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        鐘燕路過(guò)街人行天橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2022-04-15 01:17:16蔣劍峰
        黑龍江交通科技 2022年2期
        關(guān)鍵詞:舒適度振動(dòng)結(jié)構(gòu)

        蔣劍峰,黃 瀟

        (東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210096)

        1 工程概況

        南京市燕子磯新城棗林(鐘化片區(qū))中學(xué)部和小學(xué)部分居鐘燕路兩側(cè)。為了便于校園內(nèi)交通流線的組織,減小對(duì)主干道交通的影響,保護(hù)師生安全,需建設(shè)人行天橋?qū)⒌缆穬蓚?cè)的校園連通。根據(jù)已有中小學(xué)的建筑功能布局,天橋的平面布置原則如下:利用校園公共空間進(jìn)行連接,避免對(duì)教室區(qū)域造成影響,避免對(duì)城市道路及校內(nèi)消防車(chē)道凈高造成影響。

        天橋的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

        表1 天橋主要技術(shù)指標(biāo)

        架設(shè)過(guò)街人行天橋需滿(mǎn)足的相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)主要有:《城市道路工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51286—2018)第3.1.5-2條,機(jī)動(dòng)車(chē)道需滿(mǎn)足凈高大于4.5 m;《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范(2018版)》(GB 50016—2014)第7.1.8條,消防車(chē)道應(yīng)滿(mǎn)足車(chē)道的凈寬度和凈空高度均不小于4 m。

        2 結(jié)構(gòu)方案比選

        根據(jù)天橋的技術(shù)指標(biāo),可供選擇的結(jié)構(gòu)方案有鋼結(jié)構(gòu)方案和混凝土方案。通過(guò)建模計(jì)算及分析比選,兩方案的優(yōu)劣及經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表2。

        表2 結(jié)構(gòu)方案比選

        考慮到梁下凈高及施工便利的重要性,選擇鋼結(jié)構(gòu)方案作為實(shí)施方案。

        3 人行天橋柱墩位置的優(yōu)選

        天橋總長(zhǎng)約35 m,橋頭兩側(cè)均是已有建筑物。擬采用墩梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)方案,柱墩位置的選擇顯得非常重要。設(shè)計(jì)通過(guò)將柱墩適當(dāng)內(nèi)收,增設(shè)兩端懸挑,既可以減小主跨跨度,懸挑段彎矩可適度平衡主跨彎矩,控制跨中撓度并減小柱端彎矩,又可以使柱墩避開(kāi)已有建筑,便于柱墩基礎(chǔ)的施工,同時(shí)可以滿(mǎn)足建筑對(duì)天橋輕巧飄逸的要求。表3比較了天橋兩端不同懸挑跨度時(shí),結(jié)構(gòu)主要受力指標(biāo)。

        表3 不同柱墩位置結(jié)構(gòu)主要計(jì)算結(jié)果

        從表3可以看到,懸挑跨度從L/12增加到L/4時(shí),可以有效減小跨內(nèi)彎矩和跨中撓度,提高橋梁的豎向自振頻率,改善人行舒適度。但當(dāng)柱墩設(shè)置在L/4跨度處時(shí),最大撓度出現(xiàn)在懸挑段端部。

        綜合考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性和柱墩內(nèi)外車(chē)道通行寬度的要求,最終將柱墩設(shè)置在跨度1/6處。此時(shí)主梁支點(diǎn)彎矩和跨中彎矩比較接近,可以充分發(fā)揮鋼材拉壓強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)撓度和豎向振動(dòng)均滿(mǎn)足規(guī)范限值的要求。上部結(jié)構(gòu)跨內(nèi)主梁H1100×400×16×25,懸挑段主梁H800×400×16×25,次梁H500×200×10×16,橋面采用壓型鋼板組合板(YXB66-166-500(B)型),厚度120 mm。下部結(jié)構(gòu)采用墩梁固結(jié),鋼管柱截面A800×20,下接條形基礎(chǔ)。

        4 天橋人行舒適度分析的討論

        當(dāng)自振頻率與人的步行頻率(1.5~2.5 Hz)接近時(shí),人在結(jié)構(gòu)上的運(yùn)動(dòng)可能引起結(jié)構(gòu)共振[1]。此時(shí),橋面過(guò)大的豎向振動(dòng)輕則引起使用者恐慌和心理不安,重則造成結(jié)構(gòu)的局部破壞,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用性能。因此,對(duì)于大輕柔、阻尼較小的結(jié)構(gòu),振動(dòng)引起的舒適度問(wèn)題成為強(qiáng)度和撓度變形要求之外,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要的控制因素之一[2]。目前,被人們廣泛采用的舒適度控制評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有頻率限值和加速度限值兩種(見(jiàn)表4)。

        表4 大跨度結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)舒適度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)

        頻率限值方面的標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 99—2015)[3]規(guī)定組合樓板的自振頻率不得小于15 Hz;《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)[4]規(guī)定:對(duì)于鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)豎向頻率不宜小于3 Hz。在道路橋梁方面,《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ 69—95)[5]規(guī)定:為避免共振,減少行人不安全感,天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3 Hz。《德國(guó)人行橋設(shè)計(jì)指南》規(guī)定當(dāng)人行橋在行人荷載激勵(lì)下的固有頻率fi的臨界范圍豎向和縱向振動(dòng)1.25 Hz≤fi≤2.3 Hz,橫向振動(dòng)0.5 Hz≤fi≤1.2 Hz[6]。

        加速度限值方面的標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)[4]規(guī)定:一般住宅、辦公、商業(yè)建筑樓蓋結(jié)構(gòu)的豎向頻率小于3 Hz時(shí),需驗(yàn)證豎向振動(dòng)加速度。豎向振動(dòng)加速度峰值不應(yīng)超過(guò)表5的限值。世界標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)對(duì)于樓板豎向振動(dòng)峰值加速度給出的倍數(shù)數(shù)量級(jí)基準(zhǔn)曲線如圖1所示。不同環(huán)境下樓板豎向振動(dòng)的臨界加速度可以參考此曲線并乘以一個(gè)合適的倍數(shù)。實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用這些曲線時(shí),還應(yīng)當(dāng)考慮振動(dòng)持續(xù)的時(shí)間以及與震源的距離,在此基礎(chǔ)上乘以0.8~1.5的系數(shù)[7]。

        表5 樓蓋豎向振動(dòng)加速度限值

        圖1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ISO標(biāo)準(zhǔn))

        本橋一階自振頻率為2.86,陣型為豎向?qū)ΨQ(chēng)振動(dòng),不滿(mǎn)足《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》中對(duì)自振頻率的要求,但是避開(kāi)了《德國(guó)人行橋設(shè)計(jì)指南》中行人荷載豎向振動(dòng)的敏感頻率。本橋處于校園環(huán)境中,大量學(xué)生通過(guò)天橋穿梭園區(qū),天橋的舒適度問(wèn)題非常重要。通過(guò)采用midas Gen 2020進(jìn)行天橋的舒適度分析,人行激勵(lì)采用連續(xù)步行時(shí)程函數(shù)(見(jiàn)圖2),動(dòng)力荷載施加作用點(diǎn)分別為跨中撓度最大處和懸挑端部,加速度時(shí)程曲線如圖3、圖4所示,當(dāng)行人在跨中連續(xù)行走時(shí),跨中最大加速度為0.12 m/s2,懸臂端最大加速度為0.1 m/s2;當(dāng)行人在懸挑端部連續(xù)行走時(shí),跨中最大加速度為0.03 m/s2,懸臂端最大加速度為0.14 m/s2;可見(jiàn)加速度限值滿(mǎn)足上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的舒適度要求。

        圖2 連續(xù)行走荷載時(shí)程曲線

        圖3 行人在跨中連續(xù)行走時(shí)加速度時(shí)程曲線

        圖4 行人在懸挑端部連續(xù)行走時(shí)加速度時(shí)程曲線

        5 天橋基礎(chǔ)及連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        天橋基礎(chǔ)采用雙柱下的聯(lián)合條形基礎(chǔ),以粉質(zhì)黏土層為基底持力層,地基承載力特征值220 kPa,局部持力層較深處超挖至下方持力層,采用C20素混凝土回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高?;A(chǔ)頂面至室外地面高差約3.0 m,柱底采用外包式剛接柱腳。鋼管柱與H鋼梁采用外加勁環(huán)連接方式剛接,懸挑段設(shè)置高度過(guò)渡段。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        隨著城市建設(shè)的大力發(fā)展,建筑與建筑之間越來(lái)越多采用連廊連接。這種連廊歸屬于建筑連廊還是人行天橋,是值得探討的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),建筑連廊如果是建筑工程范疇內(nèi),習(xí)慣采用建筑規(guī)范;如果是人行天橋范疇,會(huì)習(xí)慣采用天橋規(guī)范。從前文中可以看出,兩類(lèi)規(guī)范對(duì)某些指標(biāo)的限制也不盡相同,這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的靈活判斷、因地制宜。

        通過(guò)介紹一座人行天橋結(jié)構(gòu)(建筑連廊)的方案比選、橋墩位置優(yōu)選、人行舒適度分析及相關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),以期為類(lèi)似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。該人行天橋已于2020年11月建成投入使用,達(dá)到了預(yù)期的效果。

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