考虑随机性人行激励的楼盖舒适度方法研究

考虑随机性人行激励的楼盖舒适度方法研究

梁鹏飞，王文涛，谭伟

（悉地国际设计顾问（深圳）有限公司，深圳518057）

[摘要] 本文综述性地阐释了考虑随机性人行激励的方式，并用“0”“1”分布较真实地考虑了行人位置的随机性；概述了人流密度、群体效应及人桥相互作用对随机性的影响及考虑方式。在此基础上，指明了在有限元软件SAP2000中的快捷实现方式。最后，就以有限元软件计算楼盖舒适度的问题，提出几点注意事项。

[关键词] 人行激励；随机性；舒适度；有限元软件

中图分类号：XXX 文献标识码：A 文章编号：XXX

Analysis Method of floor-comfort due to random Human-induced excitation

Liang Pengfei，Wang Wentao，Tan Wei

(CCDI Group, Shenzhen 518057, China)

Abstract：The Paper generally explains the way of considering the randomness of human-induced excitation. What is more, it involves the stochastic character of pedestrian position via the “0”“1” distribution. In addition, the influence of flow density, group effect and interactive effect between pedetrian and the structure on the randomness of Human-induced excitation is basically discussed, as well as, the corresponding solution is promoted. On this basis, an efficient and operative method could be implemented in SAP2000 is demonstrated. Fanally, some notices regarding with computing the foor-comfort through finite element software are mentioned.

Keywords：Human-induced excitation, randomness, floor-comfort, finite element software

0 引言

随着高强材料的广泛应用，结构跨高比越来越大，如大跨钢梁混凝土楼盖、轻钢屋面、钢结构人行桥及连廊等。虽然结构的强度能够满足承载力极限状态，挠度通过起拱也能满足正常使用极限状态要求，但结构刚度相对较小，导致结构自振频率可能位于人行频率的范围内，行人活动会激励结构共振，并由此引起舒适度的问题。因此，人行激励作用下结构的振动响应研究很有必要。这个问题的关键是对人行激励的处理，真实的人行激励是一种多点的随机性激励，在工程实践中处理起来较为复杂。本文综合相关国内外文献，系统地阐述了人行激励的特点、随机性的考虑方式及在软件中的实现方法，并根据对比分析及研究成果提出了一些考虑人行激励时舒适度计算的注意事项。

1 标准与限值

为了保证楼盖结构具有适宜的舒适度，规范一般采用避开敏感频率和限制结构振动加速度两种方法。避开敏感频率法在中国规范中的具体描述列于表1，对满足表1要求的结构，原则上可不作舒适度验算。对不能避开敏感频率的结构，结构峰值加速度应小于相应限值。目前比较常用的竖向加速度限值标准来自美国应用技术委员会ATC（Applied Technology Council），在不同环境、不同振动频率下，可接受的楼盖竖向振动峰值加速度如图1所示，将不同环境下最小加速度限值列于表2，可以看到，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.7.7条的相关要求与ATC的建议值基本一致。

中国规范对楼盖结构竖向振动频率的要求表1

作者简介：梁鹏飞，硕士，工程师

Email：liang.pengfei @

图1：A TC 竖向峰值加速度限值

竖向峰值加速度限值（m/s 2） 表2

现有文献大多集中于对结构竖向振动加速度的研究，侧向峰值加速度限值研究较少，但对于钢楼梯、人行吊桥等侧向刚度较低的结构，侧向动力反应可能会成为主要问题。文献[1]建议的标准根据ATC 不同环境限值在欧洲规范基础上换算得来，具体如表3所示。

侧向峰值加速度限值（m/s 2） 表3

2 荷载模型

2.1 步行荷载——竖向作用力

人行竖向荷载通常采用IABSE 的行走模型[2]

F v (t )=G[1+∑αvi sin⁡(2i πf v t −φvi )3i=1] （1） 式中：

G 为单人体重，一般取0.75kN 或0.70kN ；f v 为

正常行走的人行激励频率，其范围一般取在1.6Hz~2.4Hz 之间；动载因子α及初始相位φ取值为：f v =2.0Hz 时，αv1=0.4, f v =2.4Hz 时，αv1=0.5, 在其余频率，αv1取线性插值的结果, αv2=αv3=

0.1,φv1=0,φv2=φv3=π/2.

以f v =2.0Hz ，G =0.70kN 为例，连续行走典型竖向激励时程曲线如图2所示。

图2：连续行走曲线（竖向力）

2.2步行荷载——侧向作用力

人行侧向激励模型描述为[3,4]： F h (t )=∑αhi Gsin⁡(2i πf h t −φhi )2i=1 （2） 式中：动载因子αh 取为：αh1=0.033,αh2=0.009; 人行激励频率f h =0.5f p ，范围为：0.8Hz~1.2Hz ； 以f h =1.0Hz ，G =0.70kN 为例，连续行走典型侧向激励时程曲线如图

3所示。

图3：连续行走曲线（侧向力）

2.3 跳跃荷载

通常采用BRE 半正弦荷载模型[5]

F p (t )={K p Gsin(πt/t p )⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡t ∈[0,t p ]

0⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡t ∈[⁡t p ,T]

（3）

式中：K p 为冲击系数（F max /G ），一般取4.7；F max 为动荷载峰值，G 为跳跃者自身重量；t p 为接触时间，

取T/3，T 为跳跃荷载周期。

以T =0.6s ，G =0.70kN 为例，连续跳跃典型竖向激励时程曲线如图4所示。

时间/s

激励/k

N

激励/k N

时间/s