某体育馆大跨空间竖向振动舒适度研究

发布时间：2017-04-15 13:06

  本文关键词：某体育馆大跨空间竖向振动舒适度研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代施工技术在新材料和新工艺的支持下,突破传统结构设计极限的工程正越来越多的出现在大跨度建筑中。在实现跨度增加的同时,楼盖的质量和刚度变化降低了楼盖自振频率,使结构变得更加轻柔而容易引发人致振动问题。由于较大振动的出现直接影响建筑的正常使用功能,动力分析为基础的结构舒适度设计被提出以考虑低频楼盖系统在行人荷载作用下的影响。国内结构设计规范未考虑规律运动场地的舒适度设计,初步估算某体育场大跨楼盖的自振频率不满足国外设计标准给出的最小频率6Hz的要求。本文以北京某高校拟建体育馆的大跨空间楼盖为背景,参考学者对人行荷载的研究成果建立了多种分析工况；在场馆的一层、二层大跨楼盖施加人行荷载,输出时程计算结果以评价楼盖的竖向振动舒适性。研究目的是分析当前设计方案下大跨度楼盖的人致振动特性,评估场馆在正常使用阶段是否满足振动控制要求。本文主要的研究成果如下：(1)国内建筑规范对舒适度设计的规定较少,仅参考国外设计文件对办公室、住宅、商场提出了频率-加速度控制标准,未对运动场地提出进一步的要求。本文比较了多个国外设计标准,确定了国际标准化组织提出的以均方根加速度为基础的舒适度评价标准。结合高校现有体育场的使用功能与人行荷载的研究成果,本文针对多功能场馆提出了以步行、跑步、跳跃运动为主的多个工况模拟使用阶段高频次出现的活动。(2)本文比较了单人、多人以及规模人群作用下大跨度楼盖的响应结果,某高校体育馆的大跨空间楼盖在步行工况下的振动响应较小,不足以引发舒适度问题；跳跃以及跑步工况仅在特定活动步频下引起较大振动响应；考虑协调性因素的规模群体跳跃运动极易引起楼盖的舒适度问题。根据分析结果,体育场等规律活动场所的舒适度分析应以跑步、跳跃为最不利分析工况,以考虑楼盖在行人活动下的振动,且群体活动的影响必须引入到振动分析中。(3)时域信号不能较好反应楼盖的振动特性,对控制点处的响应加速度时程信号进行快速傅立叶变换,在频域上分析了各运动工况下楼盖的振动特性。加速度频谱显示楼盖的较大振动由活动的步频及其倍频与楼盖自振频率接近引起的共振现象引起,且该场馆的大跨楼盖未出现国外学者研究中呈现的荷载高阶效应影响。参考国内外工程案例可知楼盖的振动问题受结构自振特性影响具有特殊性,为避免使用阶段的出现人致振动问题,有针对性的分析楼盖的舒适度是必要的。
【关键词】：大跨楼盖 体育场 钢结构 人致振动 舒适度
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU311.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题背景与研究意义9-11
• 1.2 结构舒适度的研究现状11-15
• 1.2.1 行人荷载实验研究与模拟11-13
• 1.2.2 竖向振动下结构动力响应研究13
• 1.2.3 舒适度问题评价13-15
• 1.3 本文的主要工作15-16
• 第二章 大跨空间楼盖舒适度设计标准16-31
• 2.1 人行荷载竖向力模型16-22
• 2.1.1 单人运动荷载模型16-21
• 2.1.2 群体运动荷载模型21-22
• 2.2 国内外建筑舒适度设计标准22-28
• 2.2.1 《高层建筑混凝土结构设计规程》22
• 2.2.2 加拿大NBC-1985标准22-25
• 2.2.3 美国AISC标准25-26
• 2.2.4 国际标准化组织ISO10137：200726-28
• 2.3 大跨空间楼板舒适度评价方法28-30
• 2.3.1 频率控制法28-29
• 2.3.3 振动加速度控制法29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 大跨空间楼盖人行激励下结构动力分析31-59
• 3.1 基于简化公式计算结构响应31-32
• 3.1.1 楼盖自振频率计算31-32
• 3.1.2 单人步行振动响应计算32
• 3.2 建立体育馆有限元模型32-35
• 3.2.1 结构框架线单元与面单元33-34
• 3.2.2 结构质量源定义34
• 3.2.3 结构阻尼比34-35
• 3.3 体育馆整体模态分析35-38
• 3.3.1 大跨度楼盖振动特性35-38
• 3.4 行人作用下结构动力响应分析38-58
• 3.4.1 单人作用下的结构响应38-43
• 3.4.2 多人作用下的结构响应43-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 某高校大跨空间楼盖的振动舒适度研究59-74
• 4.1 大跨度楼盖振动频域分析59-69
• 4.1.1 步行工况加速度频谱59-61
• 4.1.2 跳跃工况加速度频谱61-67
• 4.1.3 跑步工况加速度频谱67-69
• 4.2 大跨空间楼盖舒适度评价69-73
• 4.2.1 步行工况下楼盖舒适度69-70
• 4.2.2 跳跃工况下楼盖舒适度70-72
• 4.2.3 跑步工况下楼盖舒适度72-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5.1 主要结论74-75
• 5.2 研究展望75-76
• 参考文献76-80
• 在学期间的研究成果80-81
• 致谢81

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