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随着社会发展,科技和施工工艺的进步,跨度大、外观美的飘带型大跨屋盖结构越来越多。大跨屋盖结构有自重轻、自振频率低、模态密集等特点。结构风振响应计算具有多模态参与,其部分高阶模态对结构响应贡献较大,不同模态间的耦合效应也不可忽略。各国规范也不能满足这类结构的抗风设计需要,因此深入研究飘带型大跨屋盖的风荷载具有重要工程应用价值和学术价值。目前,国内外对等效静力风荷载和风振响应计算提出了多种分析方法,每种方法有其自身计算特点和使用条件。本文以某体育会展中心为工程背景,结合理论推导、风洞试验、数值计算等多种手段,对飘带型大跨屋盖结构的风压分布规律及风振响应进行了研究。主要内容包括:
⑴从理论对结构风工程领域热点研究的大跨屋盖结构等效静力风荷载计算的各种方法进行了系统的总结和分析对比,指出各种方法存在的问题、优缺点和适用条件。为工程设计人员合理选取相应的等效静力风荷载计算方法提供有价值的参考意见。
⑵介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,通过分析典型测点方法详尽研究了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的风荷载,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于采用统计方法算得的风荷载,在大跨屋盖设计中应分区域选用两者中较大值作为风荷载设计标准值。
⑶通过分析模态空间分布和结构表面风荷载相关性和模态自振频率,利用模态参与系数精确选取对该体育会展中心飘带大跨屋盖28阶主要参振模态,与选10阶低阶模态计算出来的风振位移,以及精确度最高的300阶模态计算的风振位移作对比分析,得到结果:本章方法得到仅28阶模态计算的风振位移与选择300阶模态计算的风振位移最为接近。此方法具有筛选模态数量少,精度较高,对工程实用具有应用价值。