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简介（作者编辑）：_某带有悬臂梁多层钢连廊竖向TMD振动控制.pdf
摘要（系统识别）：
第48卷第11期
建筑结构
Vol.48 No.11
2018年6月上
Building Structure
Jun.2018
某带有悬臂梁多层钢连廊竖向TMD振动控制
朱唯丰，涂田刚，陈天麒
(上海材料研究所，上海200437)
[摘要]当轻量化钢结构楼板跨度较大时，因其竖向自振频率往往易接近人行走或者跑动的频率，可能存在与行
人发生共振的危险。共振可能会对行人舒适度、结构的疲劳寿命造成影响。通过某带有悬臂梁的多层钢连廊工程
实例，采用有限元软件SAP2000进行振动控制计算，详细分析了在人行荷载激励下，当TMD(调谐质量阻尼器)在
不同楼层分布的情况下，结构的加速度响应情况，并提出了设计建议。
[关键词]多层钢连廊；调谐质量阻尼器；减振控制；舒适度
中图分类号：TU318.1
文献标识码：A文章编号：1002848X(2018)11009403
Vertical TMD vibration control of a multi-story steel structure corridor with cantilever beam
Zhu Weifeng,Tu Tiangang,Chen Tianqi
Shanghai Research Institute of Materials,Shanghai 200437,China)
Abstract:When the span of lightweight steel structure is large,the vertical vibration frequency of lightweight steel
long-span slab is probably close to the normal pedestrian's frequency of walking or running,so the resonance is easy to
happen.The resonance is likely to make pedestrians feel uncomfortable and affect the fatigue life of structure.A multi-story
steel corridor project with a cantilever beam was taken as an example,SAP2000 was used to calculate the vibration control.
The acceleration response was analyzed when the TMD (tuned mass damper)was distributed on different floors under the
pedestrian load excitation.According to the results,a design proposal was put forward.
Keywords:multi-ayer steel corridor;tuned mass damper;vibration control;comfort level
0
引言
23040
随着人行桥跨度不断增大、新型轻质高强材料
日益运用，人行桥基频不断降低，其振动及带来的行
走舒适性问题也日益突出2]。采用调谐质量阻尼
器(tuned mass damper,TMD)是一种切实有效的结
构振控方法，其在结构振控领域的应用已有30余年
336057602
4060002880,3126000
的历史。本文通过某带有悬臂梁的多层钢连廊工程
图1
钢连廊结构平面图
实例，详细分析了在人行荷载激励下，当TMD布置在
不同楼层或在多楼层同时布置的情况下，结构的加速
度响应变化情况，并针对悬臂梁处进行了局部分析。
工程概述
上海某商业广场两栋商业楼之间设有3层钢结
构连廊，顶层为结构天花板，下面2层为人行通道及
餐厅等公共场合，该结构自身为独立建筑，其竖向刚
度完全由连廊自身的6根立柱直接与基础相连，而
其左右两端悬臂与主楼之间并无刚性连接。连廊平
图2连廊三维模型
面除悬臂梁外长77m,宽16m,层高约5.5m;悬臂梁
度结构，其结构较柔，自振频率往往过低，当小于
端长8.5m,宽16m。钢连廊结构平面图如图1所
3Hz时，极易与人群的步行引起共振。
示，三维模型如图2所示。经计算，结构第1阶自振
2
舒适度预期目标
频率为2.95Hz,小于3Hz。国内《城市结构与人行
国际上可供参考的人行桥舒适度评价标准见表
地道技术规范XCJ6995)规定“为避免共振，减
1。图3为S0规范规定的舒适度曲线。国内《组合
少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应
小于3Hz”。一般类似于天桥、人行桥、连廊等大跨
作者简介：朱唯丰，本科，工程师，Email:zwf624@163.com。
?1994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第48卷第11期
朱唯丰，等.某带有悬臂梁多层钢连廊竖向TMD振动控制
95
楼板设计与施工规范>CECS273:2010)(简称规范
模型拟参考国际标准化组织IS0规范的荷载模型。
CECS273:2010)对民用建筑楼盖振动加速度限值
国际标准化组织IS0规范是以人群密度来考虑
做了规定，如表2所示。
人数N的，人数N=B×L×S,其中B为连廊的宽
度；L为连廊计算长度；S为人群密度。
国际规范中人行桥振动舒适度的临界值
表1
规范类型
竖向加速度
参考国外的研究成果，当桥上有一群人行走时，
英国规范BSI5400-2:2000[4)
amx≤0.5fm/s2
并且桥上的行人能够互不干扰地自由行走时，人群
欧盟规范EN1990
密度上限界定为0.3人/m2,以最不利的情况考虑，
瑞典规范Bro2004
am≤0.5m/s2
IS0规范IS010137:2007
如图3所示
假设该人群全部以共振频率一同激励。
注：amx为竖向加速度最大值am为竖向加速度均方根；f为结
最终，人群作用的竖向荷载模型定义为：
构基频。
0.7
08
式中：P()为均布人行荷载时程函数；0.4为动载因
0.6
0.6
子；f为人行步频；750为假设每人平均重量为
0.5
0.3
0.4
750kN;t为时间，s。
0.3
计算时，整体结构自身阻尼比取0.02，人群竖
0.1
01
0
向荷载在SAP2000中定义为正弦时程荷载加载，以
2345678910
12345678910
面均布荷载的形式作用于楼板上，荷载作用时间为
(a)竖向加速度临界值
(b)横向加速度临界值
30个周期。模型中桥面设定为壳，因此程序在分析
图3S0规范人行桥振动舒适度临界曲线（行人运动中）
时会考虑面的刚度。
CECS273:2010中民用建筑楼盖振动加速度临界值表2
4
TMD不同布置时减振效果分析
室内
室外
由于结构下面2层在开放后会有大流量人群，
环境
办公、住宅、
商场
仅有节奏
教堂
天桥天桥
性运动
因此将3节所述荷载施加于该2层。考虑到此结构
加速度临界值/g
0.005
0.0150.0150.050.04-0.07
在左右两端分别有一悬臂梁伸出端，因此此次分析
本项目连廊结构预计使用场景为商场，结构第
分为2个荷载施加工况，工况1为整层楼面施加人
1阶自振频率为2.95Hz,各规范中振动舒适度临界
行荷载，分析结构在日常情况下，人行荷载均布时的
值如表3所示，此次分析选择参照国内规范中的
振动情况；工况2为只有悬臂梁端施加荷载，分析人
0.015g作为临界值进行分析。
群荷载仅施加于悬臂梁端时的最不利情况。
同时考虑到布置TMD某一楼层时，需判断对其
各规范中振动舒适度的临界值
表3
余楼层是否有减振作用，因此分析时进行了多次分
规范类型
竖向加速度临界值/(m/s2)
析，包括无TMD、仅中间层布置TMD、仅底层布置
英国规范BSI54002:2000
0.87
欧盟规范Euro Code
0.70
TMD、两层都布置TMD这4种情况。具体分析工况
瑞典规范Bro2004
0.50
见表4。TMD的减振原理是以动制动，利用被动产
IS0规范IS010137:2007
0.35
生的与结构同频率反向的振动来抑制结构因外载而
中国规范CECS273:2010
0.15
产生的振动8]，因此其布置位置一般都位于结构振
人行荷载模型的定义及施加
动最大处，如结构跨中处。
由于行人行走过程的复杂性和随机性，国内外
经过多次尝试并且结合结构的受力情况后，
规范对人行激励荷载还没有一个统一的标准。大量
TMD的布置情况如图4所示。分析时，底层单层布
学者通过对天桥在随机人群荷载作用下的实测数据
置、中间层单层布置、两层同时布置时，TMD各楼层
和理论计算结果的对比，总结出一系列准确实用的
平面布置位置相同。楼层中部布置10套TMD阻尼
人群荷载模型，并且国际上目前已有多个规范对人
器，两侧悬臂梁各布置1套，共计12套。TMD有效
行荷载做了定义。目前有英国规范BSI54002:
分析工况
表4
2000、瑞典规范Bro2004及IS0规范IS010137:
分析
荷载
TMD
分析
荷载
TMD
2007中的行人荷载模型，其中IS010137:2007的荷
序号
工况
布置情况
序号
工况
布置情况
载模型考虑相对全面，既有单人荷载模型和人群荷
工况1
无
工况2
无
工况1
仅底层
4
工况2
仅底层
载模型，又有横向荷载模型和竖向荷载模型，同时也
工况1
仅中间层
6
工况2
仅中间层
考虑了人群的非一致步伐情况，因此本项目人群荷载
工况1
底层及中间层
8
工况2
底层及中间层
?1994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.
http://www.cnki.net
摘要（系统识别）：
第48卷第11期
建筑结构
Vol.48 No.11
2018年6月上
Building Structure
Jun.2018
某带有悬臂梁多层钢连廊竖向TMD振动控制
朱唯丰，涂田刚，陈天麒
(上海材料研究所，上海200437)
[摘要]当轻量化钢结构楼板跨度较大时，因其竖向自振频率往往易接近人行走或者跑动的频率，可能存在与行
人发生共振的危险。共振可能会对行人舒适度、结构的疲劳寿命造成影响。通过某带有悬臂梁的多层钢连廊工程
实例，采用有限元软件SAP2000进行振动控制计算，详细分析了在人行荷载激励下，当TMD(调谐质量阻尼器)在
不同楼层分布的情况下，结构的加速度响应情况，并提出了设计建议。
[关键词]多层钢连廊；调谐质量阻尼器；减振控制；舒适度
中图分类号：TU318.1
文献标识码：A文章编号：1002848X(2018)11009403
Vertical TMD vibration control of a multi-story steel structure corridor with cantilever beam
Zhu Weifeng,Tu Tiangang,Chen Tianqi
Shanghai Research Institute of Materials,Shanghai 200437,China)
Abstract:When the span of lightweight steel structure is large,the vertical vibration frequency of lightweight steel
long-span slab is probably close to the normal pedestrian's frequency of walking or running,so the resonance is easy to
happen.The resonance is likely to make pedestrians feel uncomfortable and affect the fatigue life of structure.A multi-story
steel corridor project with a cantilever beam was taken as an example,SAP2000 was used to calculate the vibration control.
The acceleration response was analyzed when the TMD (tuned mass damper)was distributed on different floors under the
pedestrian load excitation.According to the results,a design proposal was put forward.
Keywords:multi-ayer steel corridor;tuned mass damper;vibration control;comfort level
0
引言
23040
随着人行桥跨度不断增大、新型轻质高强材料
日益运用，人行桥基频不断降低，其振动及带来的行
走舒适性问题也日益突出2]。采用调谐质量阻尼
器(tuned mass damper,TMD)是一种切实有效的结
构振控方法，其在结构振控领域的应用已有30余年
336057602
4060002880,3126000
的历史。本文通过某带有悬臂梁的多层钢连廊工程
图1
钢连廊结构平面图
实例，详细分析了在人行荷载激励下，当TMD布置在
不同楼层或在多楼层同时布置的情况下，结构的加速
度响应变化情况，并针对悬臂梁处进行了局部分析。
工程概述
上海某商业广场两栋商业楼之间设有3层钢结
构连廊，顶层为结构天花板，下面2层为人行通道及
餐厅等公共场合，该结构自身为独立建筑，其竖向刚
度完全由连廊自身的6根立柱直接与基础相连，而
其左右两端悬臂与主楼之间并无刚性连接。连廊平
图2连廊三维模型
面除悬臂梁外长77m,宽16m,层高约5.5m;悬臂梁
度结构，其结构较柔，自振频率往往过低，当小于
端长8.5m,宽16m。钢连廊结构平面图如图1所
3Hz时，极易与人群的步行引起共振。
示，三维模型如图2所示。经计算，结构第1阶自振
2
舒适度预期目标
频率为2.95Hz,小于3Hz。国内《城市结构与人行
国际上可供参考的人行桥舒适度评价标准见表
地道技术规范XCJ6995)规定“为避免共振，减
1。图3为S0规范规定的舒适度曲线。国内《组合
少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应
小于3Hz”。一般类似于天桥、人行桥、连廊等大跨
作者简介：朱唯丰，本科，工程师，Email:zwf624@163.com。
?1994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第48卷第11期
朱唯丰，等.某带有悬臂梁多层钢连廊竖向TMD振动控制
95
楼板设计与施工规范>CECS273:2010)(简称规范
模型拟参考国际标准化组织IS0规范的荷载模型。
CECS273:2010)对民用建筑楼盖振动加速度限值
国际标准化组织IS0规范是以人群密度来考虑
做了规定，如表2所示。
人数N的，人数N=B×L×S,其中B为连廊的宽
度；L为连廊计算长度；S为人群密度。
国际规范中人行桥振动舒适度的临界值
表1
规范类型
竖向加速度
参考国外的研究成果，当桥上有一群人行走时，
英国规范BSI5400-2:2000[4)
amx≤0.5fm/s2
并且桥上的行人能够互不干扰地自由行走时，人群
欧盟规范EN1990
密度上限界定为0.3人/m2,以最不利的情况考虑，
瑞典规范Bro2004
am≤0.5m/s2
IS0规范IS010137:2007
如图3所示
假设该人群全部以共振频率一同激励。
注：amx为竖向加速度最大值am为竖向加速度均方根；f为结
最终，人群作用的竖向荷载模型定义为：
构基频。
0.7
08
式中：P()为均布人行荷载时程函数；0.4为动载因
0.6
0.6
子；f为人行步频；750为假设每人平均重量为
0.5
0.3
0.4
750kN;t为时间，s。
0.3
计算时，整体结构自身阻尼比取0.02，人群竖
0.1
01
0
向荷载在SAP2000中定义为正弦时程荷载加载，以
2345678910
12345678910
面均布荷载的形式作用于楼板上，荷载作用时间为
(a)竖向加速度临界值
(b)横向加速度临界值
30个周期。模型中桥面设定为壳，因此程序在分析
图3S0规范人行桥振动舒适度临界曲线（行人运动中）
时会考虑面的刚度。
CECS273:2010中民用建筑楼盖振动加速度临界值表2
4
TMD不同布置时减振效果分析
室内
室外
由于结构下面2层在开放后会有大流量人群，
环境
办公、住宅、
商场
仅有节奏
教堂
天桥天桥
性运动
因此将3节所述荷载施加于该2层。考虑到此结构
加速度临界值/g
0.005
0.0150.0150.050.04-0.07
在左右两端分别有一悬臂梁伸出端，因此此次分析
本项目连廊结构预计使用场景为商场，结构第
分为2个荷载施加工况，工况1为整层楼面施加人
1阶自振频率为2.95Hz,各规范中振动舒适度临界
行荷载，分析结构在日常情况下，人行荷载均布时的
值如表3所示，此次分析选择参照国内规范中的
振动情况；工况2为只有悬臂梁端施加荷载，分析人
0.015g作为临界值进行分析。
群荷载仅施加于悬臂梁端时的最不利情况。
同时考虑到布置TMD某一楼层时，需判断对其
各规范中振动舒适度的临界值
表3
余楼层是否有减振作用，因此分析时进行了多次分
规范类型
竖向加速度临界值/(m/s2)
析，包括无TMD、仅中间层布置TMD、仅底层布置
英国规范BSI54002:2000
0.87
欧盟规范Euro Code
0.70
TMD、两层都布置TMD这4种情况。具体分析工况
瑞典规范Bro2004
0.50
见表4。TMD的减振原理是以动制动，利用被动产
IS0规范IS010137:2007
0.35
生的与结构同频率反向的振动来抑制结构因外载而
中国规范CECS273:2010
0.15
产生的振动8]，因此其布置位置一般都位于结构振
人行荷载模型的定义及施加
动最大处，如结构跨中处。
由于行人行走过程的复杂性和随机性，国内外
经过多次尝试并且结合结构的受力情况后，
规范对人行激励荷载还没有一个统一的标准。大量
TMD的布置情况如图4所示。分析时，底层单层布
学者通过对天桥在随机人群荷载作用下的实测数据
置、中间层单层布置、两层同时布置时，TMD各楼层
和理论计算结果的对比，总结出一系列准确实用的
平面布置位置相同。楼层中部布置10套TMD阻尼
人群荷载模型，并且国际上目前已有多个规范对人
器，两侧悬臂梁各布置1套，共计12套。TMD有效
行荷载做了定义。目前有英国规范BSI54002:
分析工况
表4
2000、瑞典规范Bro2004及IS0规范IS010137:
分析
荷载
TMD
分析
荷载
TMD
2007中的行人荷载模型，其中IS010137:2007的荷
序号
工况
布置情况
序号
工况
布置情况
载模型考虑相对全面，既有单人荷载模型和人群荷
工况1
无
工况2
无
工况1
仅底层
4
工况2
仅底层
载模型，又有横向荷载模型和竖向荷载模型，同时也
工况1
仅中间层
6
工况2
仅中间层
考虑了人群的非一致步伐情况，因此本项目人群荷载
工况1
底层及中间层
8
工况2
底层及中间层
?1994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.
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