建筑结构人致振动舒适度研究

发布时间：2018-04-09 01:37

本文选题：楼板振动　切入点：单人步行荷载　出处：《沈阳建筑大学》2015年硕士论文

【摘要】：近年来,人们对建筑结构的功能要求(安全性、适用性、耐久性等)变得越来越宽泛、深遽。同时,现代建筑结构设计往往都包含着轻质、大跨、悬挑、高柔等设计元素,由其内部人员活动引发的节律激振力对此类建筑结构的影响愈发显著。因此,建筑结构的人致振动适用性问题已成为当前房屋使用者、设计者及研究者们共同关注的一个焦点问题。般地,这样的人致振动虽然通常不会对建筑结构的安全性造成危害,但会对在建筑内部工作和生活的人员产生振动舒适性影响,譬如,引起人们焦虑、恐慌、降低工作效率等。因此,在日益强调建筑居住舒适性的今天,对于大型公共建筑、实验室等存在人致振动舒适性隐患的建筑结构进行振动舒适性的分析和研究尤为必要。我国的建筑结构人致振动舒适性研究刚刚起步。2013年颁布的《建筑结构容许振动标准》GB50686-2012仅仅是国际标准(IS02631)的中文翻译版,在我国工程设计中还没有形成一个符合中国人群特点的建筑工程容许振动标准。许多情况下,设计人员经常参照多种国外标准或手册进行结构舒适度设计,而这些国外标准和手册的工程测试背景与我国有所不同,造成结构舒适度设计的不准确性及舒适度评价标准的不统一性。本论文针对国内大跨空间结构、厂房结构以及长廊结构等易于出现人致振动舒适性问题的多种典型结构进行了人致振动结构响应的现场测试及相应的数值分析。然后,应用三种比较经典的国外振动舒适度评价标准(分别为《美国钢结构协会振动舒适度评价标准》(AISC-11)、《英国振动舒适度评价标准》(BSI6841)及《国际标准化组织振动舒适度评价标准》(IS02631-2))对上述结构的人致振动舒适性进行了研究,比较并分析了此三种标准对于同一目标结构的人致振动舒适度差异性,为建立符合中国人行走习惯、体重特征的人致振动舒适度评价准则提供工程实例参考。具体地,本论文的研究内容分述如下：(1)以沈阳文化艺术中心音乐厅复杂结构为研究对象,主要研究了大跨预应力混凝土结构楼盖的人致振动舒适度问题。首先,基于现场实测及有限元分析,对大跨悬挑楼盖结构动力特性及多种人致动力荷载作用下的楼板振动响应进行了测试与分析。分析结果表明,大悬挑音乐厅结构整体竖向一阶自振频率较低,处在人体对振动易感知的频率范围内(3Hz～10Hz)。然后,对音乐厅四周主要交通走廊进行单人步行荷载测试,以确定具体的振动敏感区域。最后,在所确定的振动敏感区域内,以同频率多人同步行走方式模拟人群随机行走方式,进行楼盖人致振动响应的测试及分析,并应用当前国外针对人致振动舒适度问题的三种评价准则对音乐厅结构振动舒适性进行评价,并对此三种典型振动舒适度评价准则进行了比较。结果表明,国际标准(IS02631)提出的1/3倍频程分析方法更能够反映楼板振动对舒适性的影响。(2)研究了吊车荷载对于厂房结构(土木工程学院结构实验室)附属办公室楼板的振动舒适度影响。该厂房结构除了担负日常科研及教学实验职能外,还为部分教师及研究生提供工作区域和学习场所(实验室附属办公室)。考虑到厂房结构的吊车梁通常直接支承于排架柱上,吊车运行时可能使二层附属办公室楼板产生较大振动,进而对附属办公室内工作人员产生振动干扰。鉴于此,首先进行了不同起吊重量、不同吊车运载速度的情况下,附属办公室楼板的竖向加速度响应实测分析；然后,应用前述的三种振动舒适度评价准则对办公室楼板的振动舒适度进行评价和比较。结果表明,美国钢结构协会(AISC11)更适合用于建筑物内部振源包括运动的机械(吊车)、建筑物内部环境复杂等工况下的评价。(3)研究沈阳建筑大学长廊结构(三层带状框架结构)在人群流动荷载影响下的楼板振动舒适度问题。该长廊结构不仅是师生上下课的主要交通枢纽,还为师生提供日常学习和休息的区域。考虑到在特定时间段内的长廊内人员流动较大,容易对学习和休息的师生造成振动干扰。鉴于此,通过测试不同人流密度情况下的长廊楼板振动加速度响应,应用前述的三种振动舒适度评价准则对该长廊楼板的振动舒适度进行了评价。经分析,评价结果均满足要求。这说明对于该长廊结构,其交通区域和休息区域不会产生楼板振动的相互干扰。在所考虑的三种舒适度评价标准中,国际标准(IS02631)提出的1/3倍频程分析方法更能够反映楼板振动的舒适性影响。(4)以沈阳某音乐学院教学楼大跨度舞蹈教室楼板作为研究对象,研究了跳舞者进行典型舞蹈动作时的楼板振动舒适性问题。所考虑的舞蹈动作包括全体女性舞者进行同频剧烈跳动、全体男性舞者进行同频剧烈跳动、男性女性舞者共同进行同频剧烈跳动以及舞者们进行正常上课等多种可能情况。通过对上述情况下楼板竖向加速度进行测试分析,并应用前述的三种振动舒适度评价准则对该楼板振动舒适性进行评价,可以得出结论,国际标准(IS02631)对楼板振动舒适性的分析与现场人员的主观感受较为一致。综上所述,《美国钢结构协会振动舒适度评价标准》(AISC-11)侧重于对加速度限值为0.5m/s2以卞的楼板节律振动进行舒适性评价。此规范更适合对涉及人的活动、物品的位置变动、仪器的冲击以及运动的机械(吊车)等振源引起的振动进行振动舒适性评价。《英国振动舒适度评价标准》(BSI6841)采用的振动舒适度评价指标是由体现振动持时效应的均方根加速度峰值确定的。因此,在利用该标准进行复杂楼板振动过程的舒适度评价时并不能得到较为满意的结论。《国际标准化组织振动舒适度评价标准》(IS02631-2)与中国现行的《建筑结构容许振动标准》(GB50686-2012)内容一致,它们均利用1/3倍频程分析方法来精确地考察人们对振动的客观感受。同时,以人体舒适度的加速度容许振动值表征的评价指标也相对简明清晰,故适合对不同类别的建筑结构振动进行舒适性评价。但由于该标准并不特别针对中国人群,故未来的工作可以在此评价标准的基础上,对其具体参数进行修正,以更大程度上匹配中国人群的振动特征及振动感受。
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【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU311.3

【参考文献】