于昊月
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摘要：随着经济和科技水平的快速发展，高强钢的普及，大跨度钢－混凝土组合楼盖在建筑工程中的应用日益增多，以满足人们对大空间、灵活布置、高效使用的需求。但是随着结构跨度的增大，楼盖刚度减小，随之而来的不仅仅只是挠度变形问题，还有振动舒适度的问题，尤其是建筑内部的大空间为举行跳舞、健身操、音乐会等人群集中活动提供了条件，此时楼盖的振动舒适度分析显得尤为重要。更大的悬挑、更大的跨度、更轻更柔的结构体系在应用过程中，设计师除了关注承载能力极限状态的设计，还需要重点关注此类楼盖体系的变形及振动等正常使用极限状态的设计。
关键词:大跨度楼盖;人致振动响应;减振;测试
引言
随着科学技术水平的发展，大跨度结构、长悬臂结构等不断涌现，楼板舒适度问题日益受到设计师和用户的重视。以一长悬臂商务楼为背景，分析了楼盖舒适度问题，结果表明：楼盖竖向最大加速度超过了规范限制。分析了某登机桥的舒适度问题，同样出现了最大加速度响应过大的现象。引起楼盖舒适度的原因在于:随着其跨度的增加，其竖向频率减小，当该频率降低至与人行频率(1.5-2.5Hz)一致或接近时，可能导致楼盖发生共振现象，其竖向振动有可能超出行人的接受程度。为解决这一难题，常规方法是对楼盖进行加固改造，从而提高其自振频率，避免共振。
1结构概念设计
结合建筑设计条件及特殊要求，综合经济性及可行性，在结构中间六合厅的角部设置６根钢管混凝土柱，用整层桁架来实现24ｍ的大悬挑，用实腹式钢梁来满足六合厅内无柱的设计要求。根据整体主结构的布置，在主框架间设置3-4ｍ间距的次梁形成楼盖体系；六合厅角部的６根框架柱采用直径为1200ｍｍ的钢管混凝土柱，1层局部单层柱采用直径为800ｍｍ的钢管柱；由于层高仅为5.10ｍ，为满足建筑净高要求，楼面框架梁的高度最大为1100ｍｍ；楼面次梁根据承载力计算需要，梁高在400-1100ｍｍ不等。楼板采用总厚度为130ｍｍ的钢筋桁架楼承板，钢筋桁架高度为100ｍｍ，底膜镀锌钢板厚度为0.5ｍｍ。
2现场测试
为了解该建筑的楼板舒适度状况，对该楼进行了现场测试。测试阶段位于主结构完成阶段，但吊顶、装饰等分部分项工程尚未进行，且测试阶段未考虑活荷载作用。测试安排如下6种工况，数据采样频率为256Hz。1）自然脉动——采集楼板各测点在无人员走动激励状态下的振动加速度量值，采样时间为30min。2）人群慢走——模拟结构建成后的实际使用状态，采集楼板各测点在30～50人群队列在行走激励状态下的振动加速度量值，人群走动频率约为1.7Hz。3）人群快走——采集楼板各测点在30～50人群队列在快走激励状态下的振动加速度量值，人群走动频率约为2.3Hz。4）人群快跑——采集楼板各测点在30～50人群队列在快跑激励状态下的振动加速度量值，人群走动频率约为3.2Hz。5）单人单次跳跃——采集楼板各测点在单人跳跃激励下的振动加速度量值，人员跳跃激励位置为拟测点位置所属楼板中央，每个测点进行3次单人跳跃激励。6）多人多次快跳——采集楼板各测点在多人跳跃激励下的振动加速度量值，人员跳跃激励位置为拟测点位置所属楼板中央，跳跃激励人员规模为3～5人，跳跃频率约3.2Hz。
3楼盖振动舒适度分析
3.1舒适度设计标准
楼板的舒适度试验和理论研究一直在发展，考虑到楼板的舒适度问题，我国规范对结构的竖向自振频率进行了规定。
《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）、《高层民用建筑钢结构技术规程》及《组合楼板设计与施工规范》均明确要求楼盖结构的竖向自振频率不宜小于３Ｈｚ。而《混凝土结构设计规范》则根据混凝土楼盖的不同使用功能，规定楼盖竖向自振频率分别不宜小于５Ｈｚ（住宅和公寓）、４Ｈｚ（办公和旅馆）和３Ｈｚ（大跨度公共建筑）。而针对本文讨论的大跨度、大悬挑公共建筑楼盖，４本规范的限值是一致的。限制楼盖竖向振动频率的主要原因是人类走、跑、跳的频率多发生在３Ｈｚ以内，而楼盖的自振频率也在此范围内，容易引起共振。故《高规》条文里明确规定，楼盖的竖向自振频率小于３Ｈｚ时需验算其竖向振动加速度。
3.2TMD频率与楼面竖向振动频率之间的误差
TMD的设计频率是影响TMD发挥作用的关键因素，而有限元软件计算的频率与实测频率存在一定的误差，因而设计频率可能与实际的结构频率不相符。，频率误差越大，相对减振率越小，当频率误差超过20%，TMD相对减振率约为60%，而且负误差的影响更大。为了确保TMD充分发挥作用，建议TMD生产前应进行结构自身的频率测试，结合测试结果进行TMD的设计和生产。
3.3楼盖区现场实测及有限元分析
对大跨度张弦梁楼盖运动场装修前进行振动加速度实测，目的是通过实测本底振动、振动传递和动力响应明确大跨度楼盖区的动力特性，通过对实测结果的计算和分析，为该建筑结构实际使用舒适性作出预测评价，测试主要包括:1)人及重物对大跨度结构的瞬时激励效应测试，即人为激励大跨度结构地面一点，测量相应测点的振动及频谱成份;2)人行激励对体育馆主场地振动效应测试，由测试者在大跨度结构地面上走、跑激励，测量附近测点的振动及频谱成份。
3.4关于楼盖人行激励分析
（１）最不利点人行激励所对应的案例是人在最不利点，采用与楼盖自振频率相同的频率原地踏步，而这种情况在实际中存在的概率较小，属于偏保守的计算方法；实际中，沿某一轨迹、某一固定频率的行走激励存在的可能性更高，但此激励产生的楼盖加速度要远小于本文计算案例的楼盖加速度。（２）由于人行激励的激励策动力较小；小跨度的楼盖由于其主、次梁的截面尺寸均较小，振动质量也小，此时人行激励产生的加速度可能较大；大跨度的楼盖由于其主、次梁的截面尺寸均较大，振动质量也大，此时楼盖的加速度控制工况往往不是人行激励，而是大面积的人群节奏运动。
结语
1）大跨度结构由于竖向刚度较弱，竖向振动频率较低，易接近人群典型步行频率，因而导致结构竖向振动加速度较大，影响振动舒适度。2)根据大跨度楼盖现场实测和有限元分析，楼盖区张弦梁结构在激励施加时加速度反应较大，后期不断衰减，但衰减较慢;在人行荷载激励时，后续激励与前期激励反应会有部分叠加，振动响应呈现先减小再增大然后再减小的特征。3)TMD分散或集中布置对减振率的影响较小，为方便起吊和安装建议，适当分散布置。4)TMD频率与楼面竖向振动频率之间的误差越大，相对减振率越小，当频率误差超过20%，相对减振率约为60%，而且负误差的影响更大。为了确保TMD充分发挥作用，建议TMD生产前应进行结构自身的频率测试，结合测试结果进行TMD的设计和生产。
参考文献
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