考虑楼盖振动舒适度的体育馆大跨度预应力次梁楼盖结构布置优化

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随着建筑功能要求的多样性,大跨大空间建筑结构逐渐进入到日常生活中。但是这类结构具有跨度大、质量轻和结构偏柔的特点,容易在人致荷载的作用下产生比较强烈的竖向振动,引起使用者不适,出现振动舒适度问题。大跨预应力次梁楼盖布置形式独特,结构高度小于一般的预应力主梁楼盖体系,可以很好的解决大跨大空间的建筑功能要求。但是它平面外刚度偏小,对竖向振动比较敏感。考虑到对既有建筑进行振动舒适度性能加固的代价较大,本文着眼于将舒适度控制提前到设计阶段,通过调整楼盖的结构布置,改变次梁高度、混凝土板厚、增设平梁底板以及次梁间距等4种因素,得到考虑舒适度控制指标的优化思路。主要研究成果如下:(1)在有限元分析软件ANSYS中,采用实体建模,考虑前六阶模态的模态叠加法,模拟分析所得的结构基频与实测值的相对误差为-5.5%,峰值加速度与实测值的相对误差为8.5%,与实测值吻合良好。(2)采用上述实测验证的模拟分析方法,进行了57个不同楼盖实体模型的模态分析和瞬态响应分析,得到以下主要结论:1)经模态分析得到各模型的前六阶频率值和振型图。其中,低阶振型主要以竖向振动为主,高阶振型可能出现水平振动。2)增加次梁高度或在大跨区域增设平梁底板,大跨预应力次梁楼盖结构的基频都会有显著增加,其中又以增设平梁底板的效果更为显著。改变次梁间距基本不影响结构基频值。增大梁顶混凝土板的厚度,结构基频可能稍有降低。3)利用修正半正弦平方荷载模型,进行大跨预应力次梁楼盖在跳跃荷载下的瞬态响应分析,其结果表明,当跳跃荷载的频率与楼盖结构的基频之间存在分频关系时,楼盖可能出现最大峰值加速度和位移峰值响应。4)对比不同楼盖布置方案在跳跃荷载下的最大峰值加速度和位移峰值响应,其结果表明,增加次梁高度或在大跨区域增设平梁底板,峰值加速度都会有明显降低,其中又以增设平梁底板效果更为显著;增大梁顶混凝土板的厚度,峰值加速度也有所降低。(3)增加次梁高度或增设平梁底板都可以有效解决大跨预应力次梁楼盖的竖向振动问题。增设平梁底板的混凝土用量稍高于增加次梁高度的方案,但可以减少部分钢筋用量。(4)综合模态分析和跳跃荷载下的瞬态响应分析结果,并考虑建筑的全寿命综合费用,对于以楼盖结构振动舒适度为设计控制指标、且结构层高受限时,可以采用增设平梁底板来优化楼盖布置方案。
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