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武昌火车站大跨度楼面竖向振动舒适度测试分析

潘宠平１钱基宏１刘小弟１李敬学２孙少军２

（１中国建筑科学研究院，北京１０００１３，２铁道第四勘察设计研究院，武汉４３００６３）

摘要：在２００８年春运期间对武昌火车站站房大跨度楼面结构进行的现场竖向振动测试结果表明，站房楼面结构竖向振动除受候车人群活动影响外，火车过站等环境因素对站房楼面结构竖向振动影响不能忽略。同时用有限元计算分析了节律运动时结构的动力响应，对比实测与理论分析结果表明二者具有较好的一致性，提供了结构舒适度评估的一种有效方法。实测和计算结果表明武昌火车站大跨楼面结构竖向振动舒适度满足限值要求。

关键词：竖向振动舒适度大跨度楼面结构

一、引言

现代楼面结构由于使用功能或建筑效果的需要，使得楼面结构跨度越来越大，楼面的竖向自振频率越

来越低。在人的正常活动下，当楼面结构自振频率接近于人的步频时，易于产生楼面共振，在一定的情况下，这些振动将导致一些使用者感到不舒适，因而需要关注竖向振动舒适度问题。

武昌火车站改扩建工程西站房主体为框架结构，部分柱为钢管混凝土或钢骨混凝土柱，Ｂ区标高８．１５ｍ

楼面为双向钢一混凝土组合梁楼面（无压型钢板），区域７０．２ｍｘ３０ｍ，混凝土板支承在双向井式（３ｍＸ３ｍ）

钢梁上，组合梁采用箱型截面和工字型截面，钢材为Ｑ３４５；混凝土板强度ｃ３０，板厚１２０ｍｍ。楼面结构

平面布置图参见图１。

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图１楼面结构平面布置图

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有限元计算结果表明，楼面结构一阶竖向自振频率为３．１Ｈｚ，与《城市人行天桥与人行地道技术规范》

（ＣＪＪ６９．９５）第２．５．４条“为避免共振，减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于３Ｈｚ。”

要求的频率接近。为此，参考国内外相关资料确定楼面结构竖向振动舒适度的评价方法，并根据其评价指标要求实测结构振动响应和有限元计算结果，以对楼面结构竖向振动舒适度进行评价。

二、

楼面竖向振动舒适度评价指标

生理学上，对人暴露在振动环境下，人对环境振动的反应，频率范围在１００Ｈｚ以下，而人体作为一个动力系统，发生共振的频率范围为（３～１２）Ｈｚ。振动不但是可以被人感觉，而且可以令人不舒服，产生恐惧，

或者疼痛，它与结构的频率、结构振动的持续时间、振源的性质、人的状态（比如站着，坐着）、人的年

龄、性别都有关系，ＩＳ０２６３１ｉｌｊ对此给出了相关描述。对于建筑物来说，舒适感主要是指人在绝大部分时间内感受不到建筑物的振动。因此，满足振动舒适度要求的振动加速度水平往往和振感阈值有关，振感阈值给出了大多数建筑物发生不可接受的振动加速度水平的下限，对于可接受振动加速度水平的上限则在一倍到几倍振感阈值范围内变化，一个合理的上限取值依赖于振动的特性、持续时间、人在建筑物中所从事的

活动和其它视觉、听觉诱导因素。在办公室或是住宅中的人不喜欢能明确感受到的振动（峰值加速度约为

０．５％ｇ），但是参加某种活动的人可能就能接受１０倍以上的振动（峰值加速度约为５％ｇ）。在舞厅周围用餐，在健身房附近负重或是站在商业区的人所能接受的振动大约介于两者之间（约１．５％ｇ）。

通过对各个时期国内外规范或标准和研究成果【２’９】可以看出，对于结构的振动舒适度的评价比较复杂，评价方式也很多。通常评价舒适度的参数有：振幅、速度、加速度、阻尼、频率，其中加速度又可以分为平方根加速度，ＶＤＶ加速度、峰值加速度，如Ｒｅｉｈｅｒ和Ｍｅｉｓｔｅｒ标准采用振幅来评价；Ｍｕｒｒａｙ标准采用振幅和频率共同来评价；ＡＩＳＣ．１１推荐采用峰值加速度和频率限制来衡量。由于峰值加速度在计算的过程中已经包含了结构的参与质量，阻尼，频率等因素，舒适度的评价标准越来越趋于用峰值加速度来衡量。

综合国内外相关标准，参考ＡＩＳＣ．１１标准【９】以峰值加速度为竖向振动舒适度控制指标，参数见图２，建议车站候车室竖向振动舒适度评价标准按图中商业区环境选用，适用的结构一阶自振频率延展为３Ｈｚ～２０Ｈｚ，具体限值见表ｌ。

表１

人员活动的环境车站候车区

跳跃或者其他剧烈的节律运动．

图２ＡＩＳＣ标准曲线

建议的车站候车区加速度限值

人的活动行走

０．０１￣０．０５

０．０２

结构的阻尼比

峰值加速度限值（ｇ）

Ｏ．０１５

楼面结构振动测试方法

根据舒适度评价指标，主要测量结构的竖向振动加速度和阻尼，结合楼面竖向振动计算结果和现场实际状况，振动测试选用９４１Ｂ型拾振器和配套的振动信号采集自理系统。记录人在楼面行走、跳、跑等动

作及候车引起的楼面竖向加速度，并通过软件分析计算结构各阶模态下的阻尼，评价结构竖向振动舒适度。考虑实际使用状况，按不同工况进行测试，对整个楼面系统将传感器布设于整个区域，传感器布设于楼面纵横梁交点处，按计算的楼面振型结果综合考虑布设；对局部板块，其竖向振动受板块内的局部活动明显，

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需测试人活动走、跑等板块内的活动，将传感器布置在局部板格内，以测量局部板块的加速度响应。现场测试于２００８年２月进行，布设６只９４１Ｂ型拾振器，拾振器考虑两种布置方式，其中全局测点用“Ｇ”，局

部（整体图中阴影部分）测点用“Ｌ”标识，具体测点布设位置见图３。

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圈３竖向振动舒适度测点布置方案图

四、

振动测试结果

动力特性测量正值春运期间，测试区域为站台入口处，候车人群密集，人流量大，充分体现了扩面结构在使用期间的工作状态，使测试工作具有充分的代表性。测试按楼面结构整体和局部区分别进行了

试，

以充分评估其竖向振动舒适度。在测试区间，通过测试整体结构振动特性，楼面竖向振动基本频率在３．３Ｉ－Ｉｚ～３．４Ｉ－Ｉｚ范围内，阻尼比约３．６％，典型测试信号自谱图见图４。

图４＿测点Ｇ２自谱图圈４ｂ

测点Ｇ３自谱图

在候车时段，主要测 …… 此处隐藏：3845字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……