体育场大跨度连廊的舒适度分析及振动控制

2019-08-05阴光华

山西建筑 2019年12期

阴光华

(中国建筑第八工程局有限公司工程研究院，上海 200122)

1 工程概况

奥体中心体育场屋盖钢结构平面近似为圆形，南北向长度约291.5 m，东西向长度约为311.6 m，由索承网格结构、管桁架结构、钢网架结构以及大跨度空中连廊等构成，如图1所示为体育场屋盖俯视图。体育场南北端空中连廊采用三角形巨型桁架结构，详见图2。下部支承于钢框筒上，结构高度33.6 m，东西长112 m，南北宽22.8 m，最大跨度82 m。三角巨型桁架包含平面桁架、立面三角桁架两部分，部分节点采用焊接球连接。钢框筒为钢框架结构，主要构件截面形式有：B1 000×1 000×45×45，B1 000×1 000×55×55，B1 200×1 000×55×55，B400×400×30×30。三角形巨型桁架结构形式为网架桁架，网架主要在底部；桁架为竖向片状桁架，共计15片，之间用圆管或方管连接。

表1 结构前十阶振型竖向质量参与系数

模态号12345678910频率/Hz1.962.552.933.143.854.054.074.264.444.58竖向质量参与系数/%9.9522.722.722.723.423.426.826.826.826.8

文献[1]查阅了国内外关于振动舒适度研究的文献和资料，将各国关于楼板振动舒适度的评价标准进行了汇总，从评价方法和评价指标等方面系统地阐述了振动舒适度评价领域的成果和现状。目前世界主要采用加速度控制的方式评价楼板的舒适度[2]。首先对大跨度连廊部分进行了特征值分析，结果表明该大跨度连廊前十阶自振频率较为密集，自振频率和竖向质量参与系数见表1，结构基本周期为0.51 s，第一阶振型即为竖向振动。前四阶振型模态见图3。

2 加速度响应分析

人行荷载的模型采用IABSE(International Association for Bridge and Structure Engineering)提供的连续步行荷载，IABSE在定义步行荷载时考虑的是步行者走动时由于其自身重量而导致的持续作用效果。在荷载曲线确定的情况下，可以根据实际情况指定人行荷载的频率、荷载值等。本文中定义人的重量为0.7 kN，分析时间步长取为0.005 s。不同行走模式的步距和频率见表2[1]，时程曲线见图4。

表2 不同行走模式的步距和频率(一)

该体育场为甲级体育场，考虑举办大型赛事时人员密集，考虑人行密度1人/m2,因行人前后间距变小，已不能自由按照本人意愿行走，行人步频已接近相同[3]。考虑行人同频率、同相位在连廊上慢速行走、正常行走、快速行走、慢速跑步、快速跑步的行走模式，可求得各工况下最不利点1 645节点(如图1所示)的加速度响应(见图5)。

从图5中可以看出，连廊在慢速行走、正常行走、快速行走、慢速奔跑和快速奔跑下加速度响应峰值分别为0.26 m/s2,0.25 m/s2,0.27 m/s2,0.67 m/s2,1.22 m/s2,结果表明，慢速行走、正常行走、快速行走时加速度峰值均小于《城市人行天桥与人行地道技术规范》要求的0.05g的限值[4]，满足舒适度要求；连廊在慢速跑步和快速跑步荷载作用下的加速度峰值大于规范要求的0.05g的限值，不满足舒适度要求。

表3 不同行走模式的步距和频率(二)

TMD编号质量/kg弹簧刚度/N·m-1阻尼系数/Ns·m-11985138 0521 645

现有研究表明TMD对于大跨度人行桥、连廊的振动控制是十分有效的。前述分析表明，慢跑和快跑的步频与连廊的三、四阶自振频率较为接近，因此，TMD调频取为三、四阶自振频率附近，取为3.0 Hz。根据文献[5]中TMD参数优化方法可得到TMD参数见表3,TMD施加位置见图6，施加TMD之后1 645点的加速度响应时程曲线见图7。