对剧院楼面人致结构振动理解与应用

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1、对剧院楼面人致结构振动理解与应用　　摘要：剧院楼面结构截面高度容易受限，从而导致结构刚度较小，在观众集体起立，及出口走廊处人群密集的情况下很容易造成结构共振，影响人体舒适度。本文以丽珠行政研发楼内的影剧院为例，阐述了这两种状况下的结构动力分析过程，以期为日后类似的设计及应用提供借鉴。关键词：楼面振动人群荷载起立舒适度UnderstandingandApplicationofStructuralvibrationofTheatreFloorunderHuman-inducedexcitationLeiXU(JinggongSteelStructure(Goupe)ABCBuildi

2、ngSystemDivisionShanghai201103)[Abstract]Thecross-sectionheightoftheaterfloorstructureisusuallylimited,sothestiffnessofstructureissmall.Intheconditionofaudiencestandingupandcrowdingonthecorridor,itiseasytoresultinstructuralvibration,whichcanaffectaudiencecomfort.Inthisarticle,takingLizhutheat

3、reasanexample,thestructuraldynamicanalysisisdescribedinthe7casesabove,inordertoprovideanreferenceforfuturedesignandapplication.[Keywords]floorvibration,crowdload,standup,comfort中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：1工程概况丽珠三期工程行政研发楼的3-5层为影剧院，需要设置一个长25.5m，宽9.4m的悬挑看台。为了建筑造型的要求以及观众视角的满足，剧院楼面结构构件的截面高度受到一定的限制，从而影响了

4、结构的刚度。同时由于剧院的功能性作用，离场时走廊处人群的密集，以及散场大量观众同时起立造成的冲击荷载，都会添加楼面结构的负担。看台在这些动力荷载下是否会产生较大的振动从而造成人们心理上的不安是结构设计中必须要考虑的问题之一。采用结构分析通用程序SAP2000建立结构模型，看台部分结构模型示意图如图1所示。其中主梁跨度25.5m，采用1000*600*30*30箱型截面与边梁刚接，次梁则主要采用500*250*8*16焊接H型钢，悬挑端长度为2.18m。图1看台结构模型示意图2人群荷载模拟7影剧院在散场时往往观众都会涌向出口，这时楼面结构就要承受大量人群的同时作用。但是由于人动作的

5、随机性和纷乱性，所以人群荷载一般情况下都比较复杂，在研究时通常是从单个人行走产生的动荷载情况出发，以单个人行走荷载模型为基础，然后研究人群行走的整体荷载模型。目前，单个人行走的荷载模型研究已经比较成熟了，一般参考IABSE建议的数学表达式（公式1）：式中：单个人行走的激励荷载为行人质量，一般取75kg;为步行频率；i一般取1,2,3。为第i阶简谐波的波动因子，，；为相位角，服从随机分布，；在这种情况下，假设了人行走时每一步的激励荷载是相同的，且具有周期性的变化，虽然与实际情况不是完全符合，但是从工程分析的角度来看还是可靠的。7如果将单个人的步行荷载模型按照一定的方式迭加就可以得出

6、人群整体的步行荷载模型。但是由于人的行为具有一定的随机性，在研究人群行走的整体激励荷载时，学者们都有不同的研究成果，通常有以下几种计算模型（人群总数为N）：1）当N个人起步走时，可以将人群的激励荷载等效为;2)假设人群内个人走动具有随机性，服从泊松分布，人群的激励荷载则等效为;3)当人群密度比较大时，众人行走间会形成一种协同作用，反而使荷载相互消减。根据一些学者对人行桥的实测结果，同步概率可为20%~40%。针对本工程情况，采用第三种人群荷载计算模式，同步概率取为30%。影剧院走廊处人群所在面积38.25m2，假定散场时走廊处人群密度为5人/m2，此时N=191。虽然研究认为一般

7、人的自然行走频率为2.0Hz[1]，服从（2.0.175）的正态分布[2]，但是由于此时到考虑人群密度的增加，从而导致频率下降，参考学者的实测数据，可认为此时服从（1.83,0.11）的正态分布[3]。把各项参数代入公式1，运用数值分析软件matlab模拟单人步行荷载,激励（竖轴-kN）与时间（横轴-s）的曲线如图2所示。图2单个人随时间的步行激励荷载然后乘以人群荷载的扩大系数0.3N，就可以得到散场时走廊处的人群行走激励荷载。3在人群荷载作用下的动力时程分析首先，采用sap20