某工程楼板人行振动舒适度研究Study on Floor Vibration Comfortof a Project学科专业：建筑与土木工程研究生：吴超指导教师：毕继红教授企业导师：于朝晖高工天津大学建筑工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要随着现代工程结构向大跨、轻、柔的方向发展，人活动引起结构的振动越来越显著，这种振动往往不足以为结构带来安全性问题，但是常常会给结构中的人带来不适感，出现紧张甚至恐慌心理，降低了工作，居住质量，影响了人们的正常生活，即所谓的舒适度问题。
本文基于某工程大跨楼板的背景，对楼板结构在人行荷载作用下的舒适度问题展开研究。
首先提出了舒适度问题的概念，概述了国内外关于楼板振动舒适度的研究现状，详细介绍了本文所采用的国际标准中所使用的舒适度评价指标的计算方法，随后对本工程实例展开了有限元理论分析研究。
理论研究采用数值模拟分析的手段考察该工程楼板在人行荷载作用下的竖向振动响应，通过大型通用有限元结构分析软件MIDAS/GEN 进行。
首先建立楼板结构的有限元模型，根据人行荷载的特点确定楼板加载点，确定最不利的人行荷载工况，通过计算得到楼板的振动加速度时程，结合舒适度评价指标对楼板在人行荷载作用下的舒适度进行评价，分析结果表明本工程楼板结构的设计满足舒适度要求。
关键词：舒适度；舒适度评价；有限元分析ABSTRACTAs modern engineering structures develop to the direction of large-span、light and soft, structural vibration caused by human activities behaves more and more significantly. Though the the vibration of structure is often insufficient to bring about security issues, but will often bring discomfort to people in the structure, even tensions and even panic, and then work efficiency will be reduced largely, the quality of living will be badly impacted, which affected the normal life of people, the so-called comfort issues.Based on the background of long-span floors in a project, the study of floor structure behavior related to comfort index under foot load is carried out. In this article, the comfort issue is raised up firstly. And then an overview of the current situation of study on floor vibration comfort domestic and abroad is provided, the international standards used in the calculation method of evaluation index of comfort are described in details. Subsequently, a study of the project instance is launched on the theory of finite element. With the method of numerical simulation analysis, the theoretical study is performed to investigate the vertical vibration response of the floor subjected to foot loads of people. By Finite Element structural analysis software MIDAS/GEN, the finite element model of floor structure is set up firstly. According to the feature of this floor, the load points and detrimental footstep load case is determined. Through calculation process, floor vibration acceleration of the schedule is obtained. Under the evaluating indicator, the comfort level is evaluated and the result shows that the performance of floor structure meets the design specification of this project.KEY WORDS：floor comfort; evaluation of comfort; finite-element analysis目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内外舒适度理论研究现状 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国内研究现状 (4)1.3 本文研究的内容 (6)第二章结构振动舒适度的评价方法 (8)2.1 结构振动舒适度性能的评价指标 (8)2.1.1 基于振幅的评价指标 (8)2.1.2 基于峰值加速度的评价指标 (9)2.2 振动舒适度性能的评价准则 (10)2.3 AISC 准则的应用 (13)2.4 本章小结 (15)第三章楼板的振动舒适度研究理论 (16)3.1 结构动力学的基本理论 (16)3.1.1 基本概念 (16)3.1.2 动力荷载 (18)3.1.3 动力方程 (18)3.1.4 动力学的发展趋势 (20)3.2 楼板振动动力响应的研究方法 (20)3.2.1 理论公式计算 (20)3.2.2 有限元分析方法 (21)3.3 人行荷载的数学描述 (24)3.3.1 人行荷载的时程曲线 (24)3.3.2 人行激励时程的相关参数 (25)3.3.3 人行荷载作用下的强迫振动理论 (26)3.3.4 人行荷载的数学模型 (28)3.4 人行激励的加载与计算 (29)3.4.1 计算假定 (29)3.4.2 单人行走的加载方式 (29)3.5 本章小结 (29)第四章人行振动影响的实例分析研究 (31)4.1 工程概况 (31)4.2 利用设计公式进行评价 (31)4.3 利用时程分析方法评价使用性能 (32)4.3.1 时程分析法基本理论 (32)4.3.2 计算手段 (33)4.3.3 有限元模型的建立 (34)4.3.4 特征值分析 (36)4.3.5 时程分析条件 (43)4.3.6 有限元计算 (45)4.4 本章小结 (47)第五章总结与展望 (48)5.1 总结 (48)5.2 展望 (49)参考文献 (50)发表论文和参加科研情况说明 (52)致谢 (53)第一章绪论1.1 研究背景现代社会的建筑工程结构正在向着高、大、复杂而美观的方向发展，而这些结构在外荷载的作用下很容易产生较大的振动，常常会给结构中的人带来不舒服的感觉，这将直接导致结构的使用性能——舒适性的降低。
随着现代化生活水平的提高，人们对自己生活的质量要求也随之提高，渐渐地对现实中的一些微小的因素也融入到自己考虑的范围之中。
所以说工程设计人员在进行设计验算时就不得不去增加一些必要的环节，除了之前必须要考虑的结构满足刚度、稳定性、强度等条件，还要加入影响人们生活的一些因素。
比如周围施工或者车辆行走带来的振动问题，当然这不同于地震带来的震动，不会给人们带来生命安全，但是却影响了人们的舒适度给人们带来一些不至于危及生命的不舒适感，从而影响了人们的正常工作或者生活，这就是所谓的舒适度问题[1]。
基于以上社会发展实情和人们日益增长的精神文化需求，使得仅注重结构安全性的传统设计理念不足以满足时代的发展要求，在这种情况下，基于使用功能的设计（performance-based design）理念应运而生。
这种理念就是要求在建筑物的设计、施工和运营、维护各个阶段都要考虑到使用者的实际需要，全方面的为使用者提供诸如安全性、适用性、耐久性等方面的便利，同时，努力以较低的建造成本达到令人满意的功能特性，而建筑物在各种外界环境作用下的体现出来的舒适性则是设计中需要考虑的重要内容[2]。
欧洲建筑设计标准ENVI991-1[3]指出，“建筑物的正常使用极限状态要考虑人的舒适度，也需要对能够引起人感到不舒适的振动加以考虑，振动舒适度应该满足ISO 2631 的要求”等，表明performance-based design 这个观点已被欧美等发达国家的结构工程领域接受。
在这个理念的影响下，一些国家和国际组织都纷纷对建筑设计体系进行了意义重大的变革，美国、英国以及国际标准化组织ISO 都先后发布了基于功能理念的新标准，以更好的适用于设计工作。
我国近年来经济飞速发展，带动了大量体育馆、文化场馆等公共场所的建设。
为满足建筑的使用要求，大跨度楼板得到了广泛的使用，而人活动的频率可能与楼板自振频率接近，产生共振，从而引起舒适度问题。