基于调谐质量阻尼器的大跨度楼盖舒适度分析

基于调谐质量阻尼器的大跨度楼盖舒适度分析

付仰强王宁

中国中元国际工程有限公司北京100089

摘要：立足于某体育场大跨度楼盖，提出一种新型的调谐质量阻尼器，并通过对某体育场馆大跨楼盖的舒适度分析，实现了大跨楼盖的竖向加速度控制。分析结果表明，该TMD能够满足应用要求，同时显著改善大跨楼盖的舒适度。

关键词：TMD；舒适度分析；减振控制

引言

近年来，随着经济建设与文化发展的需要，轻质、高强建筑材料及新型结构体系的普及使得大跨度楼盖在体育场馆、会展中心、大型候机（车）厅等公共建筑中的应用日益广泛，人致振动作用下结构的振动响应及舒适度问题也愈发突出。

传统楼盖设计，为了防止过大的人致振动响应，一般采用将结构自振频率与人致激励频带相隔离的方法[1-3]。频率隔离法虽较为简单，易于工程应用，但该法设计的楼盖偏于保守，经济性较差，无法考虑楼盖各阶模态质量、阻尼特性，难以有效准确地评价楼盖振动舒适度性能。鉴于减振效果显著、易于实现、经济性好的优点，调谐质量阻尼器越来越多的用于人行天桥、大跨楼盖结构的竖向振动舒适度控制[4-6]。

本文基于实际的工程应用，提出一种新型的调谐质量阻尼器；针对不同的人致激励下某运动场地大跨楼盖的振动舒适度进行了分析，提出了基于该TMD的减振控制方案，对大跨楼盖的舒适度控制给出了一些建议。

1一种新型调谐质量阻尼器

调谐质量阻尼器（TunedMassDamper，简称TMD）采用调谐吸振的减振策略，是一种依靠在结构某部位施加惯性质量，并配以弹簧单元及阻尼单元，通过惯性质量与主结构控制振型谐振吸收及消耗主结构振动能量的减振装置，本质上讲是一种结构振动的利用。

本文立足于某实际工程，提出了一种参数可调、构造简单、易于安装实现且节省建筑空间的新型调谐质量阻尼器，如错误！未找到引用源。所示，主要包括：刚度元件、质量元件及阻尼元件，通过调整拼装质量块及刚性垫片的数量调整质量及刚度，本装置保证减振效果的同时提高建筑空间的利用率，已获得发明专利授权。

图1调谐质量阻尼器构造示意图

（11-型钢梁，10-梁腹板，12-梁翼缘，20-楼板，30-刚度元件，40-拼装质量块，50-阻尼元件，60-刚度调节部件，包括刚性垫片62及紧固件63）

2某体育馆大跨楼盖振动分析及控制

本工程地下两层，地上两层，建筑总面积11647m2，建筑总高为18.0m。结构体系型钢混凝土框架结构，地上两层大跨度运动场地，层高6.90m、8.10m，采用组合楼盖，楼盖跨度为36X36m。

2.1楼盖动力特性

为了提高计算效率，采用单层楼盖模型进行计算，楼盖上下框架柱远端固结。结构阻尼比取0.02，动力特性分析前三阶竖向振动频率为2.641Hz、4.765Hz及5.311Hz。结构的竖向振动频率落入人行激励频带范围内，需考虑人致激励下的振动舒适度问题。

2.2人致激励模型

本工程的建筑使用功能为体育场馆，人致激励以节奏性运动为主，人员质量取值60kg，考虑单人行走、同步行走、同步快走、正常比赛、混合使用5个激励工况。

1）单人行走

单人行走荷载模型采用BaumannK.提出的基于一个行人一步的时程荷载函数，考虑了人员的重量及步行速度的影响，实际加载过程中，按照移动荷载进行加载，行走路线沿着结构第一阶模态振动形状的波腹方向。

2）连续行走

行走激励采用IABSE的建议模型，即

3TMD减振分析与舒适度评价

3.1TMD参数优化

TMD系统与主体结构的理论模型可简化为双自由度模型，则由运动学方程整理得到加速度动力放大系数：

图2比赛工况二

（3）混合使用工况

混合使用工况考虑比赛荷载、人员同步行走荷载同时存在的情况，减振后结构加速度最大降低约20%，当激励停止，减振结构的加速度响应衰减的更快。

4结论

通过对某体育馆运动场地的减振分析与设计，对TMD装置进行参数优化后实现了大跨楼盖的竖向加速度控制，可以得到如下结论：本工程采用TMD后，竖向加速度可满足预期标准要求；楼盖结构频率计算时，应考虑木龙骨、木地板的铺设以及下层吊顶、空调设备等附加质量的增加对楼盖竖向振动频率的影响，并按实际情况考虑活荷载及实际边界条件，TMD装置的刚度与阻尼参数现场可调更为有利；舒适度控制标准有待进一步细化。

参考文献

[1]孙利民.闫兴飞.人行桥人行激励振动及设计方法[J]同济大学学报.自然科学版，2004，32

[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]北京.中国建筑工业出版社，2011.

[3]吕西林，丁鲲，施卫星等.上海世博文化中心TMD减轻人致振动分析与实测研究[J]振动与冲击.2012，31

[4]徐培蓁.尹学军.高星亮等.TMD振动控制在登机廊桥上的应用研究[J]工程力学.2012，29

[5]李爱群，陈鑫，张志强.大跨楼盖结构减振设计与分析[J]建筑结构学报，2010，31