梁静茹实际身高振动舒适度问题研究
张高明钱基宏
Ⅲ目8#H t目R＆|匕g100013)
[摘要】丰女首先射出T一种n前Ⅻ刑的振动舒适废评价方m r并n此基础L对某火车站站房结构在单^和^
{，走作用F的振动*适度进行验算。#☆前人在人}f搬蛐方耐的I忭，本文挺mT一种用t横扭单人行止特载的
简单模型，井在此基础j‘十＆人曲牧，进m”单^”走和单、}^输^F^"走#投起的振动响H进行r耵阻冗
计算和舒适废评价．
【关键词】m^行止荷：^{}止荷拽：扦适度{多点输入
一、引言
建筑物的主要功能是像障人的日常牛产和牛活。由于目前结构的可蛮现跨度越来越大．材料越来越
卖二手房注意事项
轻，结构的摹频越米越低，使得人{T产生的振动往往也会引起结构巾人的币舒适。在第=代铁路辑站
建设中，出现了以下几种新情况．苗先．站t!苦结构更轻更乘，空问和悬挑跨度更大；其次，出现了桥
建合
的“列车．轨道桥梁．结掏一体化”的站房结构新形式。这些新情况使得结构时干外加振动更加敏瞎，
再加上站虏内人流最巨大，持续不断，所以人行引起的振动问趣就显得不可忽视。
幽1是某铁路客运枢纽的站房结构剖呵圈，主体结构包括四层，包括地下一层幕I地上三层。地下
一层是地铁的进出站厅；地上一层是出站广场：地上二层为列车桥梁层(站台层)：地t三层为高架候车
层：
=三层项为弧形大跨屋面，母高点标高约为500米。站房结构主体部分采Ji l钢筋混凝土预应力粱．人跨部分采用割桁架和钢粱。搂板采片I现浇钢筋混凝土楼板，楼板最大跨度达到32m．局部达到44静移篓、扩75m。
舒适度评价方法简介
本文采用振动级法对站房结构在人行作用下的舒适度进行评价，IS02631．1和国家标准《城市区域环境振动测量方法》(G Bl0071．88)q，对振动级的定义如下：
V AL=2019(口。／a o)(d B)(1)其中，VAL为振动级；arm s为振动加速度加权有效值(IIl／s2)；a o为基准加速度，根据IS02631．1标准取值ao=10。m／s2。
首先根据评价点的加速度时程口(f)计算加速度自功率谱密度倪∽(单边谱)，然后根据G口∽按IS02631一l规定的全身振动频率计权因子计算加速度加权有效值arma，进而按式(1)计算振动级VAL，并与规范提供的振动级限值作比较来进行舒适度评价。
人行荷载计算方法
(一)人行走的单步落足曲线和连续行走曲线人在水平面上行走，其重心总是在不断的上升和下降，典
型的名义单步落足曲线(Bishop，2000)如
图2所示。人走动时左右足在一个短暂时间国内是同时着地的，该重叠时间大约是0．1秒。考虑重叠时间dr=0．1s，采用错开相位成后叠加的方法，得到人连续行走的时程曲线。该曲线可以采用傅立叶级数的前几阶，即一系列简谐波的组合来模拟，如下式(2)所示，其曲线形状如图3所示。
厂1
F(f)=Gl1+∑an cos(2a'nf,t+#。)I(2) t4
t2
81
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旺
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星
O．2
O
2023年躲春的属相0．2 0．3 0．4 0．5 0．6 0．7
时间t(8)
图2名义单步落足曲线图3人连续行走激励时程曲线
(二)人行走作用的考虑方法在候车大厅这样的公共场合，人员齐步行走的几率并不大，人的行走多
是杂乱无章的，不仅步频不
同，步调也不一致，甚至步幅也大小不等，行走方向也千差万别。
对于复杂人的步行荷载，我们做一些简化。首先，不考虑步幅和行走方向的差异；然后假设人的
行走荷载作用在一点上(最不利情况)；其次，对不同的人行采用在1．8Hz～2．5Hz之间随机变化的步频；另外，人的步调不一致采用在每个人的行走荷载上加一个随机相位来模拟，将单人行走荷载的相位加上一个【O，2兀1之间的随机数来模拟人步调的前后差异。最后将这些步频、相位不同的单人行走荷载在每一时间点上加和，得到一个人随机行走的激励力时程，其表达如下式(3)～式(6)所示。
耳=random(s) 瓦=random(s) (3)
4lO
f=1．8+0．77(4)
虿=2砺(5)
F=∑∑cos[2聊彳H(纯+磊)】J
J‘一‘一
(6)
其中，i，瓦为s维(人数目)的随机数组(o一1之间)，数字随机生成，用来模拟人行走步频和相位的随机性；f为人行步频的随机数组，在1．8Hz～2．5Hz之间随机变动；万为人行相位的随机数组，在o~2冗之间变动。
由于随机数生成的随机性，这种方法在一定程度上可以模拟人行走的随机性。用这种方法模拟规模为75人的人在随机行走时的激励时程如下图4所示：
占
R
桓
凝
删
靶
(三)人连续行走的三角波模型
在充分研究其他人行荷载模型的基础上，本文给出一种更简单的人连续行走曲线模型——三角波模型，该模型所采用的人行步频可以根据实际情况变化，且表达简练，参数较少，便于应用，其表达式如
下式(7)所示。史上最贱的小游戏
{y=：1．2／(1／2f)．[x-i．(1叫／f)]．(1叫i e Z,>O Y-1I2／／2f)X--1／(1．1(f+)·(1／)I
李雅15部(7)
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该模型的连续行走曲线与其他理论与实验曲线的对比如下图5所示。
￡
￡占
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图5三角波模型与其他模型的对比图6用三角波模型得到的人行走荷载时程对新模型按照随机步频和随机相位构造75人的人行走荷载，每个人的步频／和相位妒采用随机数来模拟，得到下式(8)：
J Y=1．2／r1／2f、．1z—i·(1j．、-I L／Z)+磊J
@’1y_．1．2／(1／2徘一(m(1／另+万]埏乙沦o
四、有限元时程分析
在结构动力分析中，动力响应的求解是基于结构中质量系统的动力平衡来进行的。站房结构在人行荷载作用下的动力平衡方程如式(9)所示，变量为站房结构中所有节点的位移响应向量，荷载为随时间变化的人行激励荷载。
^ft／,+C％+j沁=E(9)式中：
A厶G Xr-站房结构的整体质量矩阵、整体阻尼矩阵、整体刚度矩阵；
，．广人行激励力时程向量： Ht、讥、u广节点位移向量、节点速
度向量、节点加速度向量。
为了计算人行对高架候车层楼面的振动影响，选取楼面中几个跨度较大的位置进行时程分析，计算在人行作用下结构的振动响应。为节省计算量，将人行荷载定点加在结构的竖向振型最大位置，这样得到的人行响应是在人行作用下的绝对最大值。
本文主要做以下三种计算：
(1)楼板在单人行走作用下的振动响应计算；
(2)楼板在单点输入人行走作用下的振动响应计算；
(3)楼板在多点输入人行走作用下的振动响应计算。进行计算的楼板部分如下图
7所示，这部分楼面位于正线上方，跨度达到44．75m，为
减轻自重，采用钢桁架结构，向东与伸缩缝连接，向西与西平台锚固在一起，属于振动响应比较大的
区域。
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曼劁
目7进行^行*自响＆*算的楼板部位
五、结果分析
计算结果以评价点在不同时刻的竖向位移响应给，J{I时间步托微分后得到不同时刻菩节点的速度和加遽度．以楼板生范围内的盎大化移和加速度响席柬进行搂板的安幸性和舒适性评价。f一)单人行走
作用
训并时变化中凡行走的步颠^，以规察人的步频人小埘振动响血的影响。“葬料到不同步频F楼I fl 『结构屉_：j_=嶙向位移卡n加述度响麻如F表2所i÷。
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步捌fH日蜢^竖向位#f一1目^§向n14Ⅲfm州s2)昂大Ⅲ向血】速度(-／ogj
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25】0034
楼板在单人行走作用下位穆和nI述度的最大响应时程如下蚓8所示
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目e楼板在单人行{作用T∞矗★位移W加速度时程
可以看到，单人在楼面上行走引起的振动非常小，峰恤加速度多在0,02％一0069％g之间．如果按照规范规定的l5％g的舒适度上限来考虑．可以允计22～75个^州时齐步行走。
计算樽到单人行走作用下的牾向Z振级为VL列．087dB．远小于国家标准《城市区域环境振动标准》fGBl0070-88)规定的白天75dB，晚上72dB的戳位，满足gF适度要求。
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