双层球面和柱面网壳风振性能的参数分析

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随着社会进步和科学技术发展,空间网壳结构被得到广泛应用并成为大跨度建筑的主要结构体系.随着跨度的增加,网壳结构由于脉动风引起风致振动效应越来越引起工程设计者的关注.与高层、高耸结构的研究相比,目前包括网壳结构在内的大跨度空间结构的风振研究还很不成熟,依然是急需解决的关键技术问题.考虑到中国当前规范对网壳结构风振响应计算缺乏有效的条文规定的现状,该文针对于两类典型的网壳结构—双层球面网壳和双层柱面网壳的风振效应进行研究.采用大量的参数分析的研究手段,试图寻求这两类网壳风振效应的一般性规律以及简单有效的设计原则.该文首先阐述结构风荷载作用的一般性理论,在此基础上讨论两类网壳风荷载的分布规律和特点;在介绍结构风振响应计算的一般性方法的基础上,特别对基于振型分解的频域方法的基本计算思路进行了剖析,进而讨论了空间网壳结构频率密集性、风荷载三维空间相关性、竖向脉动风效应等重要特点.该文阐述了影响空间网壳结构风振效应的主要因素,将其归类为结构参数和风荷载参数两类.其中结构参数包括矢跨比,跨度、边界条件、屋面荷载、网格形式等;风荷载参数包括基本风压、场地类型、建筑高度等.并确定了参数的选取原则.该文采用频域内的振型分解法,依据参数选取的原则,分别对双层球面网壳和双层柱面的风振性能进行了大规模的数值分析.其主要结论如下:从计算精度要求来看,两类网壳一般宜取前20阶振型参与组合,但要考虑振型耦合项的影响以及竖向脉动风的效应.矢跨比是影响风振系数分布最重要的因素,对于小矢跨比的两类网壳,其风振系数分布比较均匀,采用统一的风振系数可以满足工程设计的精度要求.对于大矢跨比的两类网壳(球面壳大于1/4,柱面壳大于0.1),风振系数分布差异较大,但是具有典型的分块特征.对于小矢跨比网壳,跨度增加,风振系数减小.另外文中还讨论了两类网壳在边界条件、屋面荷载、网格形式、基本风压、建筑高度和场地类型等参数对其风振性能的影响.该文的有关内容和结论能为工程设计提供有意义的参考,并为今后采用参数分析进行其他类型大跨度结构风振性能研究提供借鉴.
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