大跨度及长悬挑楼层钢结构运动场人员舒适度分析研究.pdf

建筑结构学报Journal of Building Structures 第 33 卷 第 4 期 2012 年 4 月 Vol. 33No. 4Apr． 2012 012 文章编号 1000-6869 2012 04-0095-09 大跨度及长悬挑楼层钢结构运动场 人员舒适度分析研究 马伯涛 1， 2，杨国莉3，庞玉涛4，张晓娟5，葛家琪1，张曼生1，王 树 1 1． 中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120; 2． 清华大学 土木水利学院，北京 100084; 3． 内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗政府投资基本建设办公室，内蒙古鄂尔多斯 017200; 4． 中国矿业大学 北京力学与建筑工程学院，北京 100083; 5． 北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044 摘要 以内蒙古伊旗全民健身体育中心工程为背景， 对楼层设置运动场的大跨度及长悬挑钢结构振动模拟及结构的人员舒 适度问题进行研究。采用基于实测谱的谐波叠加法模拟人员运动荷载和随机振动法模拟悬挑结构脉动风荷载。对大跨度 楼层人员舒适度的荷载激励频率、 张弦梁拉索预应力度和楼板厚度等影响参数进行分析， 考虑可能出现的各种荷载工况， 分析运动员及看台观众的舒适度。分析表明 改变楼层预应力不能有效改善大跨度结构使用舒适度; 随着楼层板厚增加， 结构竖向加速度和自振频率均近似线性降低; 运动场内和观众看台宜采用不同的舒适度控制指标。研究结果可为楼层设 置运动场的预应力大跨度及长悬挑楼层钢结构工程的荷载模拟、 人员舒适度性能目标和控制标准等提供设计参考。 关键词 大跨度钢结构;悬挑钢结构;预应力结构;人员运动荷载;脉动风荷载;舒适度 中图分类号 TU393. 302TU394. 02文献标志码 A Study on comfort analysis of sport field structure with large-span and cantilevered steel floor MA Botao1， 2，YANG Guoli3，PANG Yutao4，ZHANG Xiaojuan5，GE Jiaqi1，ZHANG Mansheng1，WANG Shu1 1． China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd，Beijing 100120，China; 2． School of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China; 3． Government Investment Basic Construction Office of Ordos Ejin Horo Banner，Inner Mongolia Autonomous Region， Ordos 017200，China; 4． School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology Beijing ，Beijing 100083，China; 5． School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China AbstractBased on the floor structure of the National Fitness Center in Ejin Horo Banner，Inner Mongolia，the vibration simulation and comfort level of large- span and cantilevered steel floor used as sport field were studied． First， harmonic superposition based on the measured spectrum was used to simulate human movement loads and the stochastic vibration was used to simulate the fluctuating wind load on the cantilevered structure． And then，the key parameters about structural comfort of the large- span floor were analyzed． Next，all possible load cases were considered and the comfort level of the athletes and spectators were analyzed． The result showschanging the floor prestressing cannot improve the large- span structure comfort level effectively;the vertical acceleration and natural frequency decrease approximately in proportion with the increase of the floor thickness． According to the of this paper，different comfort control indices should be adopted for sports field and spectators stand，respectively． Design references of load simulation， comfort perance index and control standards are provided in this paper for large- span prestressed and cantilevered steel floor structure project that used for stadium． Keywordslarge- span steel structure;cantilevered steel structure;prestressed structure;human movement load; fluctuating wind load;comfort 基金项目 中国航空规划建设发展有限公司资助项目 技 10 研- 19， 技 11 研-41 。 作者简介 马伯涛 1981 ， 男， 河北唐山人， 工学博士， 工程师。E- mail ambotao gmail. com 收稿日期 2011 年 10 月 59 1工程简介 内蒙古伊旗全民健身体育中心结构总高度约为 30 m， 结构外形总体呈下部楼层收进、 上部大悬挑形 状， 见图 1 和图 2。地下设置游泳池， 形成大空间结 构。游泳池正上方 地上一层 为运动场， 用于篮球 比赛、 手球比赛和羽毛球比赛等; 该层采用了大跨度 张弦梁结构体系， 短向跨度约 40 m; 层平面形状为正 八边形， 最大尺寸为 89 m 89 m， 结构内部为运动场 及看台。地上二层为办公培训用房， 地上三层为羽 毛球、 乒乓球及其它健身活动场所。地上二层及以 上平面为正方形， 平面尺寸为 120 m 120 m， 放射状 布置的钢管相贯桁架， 最大悬挑长度 43 m。 图 1建筑效果图 Fig． 1Architectural rendering a侧视图 b俯视图 图 2工程结构模型图 Fig． 2Structural model of building 大跨度、 长悬挑楼层的使用舒适度超标问题已 在既有工程中有所显现， 国内外对这方面的研究仍 处于探索阶段。结构楼层 楼盖 系统建成后一旦发 生舒适度超标问题， 事后修补技术难度高、 成本大。 因此， 大跨度楼层、 大悬挑楼层设计在满足承载力和 变形要求的同时， 应充分考虑振动舒适度问题。本 文以内蒙古伊旗全民健身体育中心为研究对象， 对 如下问题进行研究 1 一层室内进行各种比赛时， 运动员是否会激发楼板强烈振动， 造成场地内运动 员舒适性差， 影响发挥; 2 在比赛过程中， 运动员激 发楼板强烈振动是否对周围看台观众的舒适度造成 较大影响; 3 多层大悬挑结构楼层是否会受到运动 员运动激励造成人员舒适度超标; 4 多层大悬挑结 构楼层是否会受到强风期脉动风影响造成室内人员 舒适度超标。 2研究现状、 基本理论和研究条件 2. 1大跨度及长悬挑结构的人员舒适度研究现状 近年来， 多层大跨空间结构不断涌现， 随着楼层 楼盖 结构跨度增大， 其竖向振动自振频率将会降 低。当自振频率与人步行频率 1. 5 ～ 2. 5 Hz 接近 时， 人在楼层行走会与楼层结构发生共振， 致使楼层 结构竖向振动超出人能够接受的程度 ［1-4 ］。同样， 对 于多层大悬挑结构， 悬挑区竖向振动的自振频率较 低， 容易引发与人行共振问题; 大悬挑结构也容易与 环境脉动风产生共振响应， 造成悬挑区域人员舒适 度超标。 国内外建筑结构类设计规范对结构的竖向振动 作了一些规定， 如 JGJ 32010高层建筑混凝土结 构技术规程 中规定“楼盖结构应具有适宜的舒适 度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于 3Hz， 竖向振 动加速度峰值不应超过表 1 的限值” ; 美国 ATC Applied Technology Council 于 1999 年颁布的降低 楼板振动设计指南 中， 将楼板振动对人的影响用峰 值加速度衡量， 其限值如图 3 所示。 表 1楼盖竖向振动峰值加速度限值 Table 1Vertical vibration acceleration limits of floor 人员活动环境 峰值加速度限值/ ms －2 竖向自振频率 不大于 2 Hz 竖向自振频率 不小于 4 Hz 住宅、 办公0. 070. 05 商场及室内连廊0. 220. 15 注 楼盖结构竖向自振频率为 2 ～4 Hz 时， 峰值加速度限值可按线 性插值选取。 2. 2人员运动荷载模拟 现有的人员运动荷载 人行荷载 模型主要有落 足双峰模型和谐波叠加模型两种。为体现活动人员 频率多样性、 区域内人与人之间活动相关性以及人 走动过程， 本文采用了基于实测人行荷载谱曲线的 改进的谐波叠加模型。 考虑人员行走符合波的传播过程， 且具有周期 性， 取人员活动对结构的激励荷载 Fj t以三角函数 为基本元素， 其表达为 69 图 3 ATC 楼板竖向加速度控制指标 Fig． 3Floor acceleration control standard of ATC Fj t αjGj∑ n i 1 Pisin 2πfit φi Aj t 1 Aj t∑ m p 1 Fp t e －β sp 2 式中 Fj t为第 j 人员活动对结构的荷载， 表达成与 时间 t 的函数， 此荷载不含人体质量; Gj mjg， mj为 第 j 人的质量， g 为重力加速度; αj为第 j 人活动所产 生的动力系数， 令人足落地时对结构的最大力为 Fjmax， 动力系数可表达为 αj Fjmax－ Gj / Gj，不同 运动方式产生的动力系数不同; fi为第 i 种人员活动 可能出现的频率， 以实测谱的形式给出 ［5］ 111- 112， 如图 8 所示; φi为与 fi对应的相位角， 考虑人员活动杂乱 无章， 相位角可随机生成; Pi为对应于频率 fi的发生 概率; n 为离散化频谱曲线中 fi的个数; Aj t为第 j 人周边的人对第 j 人激励荷载的附加荷载;m 为第 j 人周边的人总数; Fp t为 j 人周边荷载; sp为第 p 人 与第 j 人之间的相对距离;β 为相关性系数， 考虑空 间点与点之间振动的相关性， 以及人与人活动时的 相关性， 本文取 β 为 0. 46［5］ 111- 112。 2. 3脉动风荷载模拟 采用混合自回归滑动平均法模拟脉动风荷载， 具体模拟步骤为 1 确定风特性。采用 Panofsky 脉动风速谱模 拟竖向脉动风， 考虑竖向相关性和水平相关性; 确定 基本风压和风载作用面的体型系数。 2 求回归系数及各个点互相关的随机风过程， 生成 10 min 脉动风时程。此处风时程仅考虑脉动风 分量， 不考虑平均风分量， 整个风时程的均值为 0。 3 进行风速谱检验。 4 由对称性， 取一个方位的悬挑区域分析。将 悬挑部位的顶面简化为 9 个风荷载加载区域 图 4a ， 底面简化为 7 个区域 图 4b ， 按区域生成不同 的脉动风面荷载。 5 计算各区域的风载承载面积。 6 计算各区域的等效节点动力荷载。 2. 4荷载工况 内蒙古伊旗全民健身体育中心工程主要有两个 图 4风荷载加载分区图 Fig． 4Wind load zoning map 舒适度敏感区， 其一是 0. 000 m 标高处游泳池顶的 大跨度张弦梁楼层区域 简称“大跨度楼层” ， 其二 是结构四周的大悬挑区域 简称 “悬挑区” 。本文对 人员舒适度分析主要有两部分内容 ①分析预应力 钢结构楼层的人员舒适度影响参数; ②针对本工程 进行人员舒适度验证。对于人员舒适度验证部分， 依据作用荷载类型不同主要有如下分析工况 1 工况 1 大跨度楼层冲击荷载工况 张弦梁楼层范围内可能举办小型开幕式等活 动， 考虑活动中所有人集体起立的情况。假定人起 立过程中所经历的时间为 0. 7 s 0. 7 s 的起立过程相 当于军训中起立的情况， 该取值为较不利工况; 会议 奏国歌起立等情况， 起立时间可取 1. 0 ～1. 5 s ， 并且 近似认为冲击荷载的曲线为一个周期的正弦波。假 定人起立时重心升高 0. 4 m， 由此计算出最大加速度 为 a 5. 005 m/s2， 动力系数为 α a/g 0. 51 g 为 重力加速度 。此工况单人质量取70 kg， 假设人群空 间密度为4 m2范围内1 人， 并将人的冲击荷载按面积 等效为节点动荷载施加到结构节点上， 典型的冲击 荷载曲线如图 5 所示。 图 5典型冲击荷载曲线 Fig． 5Typical curve of impact load 2 工况 2 大跨度楼层集体活动荷载工况 张弦梁楼层范围内可能举办小型开闭幕式等活 动， 考虑活动中进行入场式、 团体操等表演。人正常 的步行频率在 1. 8 ～ 2. 7 Hz 范围内。由模态分析结 果可知， 结构的前若干阶自振频率恰在此频率范围 内， 结构易与人行激励发生共振。分别取 1. 865 Hz 79 情况 1 、 2. 014 Hz 情况 2 、 2. 300 Hz 情况 3 和 2. 700 Hz 情况 4 四种情况单频谐波荷载进行人员 舒适度验算。人群空间密度假设为4 m2范围内1 人， 单人质量取70 kg， 四种情况动力系数 α 分别为0. 20、 0. 25、 0. 25 和 0. 30。大跨度楼层内所有人的走动同 步调， 将人的动荷载等效为节点动荷载施加到结构 节点上， 典型的荷载曲线如图 6 所示。 图 6典型集体活动荷载曲线 Fig． 6Typical load curve of group activities 3 工况 3 大跨度楼层羽毛球比赛工况 大跨度楼层区域共设有 10 个羽毛球比赛场地， 荷载最不利情况为 10 个场地同时进行双打比赛 共 计 40 人 ， 且考虑比赛时队员动作不一。采用 1. 8 ～ 5 Hz的复合频率荷载时程进行舒适度计算。单人质 量取 80 kg， 动力系数为 0. 5， 并将人的动力荷载按面 积等效为节点动荷载施加到结构节点上， 典型的羽 毛球比赛荷载曲线如图 7 所示， 对应的频谱曲线如 图 8 所示。 图 7羽毛球比赛荷载曲线 Fig． 7Time- history curve of badminton competition load 图 8羽毛球比赛荷载的频谱曲线 Fig． 8Spectrum curve of badminton competition load 4 工况 4 大跨度楼层篮球训练荷载工况 本工况主要考虑多名篮球队员集体训练时的情 况。训练时， 队员主要集中在楼板中部的篮球场区 域。当所有运动员同时做相同的重复动作时， 对结 构的振动最不利。因此， 取运动员慢跑 2. 7 Hz， 情况 I 和快跑 3. 5 Hz， 情况 II 两种情况。每个运动员的 单人质量取为 100 kg， 动力系数为 0. 5 考虑篮球对 结构的附加冲击荷载 ， 并将荷载以节点动荷载的形 式施加在篮球场内的结构节点上。荷载曲线形式与 工况 2 类似。 5 工况 5 大跨度楼层篮球比赛荷载工况 根据篮球比赛情况， 运动员的跑动频率范围和 羽毛球运动相仿， 可采用和羽毛球比赛相同的频谱 计算。每个运动员的质量取为 100 kg， 动力系数为 0. 5。考虑篮球比赛的实际情况 如全场或某个区 域 ， 将整个篮球场简化为 15 个加载节点 如图 9 ， 分别对篮球比赛中可能出现的情况进行分析。可能 出现的情况如下 ①全场布置 把场上10 个人对篮球 场的作用等效为 15 个节点荷载施加在 15 个结构节 点上; ②半场布置 把场上10 个人对篮球场的作用等 效为 6 个节点荷载施加在节点 1、 2、 6、 7、 11、 12 上; ③ 在节点1 和节点6 布置 考虑7 人在节点6 附近， 3 人 在节点 1 附近的组合; ④在节点 1、 节点 6 和节点 11 布置 考虑 6 人在节点 6 附近， 2 人在节点 1 附近和 2 人在节点 11 附近的组合; ⑤在节点 6 和节点 7 布置 考虑 7 人在节点 6 附近， 3 人在节点 7 附近的组合; ⑥在节点 8 和节点 3 布置 考虑 7 人在节点 8 附近， 3 人在节点 3 附近的组合; ⑦在节点 3、 节点 8 和节点 13 布置 考虑 6 人在节点 8 附近， 2 人在节点 3 附近， 2 人在节点 13 附近的组合; ⑧在节点 8 和节点 7 布 置 考虑 7 人在节点 8 附近， 3 人在节点 7 附近的组 合; ⑨在节点7、 节点8 和节点9 布置 考虑6 人在节点 8 附近， 2 人在节点7 附近， 2 人在节点9 附近的组合。 图 9篮球场荷载点分布图 Fig． 9Load layout of loading point on basketball court 6 工况 6 悬挑区人员运动荷载工况 悬挑区楼面主要用作室内休闲广场、 各种球类 练习场、 健身活动场地等。参考图8 所示的频谱曲线 模拟随机人行荷载， 考虑空间相关性。单人的质量 取 70 kg， 动力系数为 0. 3， 人员密度取 12 m2范围内 1 人， 节点动荷载布置图示意见图 10。 7 工况 7 悬挑区风致振动工况 舒适度验算取 10 年一遇基本风压， 地面粗糙度 类别为 C 类。得到典型的结构各部位风速时程及对 89 图 10悬挑区人员荷载布置图 Fig． 10Layout of staff load on cantilevered area 应点的风速谱检验如图 11 和图 12 所示。从图中可 见， 模拟风速时程的拟合风速谱曲线在 0. 1 ～ 10 Hz 区间与 Panofsky 理论谱曲线吻合较好。 图 11脉动风速时程 Fig． 11Typical time- history of fluctuating wind 图 12风速谱检验 Fig． 12Inspection of wind speed spectrum 3张弦梁楼层结构参数分析 选取影响张弦梁楼层结构人员舒适度的荷载激 励频率、 拉索预应力度和楼板厚度三个主要参数进 行分析。 3. 1荷载激励频率影响分析 为获得荷载激励频率对结构振动的影响规律， 以荷载频率作为可变参数， 分析结构振动响应。取 单榀张弦梁简化模型 如图 13 所示， 命名“结构 1” ， “结构 1” 与整体结构模型的模态和静位移相似 进 行分析， 并简化成缩聚模型 命名“结构 2” 编写程 序对荷载频率参数进行分析。 “结构 2” 为集中质量模型， 仅有竖向自由度。为 a三维视图 b立面尺寸 c1- 1 剖面图 图 13单榀张弦梁简化模型 Fig．13Simplified model of single- span beam- string structure 保证 “结构 2” 和 “结构 1” 的近似性， 对结构模态和恒 静载作用下的跨中位移进行对比， 结果见表 2 和图 14， 由此可见 ， “结构 2” 和“结构 1” 的模态和刚度相 似 ， “结构 2” 可以准确表达 “结构 1” 。“结构 2” 为数 值模型， 便于做参数分析。对结构施加单频正弦荷 载， 荷载幅值为定值 考虑人员密度为4 m2范围内1 个 人， 单人质量 80 kg， 动力系数为 0. 5 ， 频率范围取 ［ 1. 1， 10］Hz， 跨中加速度响应与荷载频率的关系如 图 15 所示。从图中可见， 荷载频率对结构加速度 舒适度指标 影响较大， 当荷载频率与结构自振频 率 对于大跨度结构主要是第一阶模态 相等时发生 共振， 结构加速度响应很大; 当荷载频率偏移结构自 振频率时， 结构加速度响应较小。所以， 本文选取人 工合成的复合频率荷载和单频率荷载分别评价结构 的人员舒适度。 3. 2拉索预应力度影响分析 拉索预应力度和楼板厚度两参数对结构振动的 影响分析在 ANSYS 软件平台下采用逐步积分动力时 程分析法进行。本工程的实际情况较为复杂， 举行 活动的种类繁多， 人行走的频率范围较广， 因此考虑 了人员常规行走频率、 慢走频率、 慢跑频率及快跑频 率， 并且考虑人行走过程中单步与结构共振、 双步与 结构共振及三步与结构共振等情况， 采用人行荷载 谱的频率范围为1. 1 ～8. 0 Hz。人群空间密度假设为 4 m2范围内 1 个人， 单人质量取 70 kg， 动力系数为 0. 5， 典型荷载曲线及其对应的频谱曲线见图 16。 99 表 2 “结构 2” 和 “结构 1” 模型对比 Table 2Comparison of models between structure 2 and structure 1 结构 1 结构 2 偏差 一阶频率/Hz1. 8611. 809 2. 8 二阶频率/Hz3. 3593. 316 1. 3 恒载静位移/mm26. 028. 5 8. 8 注 图中质点位置表达沿跨度方向的等分点位置 a “结构 2” 前两阶振型 b “结构 1” 前两阶振型 图 14 “结构 2” 和 “结构 1” 模态对比 Fig． 14Comparison of mode shapes between structure 2 and structure 1 图 15荷载频率与跨中加速度的关系曲线 Fig． 15Relationship curve of load frequency and acceleration response at mid- span 为控制楼板竖向位移， 在张弦梁下弦中布设拉 索， 并施加预应力。改变拉索初拉力对结构自振频 率及跨中点竖向位移的影响关系曲线如图 17 所示。 图中 “归一化索力” 表示拉索初拉力 3 500 kN 的倍 数 ， “频率” 表示楼板结构的第一阶和第二阶模态频 率 ， “竖向位移” 提取结构跨中 篮球场中心 竖向振 动位移的均值 跨中竖向位移在 “均值 0. 23 mm” 范 围内变化 。由图 17 可见， 从对拉索不施加初拉力 到施加 2 倍初拉力变化过程中， 结构第一阶频率从 2. 020 Hz降为 2. 007 Hz， 结构第二阶频率从1. 872 Hz a荷载曲线 b频谱曲线 图 16典型荷载曲线及其频谱曲线 Fig． 16Typical load curve and spectrum curve 降为 1. 854 Hz， 结构跨中竖向位移从 － 91. 5 mm 向 下 至 52. 6 mm 向上 近似线性变化; 拉索初拉力的 增加对控制结构的竖向位移贡献较大， 但对结构频 率改变较小。 图 17结构自振频率及跨中竖向位移与拉索 初拉力的关系曲线 Fig． 17Relationship curve of structure vibration frequency and deflection at mid- span vs． initial tension of cable 拉索初拉力改变对结构跨中点竖向加速度的影 响关系如图 18 所示。图中“maxA” 表示各工况时程 中最大竖向加速度 ， “stdA” 表示各工况竖向加速度 时程的根方差; 最大竖向加速度评价指标较为简单， 为规范及多数工程所接受， 均方差评价指标相比最 大竖向加速度评价指标离散性更小。从图 18 可见， 随着拉索初拉力增大， 结构跨中竖向加速度略有增 大， 但变化范围不超过 6; 拉索中施加的预应力改 变并不能改变结构竖向加速度反应。因此， 对于张 弦梁结构体系， 结构预应力应依据结构挠度限值来 设计， 结构的人体舒适度指标控制不宜通过改变拉 索预应力实现。 001 图 18跨中竖向加速度与拉索初拉力的关系曲线 Fig． 18Relationship curve between vertical acceleration response at mid- span and initial tension of cable 3. 3楼板厚度影响分析 改变楼层的楼板厚度对结构自振频率及跨中竖 向位移的影响关系如图 19 所示， 结构的竖向位移在 “均值 0. 33 mm” 范围内变化。由图中可见， 张弦梁 大跨度楼层板厚从 90 mm 到 190 mm 变化过程中， 结 构第一阶频率从 2. 12 Hz 降为 1. 97 Hz， 结构第二阶 频率从 1. 98 Hz 降为 1. 80 Hz; 相对板而言， 张弦梁提 供的刚度要远远大于板平面外提供的刚度， 增加板 厚， 大大增加了大跨度楼层的质量， 而对整体刚度影 响不大， 致使结构跨中竖向位移增大， 结构跨中竖向 位移从 －6. 3 mm 向下 变化至 －25. 5 mm 向下 ， 近 似线性变化; 板厚的增加对结构的挠度和频率影响 均较大。 图 19结构自振频率及跨中竖向位移与板厚的关系曲线 Fig． 19Relationship of structure vibration frequency and deflection at mid- span vs． thickness of slab 板厚改变对结构跨中竖向加速度的影响关系如 图 20 所示。由图中可见， 随着板厚的增大， 结构跨中 竖向加速度近似线性减小。楼板增厚加大了楼盖质 量， 对抑制结构竖向加速度有好处。采用与第 3. 1 节 相同的荷载计算出的结构跨中竖向加速度均未超出 0. 15 m/s2， 可见， 本工程楼板厚度取 150 mm 对常规荷 载作用下竖向振动的人员舒适度控制来说已经足够。 综上所述， 本工程预应力大跨度楼层板厚取 150 mm， 对应的张弦梁拉索初拉力取 3 500 kN 是恰 当的。 图 20跨中竖向加速度与板厚的关系曲线 Fig． 20Relationship curve between vertical acceleration response at mid- span and thickness of slab 4大跨度楼层人员舒适度分析 对第2. 4 节所列荷载工况进行动力时程分析， 将 运动场区域内及看台附近的竖向振动加速度结果汇 总于表3 和图21。参考表1 和图3 舒适度控制标准， 可得到如下主要结论 1工况1 中， 人员迅速起立等不利工况的冲击 荷载作用下结构跨中竖向加速度为 0. 486 m/s2， 大于 0. 15 m/s2， 但未超过0. 5 m/s2， 且快速衰减; 运动场内 中心区域竖向加速度在5 s 内衰减至0. 15 m/s2内， 边 看台及主看台附近竖向加速度均未超 0. 15 m/s2。分 析得出， 看台区人员舒适度不会受到该类荷载影响， 运动场区域内由于起立过程时间短暂， 且人参与楼 盖相对运动， 不会使运动场区人员感觉不舒适。 2工况2 中， 整个张弦梁结构楼层范围内可能 举办小型开闭幕式、 入场式、 团体操等活动， 分析了 几种较不利的单频荷载激励， 且最大限度考虑了人 员密度。由计算结果可见， 极端同步调活动会激发 运动场区内加速度过大， 但由于在此过程中人员活 动参与楼盖振动， 运动场区内人员的舒适度控制指 标可放宽。情况 1、 情况 2 作用下， 人员活动频率接 近结构固有频率的前两阶， 致使大跨度楼层发生共 振， 但看台区的竖向加速度小于 0. 15 m/s2， 不会使看 台观众感觉不舒适; 情况 3 作用下， 结构跨中竖向加 速度 为 0. 326 m/s2，大 于 0. 15 m/s2， 但 未 超 过 0. 5 m/s2， 看台区的竖向加速度均小于 0. 15 m/s2 ， 不 会使看台观众感觉不舒适; 情况 4 作用下， 人员活动 频率与大跨度楼层 篮球场 的长边方向发生共振， 致使边看台附近的竖向加速度超过 0. 15 m/s2， 但未 超过 0. 5 m/s2。 3工况 3 中考虑羽毛球双打比赛满场的最不 利情况， 计算结果表明， 结构的跨中及看台附近的竖 向加速度均小于 0. 15 m/s2， 不会使运动场区人员及 看台观众感觉不舒适。 4工况 4 中考虑了在篮球训练中常出现的两 101 种情况， 计算结果表明， 结构的跨中竖向加速度小于 0. 15 m/s2， 不会使运动场区人感觉不舒适。 5工况 5 中考虑了多种篮球比赛中可能出现 的荷载分布情况， 计算结果表明， 结构的跨中及看台 附近的竖向加速度均小于 0. 15 m/s2， 不会使运动场 区人员及看台观众感觉不舒适。实际比赛中， 主要 会出现情况① ～ 情况⑤， 结构跨中竖向加速度的最 大值均小于 0. 05 m/s2， 运动场区人员舒适性较高， 不 会对运动员的发挥产生不利影响。 表 3大跨度楼层人员舒适度评价表 Table 3uation of comfort level of large- span floor 工况 加速度响应/ mms －2 边看台附近场地中心主看台附近 maxAstdAmaxAstdAmaxAstdA 工况 1 77. 37. 4486. 263. 565. 58. 2 工况 2 情况 168. 047. 7 1 138. 6 804. 7 144. 6102. 0 情况 262. 243. 7 843. 1 594. 0108. 576. 4 情况 3138. 797. 6 326. 7 227. 845. 031. 5 情况 4426. 2301. 0 481. 3 338. 365. 546. 0 工况 3 15. 64. 679. 131. 113. 34. 6 工况 4 情况 I5. 7 2. 918. 69. 7 情况 II59. 941. 3 92. 162. 5 工况 5 情况①18. 76. 839. 916. 632. 411. 9 情况②29. 211. 339. 915. 131. 112. 8 情况③65. 023. 739. 213. 339. 110. 9 情况④57. 822. 037. 212. 537. 710. 6 情况⑤44. 917. 147. 615. 940. 913. 4 情况⑥49. 016. 3105. 732. 066. 221. 1 情况⑦48. 615. 899. 330. 863. 119. 1 情况⑧49. 115. 696. 330. 674. 221. 5 情况⑨34. 910. 786. 429. 066. 220. 2 注 “场地中心” 表示张弦梁结构的中心点; 工况 1、 工况 2 和工况 3 的 “边看台附近” 表示靠近张弦梁结构短边中心点附近的点; “主看台附近” 表示靠近张弦梁结构长边中心点附近的点。工 况 4 和工况 5 的 “边看台附近” 表示靠近篮球架附近的点 ; “主 看台附近” 表示靠近篮球场长边中心点附近的点。 图 21工况 1 加速度响应曲线 Fig． 21Acceleration response curve of case 1 5悬挑区人员舒适度分析 内蒙古伊旗全民健身体育中心工程大悬挑钢结 构的最大悬挑长度达 43 m， 且具有体育比赛使用功 能， 脉动风作用及人员活动荷载容易使自身刚度不 大、 阻尼比偏小的大悬挑钢结构产生较大振动， 致使 人员感觉不舒适。为此， 建立三维有限元整体结构模 型 结构参数见文献［ 6］ ， 分别对该大悬挑钢结构在 脉动风及人员活动荷载激励下的舒适度进行研究。 5. 1运动激励舒适度分析 依据 2. 4 节工况 6， 对人员运动激励下悬挑楼层 的竖向振动进行分析， 得到竖向加速度分布如图 22 ～23 所示。由图中可见， 悬挑桁架竖向加速度最大 值为 0. 100 m/s2， 悬挑区楼面竖向加速度最大值为 0. 299 m/s2。柔性地平上运动场舒适度评价指标可 参考图 3， 悬挑区楼面舒适程度 用竖向加速度评价 位于 “室内连廊、 商场、 餐厅、 舞厅” 与“室外天桥” 舒 适度限值之间。人员活动与楼面振动同时发生时， 人员能够忍受的楼面振动加速度比人员静止时能够 忍受的楼面振动加速大; 且该区域为练习场， 人员活 动及运动员练习舒适性要求较低。因此认为该结构 悬挑区楼面满足人员舒适度要求。 图 22悬挑区楼层竖向人致加速度分布 Fig． 22Maximum vertical human- induced acceleration of cantilevered area 图 23悬挑区楼层人致最大竖向加速度时程曲线 Fig． 23Time- history curve of human- induced vertical acceleration of cantilevered area 5. 2风振舒适度分析 依据 2. 4 节所述的脉动风荷载模拟方法及分析 工况 7， 取结构一个悬挑区域进行 10 年一遇脉动风 荷载作用下的竖向振动分析， 得到典型楼层加速度 分布如图 24 所示， 提取竖向加速度最大点的时程曲 线如图 25 所示。由图中可见， 由于室内广场的外围 护钢结构将悬挑区的钢结构上屋盖与下平面钢桁架 201 有效联系， 楼层最大竖向加速度没有出现在悬挑区 域端部， 而是出现在悬挑区距悬挑端部约 14 m 的位 置， 最大竖向加速度为 0. 202 m/s2， 而悬挑端部竖向