【摘 要】
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当前经济发展迅速,同时全球气候变化异常,特别是在东南亚地区,风灾的强度和密度都达到了前所未有的程度。门式刚架结构被大力推广使用的同时对台风环境下结构的抗风性能提出了更高要求,如何避免门式刚架结构在强风作用下产生失稳和结构破坏,减少人民的生命财产损失成为亟需解决的问题,论文针处于东南亚强台风频发地区的大跨门式刚架结构进行抗风性能研究,为门式刚架结构结构设计提供参考,主要研究内容如下:在总结门式刚架结
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当前经济发展迅速,同时全球气候变化异常,特别是在东南亚地区,风灾的强度和密度都达到了前所未有的程度。门式刚架结构被大力推广使用的同时对台风环境下结构的抗风性能提出了更高要求,如何避免门式刚架结构在强风作用下产生失稳和结构破坏,减少人民的生命财产损失成为亟需解决的问题,论文针处于东南亚强台风频发地区的大跨门式刚架结构进行抗风性能研究,为门式刚架结构结构设计提供参考,主要研究内容如下:在总结门式刚架结构特点及抗风研究基础上,分析了门式刚架结构的基本结构形式和建筑物风特性及其数值模拟方法,采用以平均Nvaie-Stokes方程为基础的数值模拟方法,总结湍流模型的特点,并对其适用范围作了分析。以流固耦合理论为基础,对菲律宾马尼拉地区一座门式刚架结构进行数值模拟,对不同风向角下结构抗风性能进行分析,得到门式刚架结构应力及位移的变化规律,确定最不利风向角并分析了其结构原理。研究了门式刚架结构坡度以及长宽比对于屋面风压系数的影响,通过不同坡度和长宽比数值模拟试验,分析了典型风向下屋面风压系数分布随屋面坡度和刚架长宽比的变化规律。研究了大跨门式刚架结构群的排列分布对于风荷载干扰效应的影响,对六个纵向长度达到160m的门式刚架,在0°以及30°两种风向下,各采取三种不同的排列分布,研究了结构表面风压系数的分布规律。研究表明,应力集中区域随着风向角的变化而移动,柱脚和梁柱节点位置的变化最为明显;门式刚架结构更易在斜风作用下丧失稳定性,在斜向风作用下门式刚架结构更容易发生局部面外屈曲破坏,并且局部屈曲容易呈现多区域化发展,最不利风向为与屋脊成60°风向。坡度对于屋面风压系数的影响较大,相比于背风屋面,迎风屋面对于坡度的变化更为敏感;随着长宽比的增大,屋面风压系数逐渐减小,在斜向风下更为明显。不同排列形式下门式刚架结构群风压系数受到风向影响较大,且下游以及中间建筑受影响最大,处在建筑群中间的建筑最为安全,主要是由于上游建筑的遮挡效应引起。在进行门式刚架结构设计时应对梁柱节点和屋脊节点采取补强措施,连接板等构件应提高一个强度等级,要充分考虑当地主导风向,平面布置上应使屋脊与风向夹角不大于45°;在抗风设计中,要对迎风屋面角、屋脊、背风屋面角和迎风墙面部位提高安全等级,在较大长宽比和坡度较大的门式刚架结构设计中要更加注意端部和尾部的抗风设计,屋面坡度尽量采取10°到15°屋面坡度;在结构群设计中要增大外围建筑的安全冗余度,内部建筑的安全冗余度可适当降低,建筑的尾部安装排风提高空气流动性。
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