2015.3.30-Gen-楼板舒适度分析-MTCjiangxl

MidasGen楼板舒适度分析北京迈达斯技术有限公司技术中心江幸莲2015.3.311主要内容一、舒适度分析介绍二、midasGen完成舒适度分析2一、舒适度分析舒适度问题三要数•振源——激励荷载•传播途径——楼盖•接受者——居住者31.1振源：人行荷载的模拟单足落步荷载A：脚后跟刚接触地面；A~B：脚对地面作用作用里增大到第一个峰值；B~C：另一条腿摆动后荷载减小C~D：脚蹬地后荷载继续增加D~E：人角逐渐离地后荷载减小单足落步荷载与人的体重和步频有关步频范围：1.6~2.4Hz41.1振源：人行荷载的模拟单人行走荷载对单足落步曲线进行周期性叠加并考虑一定的重叠时间；傅里叶级数模型𝐹=𝑃1+𝛼𝑖cos⁡(2𝜋𝑖𝑛𝑖=1𝑓𝑠𝑡𝑒𝑝𝑡+∅𝑖)𝑃：人的重量𝛼𝑖：荷载动力系数𝑖、𝑡、∅：谐波数、时间、相位角𝑓𝑠𝑡𝑒𝑝：步频51.1振源：人行荷载的模拟多人行走荷载由单个行人产生的行人激励乘以一个系数来表示𝐹𝑝𝑡=𝑚𝑓𝑝𝑡𝑚=𝑁𝐹𝑝𝑡：人群荷载𝑓𝑝𝑡：单人步行荷载𝑚：人群效应系数𝑁：人群总人数61.2传播路径-楼盖的动力特性自振频率刚性墙柱支撑梁式楼盖：𝑓𝑛=0.18𝑔△𝑗，△𝑗——有效重力荷载作用下楼盖跨中变形。框架梁柔式支承梁式楼盖结构𝑓𝑛=0.18𝑔△𝑗+△𝑔，△𝑔——有效重力荷载作用下框架梁跨中变形。假定楼板边界条件后，由程序进行特征值分析得到。71.3接收者——舒适度评价标准大跨度竖向振动舒适度规范标准分类序号标准类别1加拿大标准协会加速度峰值限值2国际标准化组织加速度峰值限值3美国钢结构协会加速度、频率、有节奏激励4英国混凝土协会混凝土楼盖标准；加速度反应系数限制5高层民用建筑钢结构技术规程钢-混凝土组合楼盖标准；频率限制标准6城市人行天桥与人行地道技术规范振动频率限值7高层建筑混凝土结构技术规程频率限值，加速度峰值限值81.3接收者——舒适度评价标准1.自振频率自振频率是楼板的固有特性人的活动频率一般为1~3Hz高钢规：组合楼板的自振频率≥15Hz欧洲：楼板的自振频率≥15Hz加拿大：楼板的自振频率＞5Hz2.加速度相应峰值3.振幅——一般以第一振型对应的最大振幅来评价9人员活动环境峰值加速度限值竖向自振频率≤2Hz竖向自振频率≥4Hz竖向自振频率2Hz~4Hz住宅，办公0.070.05线性插值商场及室内连廊0.220.151.3接收者——舒适度评价标准1.自振频率楼板竖向振动舒适度控制——需要验算楼板自振频率和行走时楼板各点的竖向加速度《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.7.7条(自振频率和加速度)楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz（人步行频率1Hz~3Hz）;楼盖结构竖向振动加速度限值不应超过下表中限值。101.3接收者——舒适度评价标准1.自振频率混规要求：(自振频率)《混规》第3.4.6条对混凝土楼盖结构应根据使用功能的要求进行竖向自振频率验算，并宜符合下列要求：1住宅和公寓不低于5Hz2.办公楼和旅馆不宜低于4Hz3大跨度公共建筑不宜低于3Hz111.3接收者——舒适度评价标准2.加速度相应峰值高规附录A.0.1：竖向振动加速度宜采用时程分析方法计算高规附录A.0.2：近似计算方法𝑎𝑝=𝐹𝑃𝛽𝑤𝑔𝐹𝑃=𝑝0𝑒−0.35𝑓𝑛表A.0.2人行走作用力及楼盖结构阻尼比人员活动环境人员行走作用力𝑝0（KN）结构阻尼比β峰值加速度限值⁡𝑎𝑝/g住宅、办公室、教堂0.30.02~0.050.005商场0.30.020.015室内人行天桥0.420.01~0.020.015室外人行天桥0.420.010.05121.3接收者——舒适度评价标准高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）3.7.7楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）组合板的自振频率f不得小于15Hzω——永久荷载产生的挠度（cm）𝑓=10.178ω人员活动环境峰值加速度限值竖向自振频率≤2Hz竖向自振频率≥4Hz住宅、办公0.070.05商场及室内连廊0.220.1513主要内容一、舒适度分析介绍二、midasGen完成舒适度分析14二、Gen完成舒适度分析2.1Gen中的步行荷载2.2Gen舒适度分析的步骤2.3楼板舒适度控制152.1Gen中的步行荷载单步行走荷载：Baumann连续行走荷载：国际桥梁及结构工程协会IABSE不连续行走荷载：AIJ跑动荷载：AIJ跑动荷载：Allen&RainerATC(AppliedTechnologyCouncil）AISC（AmericanInstituteofSteelConstruction）IABSE（InternationalAssociationforBridgeandStructuralEngineering）162.2Gen舒适度分析的步骤1.特征值分析——自振频率2.时程分析——竖向振动加速度限值定义时程荷载工况定义时程荷载函数定义节点动力荷载进行时程分析并查看结果172.2Gen舒适度分析的步骤1.特征值分析自振频率不小于3Hz注意：整体模型自重转换为质量及荷载转换为质量需考虑Z方向182.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（1）定义时程荷载工况分析类型线性：弹性时程分析非线性：弹塑性时程分析分析方法振型叠加法：需先进行特征值分析(竖向振型质量参与系数）直接积分：NewMark（等加速度/线性加速度）ΔΔ[()]Δ12ttttttt2uuutuutΔ[()]ttttttuu1uut192.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（1）定义时程荷载工况初始荷载ST：静力荷载工况CS：施工阶段分析结果TH：其他时程分析工况阻尼振型阻尼*瑞利阻尼应变能因子20阻尼比计算方法*《建筑抗震设计规范》条文说明10.2.8：方法一：振型阻尼比法振型阻尼比是指针对于各阶振型所定义的阻尼比。组合结构中，不同材料的能量耗散机理不同，因此相应构件的阻尼比也不相同，一般钢构件取0.02，混凝土构件取0.05。对于每一阶振型，不同构件单元对于振型阻尼比的贡献认为与单元变形能有关，变形能大的单元对该振型阻尼比的贡献较大，反之则较小。所以，可根据该阶振型下的单元变形能，采用加权平均的方法计算出振型阻尼比ζi：方法二：统一阻尼比法依然采用方法一的公式，但并不针对各振型i分别计算单元变形能Wsi，而是取各单元在重力荷载代表值作用下的变形能Wsi，这样便求得对应于整体结构的一个阻尼比。212.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（2）定义时程荷载函数《高规》附录A.0.1竖向振动加速度宜采用时程分析方法计算步行荷载的施加：（1）行走一步：可用于设定行走路径后，找到该路径上相应节点，利用程序的接续功能施加。（2）连续行走：可找到楼板中位移最大节点施加222.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（3）定义节点动力荷载指定函数名称指定荷载方向指定到达时间若选择步行一步，可手动计算到达该店的时间后输入。步行速率：0.85~1.1m/s步距：60~75cm设定系数232.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（3）定义节点动力荷载行进路线：1-2-3-……-10定义多个时程分析工况，进行接续分析定义一个时程分析工况，定义每个时程荷载到达时间242.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（3）定义节点动力荷载多个时程分析工况一个时程分析工况252.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（4）进行时程分析并查看结果结果→时程分析结果→位移/速度/加速度第一振型频率：4.9691Hz步行荷载加速度时程曲线262.2Gen舒适度分析的步骤2.时程分析（4）进行时程分析并查看结果结果→时程分析结果→时程分析图形使用性能评价图表(1991)日本规范使用性能评价图表（2004)日本规范使用性能评价图表（倍频带）272.3楼板舒适度控制楼盖振动控制方法（1）建筑物内设有舞厅、健身等设施时，设计首先应确定其位置，使其远离对楼盖振动敏感的功能区（2）结构设计应采取各种措施控制这些设施的振动影响，如加大楼盖结构刚度、提高楼盖结构阻抗、设置阻尼器等（3）针对各种运动场所计算得到的楼盖结构自振频率，应大于楼盖结构最小自振频率[𝑓𝑛]（4）合理的楼盖结构设计，保证结构具有适宜的刚度、阻抗，满足各类运动场所楼盖振动控制要求𝑓𝑛≥𝑓𝑛，𝑎𝑚≤𝑎0282.3楼板舒适度控制调谐质量阻尼器（TMD）/附加振动器应用：抗风及小震，楼板舒适度控制台北101大厦上海金融中心迪拜帆船酒店组成：固体质量+弹簧减震器+粘滞阻尼器原理：通过改变质量或刚度使子结构的基本频率与主结构接近。结构振动时，由于惯性而施加反方向作用力使原结构的振动反应明显减弱。形式：支承式，悬吊式，碰击式TMD，MTMD，ETMD292.3楼板舒适度控制调谐质量阻尼器（TMD）302.3楼板舒适度控制调谐质量阻尼器（TMD）输入自重有TMD无TMD31有TMD无TMD2.3楼板舒适度控制322.3楼板舒适度控制调谐质量阻尼器（TMD）输入质量有TMD无TMD33有TMD——amax=43无TMD——amax=682.3楼板舒适度控制342.3楼板舒适度控制调谐质量阻尼器（TMD）无旋转刚度时容易发生奇异，因而此处输入一较小值。*奇异问题1）Warning“…maybesingular”整体刚度矩阵对角线项中有个别数值太小单元刚度；边界条件输入错误。2）“…abnormal”满足刚度矩阵的容差，但刚度过小或荷载过大，导致位移异常。3）Error“…issingular”与1/0相似，无法保证单元刚度。352.3楼板舒适度控制可能原因：构件的材料和截面信息输入有误，如单元未赋予截面特性值。荷载数值过大，输入荷载时，单位体系异常。边界条件约束不够：如结构底部固接，但与之相连的弹性连接仅有Dz方向（整体左边系Z轴）刚度，结构对其他方向无约束抵抗。可变结构：一般是桁架结构，底部铰接，施加了结构平面外节点荷载，即可变或瞬变。程序自动解除约束：刚性楼板与其他约束，二者矛盾，将自动解除约束。36北京奥林匹克多功能演播塔-东南大学黄瑞新等悬吊式TMD支承式TMD速度减震率46.0%加速度减震率30.5%2.3楼板舒适度控制37频率（Hz）未设置设置（Hz）11.90322.837421.99592.910232.42203.087644.83664.567455.51645.4532福州海峡国际会展中心-北京市院朱杰等关键节点响应对比连廊自振频率对比2.3楼板舒适度控制38TMD安装位置示意图2轴竖向加速度时程曲线对比3轴竖向加速度时程曲线对比减震率：54%减震率：59%上海世博文化中心-同济大学吕西林等2.3楼板舒适度控制39参考文献北京迈达斯技术有限公司，楼板的使用性能评价。徐培福，傅学怡，复杂高层建筑结构设计。吕左超等，北京银泰中心楼盖体系舒适度设计。潘宠平等，武汉火车站大跨度楼面竖向振动舒适度测试分析。折雄雄等，大跨度楼盖振动舒适度研究综述。曹礼林等，人群荷载下大型火车站房大跨楼盖振动舒适度控制研究。马臣杰，张良平等，深圳市当代艺术馆与城市规划展览馆楼板振动舒适度分析。40主要内容一、舒适度分析介绍•振源——激励荷载•传播途径——楼盖•接受者——居住者二、midasGen完成舒适度分析•Gen中的步行荷载•Gen舒适度分析的步骤•楼板舒适度控制41谢谢大家！北京迈达斯技术有限公司42