3 仍然以主梁截面5 0 0 m mX 1 6 0 0 mm、次梁截面3 5 0 m mX l O 0 0 m m、板厚 1 3 0 ra m时的基频和加速度作为基准值，通过改 变次梁的数量来分析楼盖结构基频和加速度的变化，如图2 ，3 所示。在改变次梁数量的同时，根据板跨调整板厚 ( 板厚约为， 板跨 3 5 ) 。随次梁数量的增加，楼盖基频加大。本算例中两正 交方向各增加一道次梁，基频的增大量在 1 0 左右。从每方向2 道次梁增加到 3 道时，加速度 明显减小，但从3 道增加到4 道时 加速度不但没有减小反而成倍增大，主要是因为板厚减小，板 格划分变小，竖向激励作用时作用点所在板格局部振动造成的。 4 结束语 通过本算例的分析可知加大次梁截面高度对加大楼盖结 构的基频、减 小楼盖在人行激励作用下的竖向振动峰值加速 效果最明显。但加大次梁高度会减小楼层净高，在净高受限 制时可考虑增加次梁数量，这样在增大楼盖基频的同时还可 减小主梁跨中弯矩，减小楼板厚度，但要注意局部振动的峰 值加速应满足规范要求。 参考 文献 GB 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ，混凝 土结构设计规范 f s 】 2 J G J 3 -2 0 1 0 ，高层混凝土结构技术规程 S 】 【 3 B r i t i s h S t a n d a r d s I n s t i tu t i o n B S 5 4 0 0 B r i t i s h S t a n d a r d S p e c i fi c a t i o n f o r L o a d s：S t e e l ，C o n c r e t e a n d C o mp o s i t e B r i d g e s ，P a r t 2 s 】 L o n d o n： s n 2 0 0 6 4 谢 伟平 ， 马朝 霞 ， 何卫 大跨 度楼盖 结构 白振频率与 人致振 动舒适 度关系研 究 J 武汉理工大 学学报 ， 2 0 1 2 , 3 4 ( 4 )： 9 6 1 0 1 5 胡高茜 ， 胡双喜 现浇 混凝土 空心楼盖在 教学楼 中 的应 用研 究 J 建筑技术 ， 2 0 1 5 ， 4 6 ( 1 ) ： 1 7 _ 2 O 2 4 实际线型控 制结 果 主 桥合龙后 ，测量人员 在施 工现场对施工 情况进 行测量。 做好相关数据记录工作，获取桥梁工程的实际线型数据，并 结合具体数据和桥梁施工控制需要，适当调整立模标高。通过 对 比分析理论计算下挠度和实际测量下挠度，结果表明 ：主 桥合龙后，主桥实际下挠量和理论计算值变化大体一致，桥 梁实际线型和设计线型相吻合。主桥顶面混凝土实际高程与 成桥标高相比较， 均低于成桥标高， 差值都在8 c m左右。总之， 通过采取上述措施，不仅顺利完成施工任务，还实现对预拱 度的有效控制，确保大跨度连续钢构桥梁施工效果，为后续 施工和工程运营创造 良好条件 。 3 结束语 大跨度连续刚构桥施工过程中，预拱度控制是非常重要 和关键的内容，施工单位应该重视该项工作。但 由于受到多 种不同因素的影响，施工阶段主桥的理论挠度值与实际值会 存在偏差，如果忽视加强控制工作，随着误差的积累，桥梁线 型可能出现较大偏差。因此 ，工程建设中应该加强控制，明 确预拱度的影响因素， 建立并注重调整模型参数， 修正理论值。 从而更好规范和引导施工，确保桥梁实际线型与理论线型 致。进而增强预拱度施工控制效果，确保大跨度连续刚构桥 工程质量和施工建设效益。 参考文献 1 田长清 大跨度铁路 桥连 续梁施工 关键技 术研究 f J 工程建 设与设 计，2 0 1 6 ( 1 ) ，1 3 0 - 1 3 2 2 】2 朱晓艳 ，刘 争 ，翟鹏 ，程 大跨度 连 续刚构桥施 工预 拱度 控 制研 究 J 建材世界，2 0 0 9( 4 ) ，7 3 7 6 3 师贞艳，孙光文 大跨预应力连续刚构桥施工阶段合理预拱度分 析 建材世 界，2 0 1 4 ( 5 ) ，8 2 8 7 4 蔡 乐军 大 跨 度 连 续刚 构桥 全 过 程施 工 质量控 制 J 西 南 公路 ， 2 0 1 l ( 1 ) ，2 6 -2 9 5 刘芳平 ， 周建庭 ， 吴恒 ， 等 大跨度连续刚构桥孔道摩阻系数试验 研究 J 建筑技 术 ， 2 0 1 5 ， 4 6 ( 7 ) ： 6 0 5 - 6 0 8