边界条件和地貌对柱面和鞍型网壳等效静风荷载影响研究

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柱面网壳结构和鞍型网壳结构是两种典型的大跨屋盖结构形式,工程应用广泛。风荷载是该类结构设计中的主要控制荷载之一。现行规范GB.50009-2012中抗风设计条文给出的主要是针对高层、高耸等仅考虑第一阶振型的结构形式的风荷载计算方法,而对大跨结构没有明确给出相关规定。目前,本课题组已有针对这两类结构的等效静风荷载研究,但对结构支承条件和地貌影响考虑不够全面。本文对已有研究进行拓展,在工程常用的范围内变化风荷载参数和结构设计参数,研究了四边支承的单层柱面网壳结构风振响应和等效静风荷载的参数化规律,以及不同地貌类型风场对鞍型网壳结构的风振响应和等效静风荷载的影响,提出供结构设计参考的等效静风荷载确定方法。本文主要研究工作包括:(1)完成四边支承柱面网壳结构和鞍型网壳结构的结构设计和动力特性分析。建立柱面网壳结构模型和鞍型网壳结构模型,使结构参数涵盖工程常用的范围,对所有结构工况进行模态分析,研究结构参数变化对结构自振特性的影响规律。(2)柱面和鞍型网壳结构风致响应特性研究。系统分析了不同结构参数条件下,结构背景响应与共振响应分布规律,以及动力响应中各振型的参与程度。选取若干典型的柱面和鞍型网壳结构,计算这些结构工况在0度到90度内11个不同风向风荷载作用下的风致响应,分析结构的不利风向。研究发现,该类结构的风压数值最不利风向角与结构风致响应最不利风向角存在明显区别,确定了这两类结构风致响应的最不利风向角。(3)四边支承柱面网壳结构等效静风荷载的工程化研究。考虑不同风荷载参数和结构参数对多目标等效静风荷载的影响,并考虑工程应用的方便性,得到便于工程应用的等效风压系数表达方式。(4)研究不同地貌类型风场对鞍型网壳结构等效静风荷载的影响。分析中国荷载规范规定的四类风场对该类结构的风振响应及等效静风荷载的影响,给出基于B类风场等效静风荷载表达形式,考虑其它类型风场影响的等效静风荷载转化系数建议值。
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