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《湖南科技大學學報》2016年第一期

摘要:

人行等荷載作用引起的振動舒適度是懸挑結構正常使用極限狀態設計的重要內容，懸挑結構在荷載作用下有可能產生較大的動力響應，可能會引起人體的不舒適感．以某大學綜合樓伸縮縫兩側懸挑梁板在荷載作用下會產生明顯的豎向位移為例，對其進行了外觀尺寸檢查、靜載和動載試驗，測出了它的自振頻率和位移幅值，并進行了相應的舒適度評價，為房屋懸挑結構振動舒適性評估提供了試驗依據．

關鍵詞:

懸挑結構;舒適度評價;自振頻率

近半個世紀以來，由于振動而產生的危害已經越來越多，受到了人們的普遍關注．在以往，學者們往往著重于研究橋梁、隧道、地鐵等由交通工具引起的振動問題．隨著建筑新材料的發展和應用，大跨度、長懸挑等結構應用越來越普遍．由于這些結構其豎向自振頻率較低，在人行激勵下會產生明顯的振動，使人產生不舒適的感覺，振動舒適度問題已經日益成為結構正常使用功能性要求中需重點考慮的問題［1－4］．本文以某大學綜合樓伸縮縫兩側懸挑板為例，對其在人行隨機激勵下的動力特性進行了現場實測和分析，根據德國學者Dieckman提出的狄克曼指標K作為評價標準進行了舒適度分析，并和國內一些舒適度評價標準得出的結果進行了比較．

1工程概況

某大學于2011年上半年破土動工，2012年3月已基本完成主體工程的建設．2014年9月已經基本完成裝修．該樓為8層的鋼筋混凝土框架結構綜合辦公樓，在接到施工單位關于綜合樓伸縮縫兩側懸挑梁板在荷載作用下人體能感覺到豎向位移的反應，并有一定的不舒適感。為了全面掌握該部分結構承載能力及正常使用功能情況，確保該部分結構的安全使用，筆者組織相關檢測人員于2012年3月和2014年11月分別對懸挑樓板進行了外觀尺寸檢查、靜載試驗、動載試驗等一系列檢測和荷載試驗．本文著重分析綜合樓伸縮縫兩側懸挑樓板系統在人為隨機激勵作用下的動力特性．

2振動舒適度的評價標準

目前國內外對于樓板振動舒適度的評價標準各有不同，但歸納起來主要可以分成2類［5］:一類是根據樓板的振動動力特性，使樓板結構的自振頻率避開人體敏感的頻率范圍．另一類是根據樓板結構在外部荷載作用下的振動響應來作為舒適度評價的標準．第一類評價標準考慮到人正常行走的頻率介于［6］1．45～2．5Hz之間，為避免樓板結構在人行激勵下發生共振現象．各個國家對樓板結構的振動頻率做了相應的規定．美國規范通過控制結構的最小剛度來控制樓蓋的舒適度［7］，對樓板的最小自振頻率和最大撓度進行了限制，對于步行樓板，分別為3Hz和28mm;對于一定頻率振動的樓板，分別為5Hz和10mm．韓國《組合樓板設計標準》［8］規定樓板的自振頻率不得小于15Hz;我國在《城市人行天橋與地道技術規范》(CJJ69－95)［9］中規定人行天橋的一階豎向頻率必須大于3Hz．另一類評價方法主要是通過采用樓板結構在人行激勵下的某一最大振動響應指標來進行舒適度評價．一般用結構振動的加速度作為評價依據．本文根據2012年3月和2014年12月對懸挑樓板測試的結果，綜合第一類評價標準和德國學者Dieckman提出的狄克曼指標K，對某綜合樓伸縮縫兩側懸挑梁板進行了舒適度分析．狄克曼指標［10］是用來判別人體對結構振動舒適度效果的界限．結構豎向振動時，狄克曼指標K的計算公式如下。

3結果分析及舒適度評價

3．1靜力特性分析由于本樓伸縮縫兩側懸挑梁板的跨度相對較大，經測量得本結構跨度最大為4．37m．根據大跨度樓板阻尼小、基頻低的特性，在人日常活動激勵作用下會產生豎向振動，超過一定的界限時會影響使用者的不安和心理恐懼．針對此特點，于2012年3月和2014年11月分2次對相關樓板的靜力特性和動力特性進行了現場實測，其中通過靜載試驗發現該樓板的最大撓度為0．43mm，根據《混凝土結構設計規范》(GB50010－2002)中的規定，受彎構件的最大撓度應按荷載效應的標準組合并考慮荷載長期作用影響進行計算，當構件的計算跨度L＜7m，撓度不得大于L/200(L/250)，可得最大撓度限值為17．48mm(L為4370mm)，對比實測數據，最大實測撓度遠小于規范要求的撓度限值，該結構滿足使用的要求．

3．2動力特性分析本文重點從動力特性方面研究，通過現場實測，記錄樓板系統在人為隨機激勵作用下的豎向振動信號并分析其頻率．根據2012年3月現場測試的數據可得，該樓板結構的一階自振頻率在9．78～10．01Hz之間，取均值為9．89Hz，滿足《城市人行天橋與人行地道技術規程》(CJJ69－95)第2．5．4條“為避免共振，減小行人不安全感，天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3Hz．”這條要求．同時也滿足［11］美國鋼結構設計規范中樓板振動頻率不應小于3Hz的建議取值．而人正常行走頻率通常介于1．45～2．5Hz之間，豎向有節奏的跳躍頻率通常介于2．5～3．5Hz．”因此一般情況下的人體運動不會造成與樓板的共振．

3．3舒適度評價對于2014年11月現場檢測的數據，經過軟件處理分別得到懸挑樓板主樓一側和側樓一側的頻率譜分析圖．根據德國學者Dieckman提出的狄克曼指標K，來判別人體對結構振動舒適度的界限．分別計算出側樓一側和主樓一側的狄克曼指標如表2和表3所示。從表2和表3可知，綜合樓側樓一側和主樓一側在人行隨機激勵下，狄克曼指標的數值分別為6．625和6．885．這2個數值都處于1～10之間，由狄克曼指標K評定標準可得，人體對本懸挑結構的舒適度處于能忍受任意長時間的振動和能忍受短期振動之間，整體來說本結構的振動舒適性滿足日常使用要求．這和前面用自振頻率的分析方法得到的結果是一致的，說明狄克曼指標可以用來分析人體對房屋懸挑結構的舒適度反應．筆者在2012年3月裝飾前測得該樓板的自振頻率為9．89Hz左右，懸挑樓板在荷載作用下人體能感覺到豎向位移的反應，并有一定的不舒適感，而在2014年11月裝修后測得的頻率在13Hz左右，懸挑樓板在荷載作用下人體基本感覺不到豎向位移的反應，而且也沒有不舒適感的反應，說明通過裝修后該懸挑樓板結構的動力特性發生了一些變化，更加有利于人體對該懸挑樓板結構的舒適度要求．

4結論

1)通過現場實測和分析，某大學綜合樓兩側懸挑樓板在人行隨機激勵下其振動舒適度滿足功能和使用的要求．2)某大學綜合樓兩側懸挑樓板裝修后結構動力特性發生了一些變化，自振頻率有所提高，更加有利于人體對該懸挑樓板結構的舒適度要求。3)結構設計人員在對結構進行設計時，除了注重結構的承載能力，還應該重視由于結構變形引起的人體舒適度變化著一現象．

參考文獻:

［1］陸春華，金偉良，宋志剛．基于振動舒適度要求的混凝土樓板自振頻率分析［J］．建筑科學，2010，26(7):43－46．

［2］折雄雄，陳雋．大跨度樓蓋振動舒適度研究綜述［J］．結構工程師［J］．結構工程師，2009，25(6):145－149．

［3］馮鵬，金飛飛，葉列平，等．人行天橋結構振動舒適度定量化與振動特性實測研究［J］．振動工程學報，2013，26(4):545－553．

［4］宋志剛．基于煩勞率模型的工程結構振動舒適度設計新理論［D］．杭州:浙江大學，2003．

［5］陽升，錢基宏，趙鵬飛，等．武漢火車站大跨度樓面結構振動舒適度研究［J］．建筑結構，2009，39(1):28－31．

［6］赫明月，曹玲芳，周德源．某復雜長懸挑結構振動舒適度分析［J］．結構工程師，2013，29(5):59－66．

［7］甄偉，盛平，張力，等．財富中心懸吊樓蓋結構舒適設計及檢測［J］．建筑結構，2011，41(1):52－55．

［8］郭朋，屈文俊，熊天齊．大跨度樓蓋結構舒適度評價標準人行激勵研究綜述［J］．結構工程師，2014，30(2):155－163．

［9］中華人民共和國行業標準．CJJ69－95城市人行天橋與人行地道技術規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，1996．

［10］安里鵬，李德建，胡立華．高速公路高墩大跨連續梁橋車橋偶合動力響應分析［C］//湖南省第七屆研究生創新論壇現代交通土建與新型城鎮化建設分論壇論文集．湘潭:湖南科技大學，2014．

［11］何衛，謝偉平．基于舒適度評價的大跨度車站結構精細化模型研究［J］．土木工程學報，2014，47(1):14－23．

作者：祝明橋 蔡云都 呂偉榮 謝子蓉 單位：湖南科技大學 土木工程學院