大跨屋盖结构风致抖振响应研究
?３８?土木工程学报２００６焦
的相干函数考虑了沿跨度方向气动力之间的相关性能，在此基础上对一个拱形悬挑屋盖体育场结构进行分析［３】。Ｓｕｚｕｋｉ（１９９５）将风洞试验得到的大跨度屋盖上非定常风压力输入有限元分析软件——ＡＤＩＮＡ中进行时程计算［引，采用了Ｎｅｗｍａｒｋ积分法计算结构的风致响应。Ｕｅｍａｔｓｕ（１９９７，１９９９）利用模态力法研究平屋盖的风振响应舯】，计算屋盖结构的位移及弯矩，但仅考虑了第一阶模态的贡献。
本文以一实际工程结构为背景，介绍了大跨度屋盖结构非定常风荷载试验方法及抖振响应的计算方法。为获得屋盖表面风压的时空特性，采用多通道测压系统扩大同步测压点的数目，对结构刚性模型上所有测点的风压进行了同步测量，以此为基础构造了用于频域计算的非定常气动力谱；进一步用ＣＱＣ法计算屋盖结构的风振响应，考虑了多模态及模态间的耦合影响。最后对计算结果进行分析，得到了一些有价值的结论。
１风洞试验方法
以上海铁路南站工程为背景来说明本文方法。上海铁路南站工程主结构平面投影为圆形，中部呈圆锥状，墙体外周悬挑部分略为上翘（图１）。整个屋面结构由１８根Ｙ形主梁支撑，主梁支撑在内外两圈柱子以及直径为２６ｍ的中心内压环上。外柱以内屋盖为封闭结构，跨度２２４ｍ，屋顶最大高度４２．０ｍ；外柱的周边为悬挑部分，悬挑屋盖在水平面上的投影宽度为２１．４ｍ。
图１上海南站工程屋面
Ｆｉｇ．１ＲｏｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳｈａｎｇｈａｉＳｏｕｔｈＲａｉｌｗａｙＳｔａｔｉｏｎ
风洞测压试验是在同济大学土木工程防灾国家实验室的ＴＪ一３大气边界层风洞中进行的。刚性模型（图２）用有机玻璃和ＡＢＳ板制成，具有足够的强度和刚度。模型的几何缩尺比为１１２００。建筑所在的位置属于Ｂ类地貌，按照文献［７］的方法模拟Ｂ类风场，重点模拟了结构高度范围内的紊流特性。同时试验还模拟了９６０ｍ直径范围内的周边主要建筑，以考虑风荷载干扰效应。模型上总共布置了７６０个测压孔，其中沿悬挑结构部分的测压点包括上下测孔，以同时测量该点上下表面的压力，该点的压力为上下表面压力之和。试验中风向角间隔取为１５０，共有２４个风向。测压信号采样频率为３１２．５Ｈｚ，每个测点采样样本的总长度为６０００个数据，对应的采样时间为１９．２Ｓ。参考点处（高度１．２ｍ）的风速为１３ｍｄｓ。
图２上海南站工程屋面风洞试验模型
Ｆｉｇ．２
ＭｏｄｅｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＳｏｕｔｈＲａｉｌｗａｙＳｔａｔｉｏｎ大跨度屋盖结构风振计算不仅要求测量模型表面每个测点的脉动压力，还要求测量各测点间风压的相关性能，所以测点的风压力必须“同步”测量。上海铁路南站屋面模型共有７６０个测点，要做到所有测点都同步测压就对实验设备提出了很高的要求。为了实现７６０点的“同步”测压，本试验采用了多通道测压系统——将连接模型表面测点的多个测压管中的气流在气动总管中进行气动平均后再汇入连接至传感器的总管。本试验采用的多通道测压系统的工作原理见图３，气动总管实物见图４。多通道测压系统测量多点气动平均的脉动风压，将各个输入管气流在气动总管中瞬时相加，可方便且准确地反映模型表面局部面积上的风压及风压间的相关性能［１＇８］，为抖振响应计算奠定了基础。本试验选用了三通道和四通道两种类型的多通道测压系统，即在模型表面上进行３个或４个测点的局部合并。合并后的测点分布见图５，图中虚线内的屋盖表面测点合并到同一个气动总管。通过局部测点的合并后，需要同步测量的点共为１８６个。这１８６个气动总管通过１２００ｍｍＰＶＣ管连至电子扫描阀。为消除风压信号经过测压系统后的畸变影响，利用测压管路系统的传递函数对试验采集的风压数据进行修正（４］。
涮压孔
图３多通道测压管路系统
Ｆｉｇ．３Ｐａｒａｌｌｅｌｔｕｂｅ－ｍａｎｉｆｏｌｄ
ｓｙｓｔｅｍ
第３９卷第１１期顾明等?大跨屋盖结构风致抖振响应研究
通过风洞试验结果分析了平均风压系数和脉动风
压系数（测点ｉ’处的无量纲压力系数ｑ＝可丢旁，
其中，只为作用在测点ｉ处的压力，Ｐ为空气密度，坼为梯度风高度的风速），见图６及图７（限于篇幅，只给出有代表性的９０。风向角时风荷载结果）。
风向角
图６平均风压系数分布图（如。风向角）
矾蛋６
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｌｉｏｎ
ｏｆ猢ｗｉｎｄ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
图７脉动风压系数分布圈（帅。风向角）
Ｆｉｇ．７
ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇｗｆｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅＥｆｌｄｅｎｔ
从图中可见，屋面以负压为主。迎风屋面边缘附近出现高负压区，而且平均风压系数的变化梯度
较大，在其他区域变化相对平缓，这说明来流在迎
风屋面前缘严重分离。脉动风压较大的区域一般都是平均风压较大的区域，文后的结构风振结果也反映出悬挑屋盖的竖向振动较大。与平均风压系数的分布规律类似，迎风屋面边缘脉动风压系数的变化梯度较大，而其他区域脉动风压系数的变化相对平缓。位于内环屋盖上的平均风荷载相对悬挑屋盖而言非常小，有的地方甚至接近零风压，而脉动风荷载却没有明显地减小。有关屋面风荷载特性的详细结果见文献［１，９］。
２风致抖振响应计算方法
２．１非定常气动力谱的构造方法
将同步测压点号与有限元模型中需要加载的节点
号对应起来，即形成运动方程中的力指示矩阵。这样就将风洞试验测压点的物理编号与计算模型中的加载节点编号联系起来。
刚性模型表面第ｉ个测压点上的风压系数（换算成相对于测压点高度的风速）为｛Ｇ∥ｊ，ｊ＝ｌ，２，…，
Ⅳ，其对应的时间序列为｛白｝，其中下标Ｊ表示第－『个采样数据。
建筑物上的气动力嘛）为：
办＝下１ｐ呼Ｃｐ，ｊｉ
（１）
式中Ｐ为空气密度，以为第ｉ个测压点高度处的来流风速。
对频率也必须进行相应的转化。根据相似定律
（ｎＬ／Ｖ）。＝叫ｎ（式中／＂ｔ为频率，￡为几何尺寸，ｙ为
风速，下标ｍ表示模型，Ｐ表示原型），有：
鲁＝蛆Ｖ／Ｌ，
（２），ｌｍ
…
进行频域计算时，力谱矩阵的每个对角元对应一
个风压时程，将溉｝进行自功率谱密度函数分析，
７就得到力谱矩阵的对角元。将两个不同的风压离散数
据序列嘛】进行互功率谱密度函数分析，就得到力
谱矩阵的非对角元。
２．２平稳激励下线性系统随机振动的模态叠加法
当被分析的对象为有限自由度体系时，结构在抖
振荷载作用下的运动方程为
【肘］｛：》：）＋［Ｃ］｛夕）＋［Ｋ］｛Ｙ）＝ＪＲ】｛ＰＯ））
（３）
其中ｆ肘】、［ｃ】、［Ｋ］分别是质量、阻尼及刚度矩
触
．
急
土木工程学报２００６往阵；｛Ｙ）、’｛矿）、｛哥）分别是结构的位移、速度和加
速度向量；［Ｒ］是一由０和１组成的ｎ×ｍ矩阵，即力指示矩阵，它将ｍ维激励向量｛ｐ（ｆ））扩展成ｎ维向量。
位移响应功率谱密度矩阵可由下式计算，
［Ｉｓ。（∞）］＿［中］［日］＋（中］’［Ｒ］［Ｓ。（∞）］［Ｒ］７［中］
ｆ日１ｆ西］１（４）其中［日］是传递函数矩阵，［咖］为振型矩阵，［‰（（ｃＪ）］为力谱矩阵。式（４）为精确的ＣＱＣ计算公式，包括了所有振型交叉项，能考虑振型之间的相互影响。基于上述算法，本文编制了频域上的动力计算程序ＳＷＤＰ，该程序能方便地实现风洞试验数据与有限元计算数据之间的交互。３实例分析
３．１一实际结构的模态分析结果
以上海铁路南站工程屋盖结构为例，图８给出了有代表性的振型。结构的一阶频率为０．６５８２Ｈｚ；在０．６５８２Ｈｚ和１．１９２８Ｈｚ频率之间存在４０阶频率，振型非常密集。图中两阶模态用同一振型图表示的，说明此两阶模态为对称模态。第７阶为屋盖结构在平面扭转的模态，其余大部分模态都是以竖向位移为主。外环悬挑部分的竖向位移比较显著，表明结构的竖向刚度比水平刚度要小，而外环悬挑部分相对内环封闭部分又更柔一些。
第１、２阶模态：０．６５８２Ｈｚ第７阶模态：０．７４２０Ｈｚ第２０、２１阶模态：Ｏ．９１１４Ｈｚ
第２２阶模态：０．９３７７Ｈｚ第３７、３８阶模态：１．１７９１Ｈｚ第３９、４０阶模态：１．１９２８Ｈｚ
图８有代表性的振型
Ｆｉｇ．８Ｔｙｐｉｃａｌｍｏｄｅｓｈａｐｅｓ
３．２计算参数选取
计算结构风致抖振响应的参数：（１）地貌类型：Ｂ类；（２）计算风速（５０年重觋期，１０ｍ高度）：２９．６７ｍ／ｓ；（３）结构阻尼比：０．０１；（４）频率积分范围ｆ“０．０００，２．５００］（Ｈｚ）；（５）积分步长ａｆ＝０．００２５Ｈｚ。频率范围为０．６５８２～１．９８７４Ｈｚ，包含了２５０阶模态。
３．３结构响应随风向角变化的规律
定义最大位移ｋ、最小位移ｒ血为：
ｒＩ。妇如（菇，Ｙ，ｚ）＝ｉ（戈，Ｙ，ｚ）锣，（戈，Ｙ，ｚ）（５）其中ｆ（菇，ｙ，ｚ）为某点的平均响应，Ｏ＇ｒ（Ｘ，Ｙ，ｚ）为计算得到的某点位移响应根方差，ｇ为峰值因子，在此取２．５（注意：定义的最大位移、最小位移并不意味着其位移绝对值为最大／／ｊ、）。
图９为部分节点（外环悬挑端及内环端部的节点位置、风向角定义见图１０）竖向位移响应随风向角变化的曲线。从图９可知，当屋盖悬臂端处于来流的正前缘（迎风侧）时出现最大位移（其竖向位移的静力响应和响应根方差都比较大），如节点２在９０。风向角下的竖向最大位移为４００ｍｍ以上（竖直向上），对应于结构前缘部分的平均风压以及脉动风压也比较大…９３；处于背风侧时的静力和动力位移响应相对较小，如节点２在２７００风向角下的竖向最小位移约为２００ｍｍ（竖直向下）。２１０。风向角时节点４处于来流的正前缘，此时由于建筑结构间的干扰效应（来流方向有数座多层建筑），屋盖尤其是悬臂上的风荷载相对要小，故节点４的竖向最大位移不到３００ｍｍ，明显小于节点２在９００风向角下的竖向最大位移（来流方向场地开阔，无建筑物干扰）。节点８位于内环中央，位移响应随风向角变化的幅度没有悬臂端节点明显，位移响应很小，最大响应值发生在１８００风向角时（竖直向上，１００ｍｍ）。可见，风荷载作用下屋盖悬臂端在迎风（正前缘）侧的竖向位移很大，应引起
注意。
第３９卷第１１期顾明等?大跨屋盖结构风致抖振响应研究
风向角，ｏ
（ａ）节点２坚直方向
Ｆｉｇ．９
风向角，。
（ｂ）节点４坚直方向
图９位移响应随风向角变化的曲线
Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
此外，计算结果表明，用准定常方法计算得到的８个典型点的位移根方差比用本文非定常风荷载计算得到的位移根方差小２８％一６０％。
３．４结构响应的频域特征
虽然南站工程的屋盖是遛转对称结构，但由于有周边建筑的干扰，所以不同风向角下屋盖上的风荷载是不同的。本文对多个重要风向角的振动响应进行了分析。限于篇幅，只给出有代表性的９０。风向角时位移响应谱结果。
图ｌｌ给出了部分节点（位置见图１０）的竖向位移响应标准差（见图中给出的数值）及功率谱。从图１１可见结构的背景位移响应与共振位移响应明显分离，不同点响应分量占总响应的比例不相同。表１及图１２的结果定量说明了这一问题。图１２中，醒、磙和ｃｒ２分别为背景方差、共振方差及总响应方差。节点２处于悬挑屋盖的迎风端，总响应大，背景响应大于共振响应；节点４处于屋盖远离来流的一端，节点
（ａ）节点２：０－＝７４．１ｍｍ
风向角／。
（ｃ）节点８坚直方向
８位于屋盖内环中央，总响应相对较小，共振响应反而在总响应中占有绝对优势。其余风向角有类似的结果。这种现象的原因可能是由于节点８位于内环中央，而内环脉动荷载相对悬挑部分较小，加上结构方面的原因，导致共振响应贡献较大。在不少大跨空间结构的风振响应中也有类似情况［１引。
Ｉｈ
三黜Ｌ．卜Ｊ，’。、Ｌ～
俞１８０。
图１０节点位置
Ｆｉｇ．１０Ｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｄｅｓ０?
０?
卓ｏ．
昙ｏ．
Ｏ?
Ｏ
Ｏ?
ｈ＾ｌ；
兀
ｆｌＨｚｆ／Ｈｚ
（ｂ）节点４：盯－４７．７ｍｍ（ｃ）节点８：０＂＝２９．６ｍｍ图１１位移功率谱（９０。风向角）
Ｆｉｇ．１１Ｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｎｓｉｔｙｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
表１背景和共振响应方差占总响应方差的比例（９００风向角）
Ｔａｂｌｅ１Ｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ／ｒｅｓｏｎａｎｔ－
ｖａｒｉａｎｅｅ－ｔｏｔａｌ－ｖａｒｉａｎｃｅ
比例关系节点１节点２节点３节点４节点５节点６节点７节点８
图１２背景和共振响应方差占总响应方差的比例Ｆｉｇ．１２Ｈｉｓｔｏｇｒａｍｆｏｒｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ／ｒｅｓｏｎａｎｔ．ｖａｒｉａｎｃｅ?ｔｏｔａｌ－ｖａｒｉａｎｃｅ背景方差德２３．５％５１．７％３２．８％５．１％８．５％３．７％１０．６％４．６％响应方差
共振方羞德７６．５％４８．３％６７．２％９４．９％９１．５％９６．３％８９．３％９５．４％响应方差
注：背景方差、共振方差在位移响应谱的积分范围分别是０－０．５Ｈｚ，０．５～１．５
Ｈｚ。
大跨屋盖结构风致抖振响应研究
作者：顾明， 周晅毅， 黄鹏， Gu Ming， Zhou Xuanyi， Huang Peng
作者单位：同济大学,上海,200092
刊名：
土木工程学报
英文刊名：CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
年，卷(期)：2006,39(11)
被引用次数：13次
参考文献(10条)
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引用本文格式：顾明.周晅毅.黄鹏.Gu Ming.Zhou Xuanyi.Huang Peng大跨屋盖结构风致抖振响应研究[期刊论文] -土木工程学报 2006(11)
大跨度结构的抗风设计
大跨度结构的抗风设计 摘要：大跨度结构设计中风荷载是控制荷载之一。由于其在风荷载和结构特性方面的复杂性，至今还没有建立像高层建筑那样有效的风荷载分析方法。本文回顾总结国内外大跨度结构抗风设计方法，并指出其存在的不足，进一步分析这种结构的破坏形式及有关的抗风措施。 关键字：风荷载，风压分布，风振响应，风洞试验，抗风措施 Abstract: the big span structure design stroke is one of the load load control. For the wind load and structure characteristics of complexity, so far no set up like that effective high-rise building wind load analysis method. This paper reviewed and summarized up big span structure wind design method, and points out the existing problems and further analyses the structure, the destroy form of wind resistance and relevant measures. Key word: wind loading, wind pressure distributions, wind vibration response, wind tunnel test, wind measures 1. 引言 借着2008年北京奥运会和2010年上海世博会的契机，在中国掀起了一股修建大跨度体育馆（场）的热潮，出现了像“鸟巢”、“水立方”等跨度大、建筑新颖、结构复杂的建筑物。DavenPort[1]曾经说过，如果没有风，结构尤其是大型结构的设计将会容易很多，造价也会低很多。这些大跨度结构受力复杂，质量较轻、阻尼较小，处于湍流度高的低矮大气边界层中，其风致动力响应较为明显，很多时候已经不能单纯地依据规范进行设计，特别是这些结构的抗风设计几乎是无据可依。这时，大跨度空间结构的抗风设计成为衡量结构师水平的一个重要标志。 2大跨度结构抗风设计基本方法 建筑结构的抗风研究是个系统工程[2]，在大跨度结构的抗风研究中，风工程研究人员的主要任务就是从外形迥异的建筑形式中归纳出结构表面风压分布的规律，解释风压分布的机理，通过结构风致响应的分析获得等效静风荷载。 图2.1结构抗风研究的主要流程
台风下大跨度桥梁抖振响应分析的若干问题研究
目录 目录 摘要..................................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................................... III 第1章绪论. (1) 1.1 研究背景和意义 (1) 1.2 研究目标 (2) 1.3 论文构架 (3) 1.4 技术路线 (3) 第2章研究现状回顾 (5) 2.1 非平稳随机过程的研究 (5) 2.2 台风非平稳特性的研究 (6) 2.3 非平稳风场模型 (7) 2.3.1 时变平均风 (7) 2.3.2 时变风廓线模型 (8) 2.3.3 时变静风力模型 (8) 2.4 桥梁抖振分析 (9) 2.4.1 桥梁抖振频域分析 (9) 2.4.2 桥梁抖振时域分析 (15) 2.5 经验模态分解方法 (16) 2.5.1 经验模态分解的提出 (16) 2.5.2 经验模态分解的优势 (17) 2.5.3 经验模态分解的基本理论 (18) 2.5.4 经验模态分解的研究方向 (20) 2.6 小结 (26) 第3章台风特性分析 (27) 3.1 台风“黑格比”介绍 (27) 3.2 博贺海洋观测站介绍 (27) 3.3 紊流特性参数 (28) 3.3.1 紊流 (28) 3.3.2 紊流度 (28) 3.3.3 紊流积分尺度 (28) 3.4 风速的矢量分解 (29) 3.5 台风特性分析 (30)
大跨度屋盖结构
一、桁架 桁架应用极广，适用跨度范围（6—60m）非常大。以受力特点可分为： 平面桁架、立体桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架，只在强调其与立体桁架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空间屋顶结构的问题；10 世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架。 （一）桁架的基本特点 1．平面——外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在的平面内； 2．几何不变——桁架的杆件按三角形法则构成； 3．铰接——杆件相交的节点，计算按铰接考虑，木杆件的节点非常接近铰 接；钢桁架或钢筋混凝土桁架的节点非铰接、实属于刚架，其杆件除轴向力外，还存在弯矩，会产生应力但很小，依靠节点构造措施能解决，故一般仍按结点铰接考虑； 4，轴向受力——结点既是铰接，故各杆件（弦杆、竖杆、斜杆）均受轴向力，这是 材尽其用的有效途径。 （二）桁架的合理形式 选择桁架形式的出发点是受力合理，能充分发挥材力，以取得良好的经济效益。桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。由力分析可以看出，在其他条件相同的情况下，受力最合理，结点构造最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内力决定，故内力较小的节问，材料未尽其用；为充分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物线，这样适用于中、大跨(l>18m),但其制作
太阳能路灯抗风设计
2.3.2 抗风设计 在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。 ⑴太阳能电池组件支架的抗风设计 依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。 ⑵路灯灯杆的抗风设计 路灯的参数如下： 电池板倾角A = 16o 灯杆高度= 5m 设计选取灯杆底部焊缝宽度δ= 4mm 灯杆底部外径= 168mm 如图3，焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计
算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为 PQ = [5000+（168+6） /tan16o]×Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。 根据27m/s的设计最大允许风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数， F = 1.3×730= 949N。 所以，M = F×1.545= 949×1.545= 1466N.m。 根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = π× （3r2δ＋3rδ2＋δ3）。 上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。 破坏面抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3） =π×（3×842×4＋ 3×84×42＋43）= 88768mm3 =88.768×10－6 m3 风荷载在破坏面上作用矩引起的应力= M/W = 1466/（88.768×10－ 6）=16.5×106pa=16.5 Mpa＜＜215Mpa 其中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。 所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。
建筑结构抗风设计
体育场网架屋盖结构风振浅析 XXX （学校，南京，210016） 摘要：伴随着的材料科学发展和土木工程施工工艺的进步，新建的体育场看台多用外形美观、结构新颖的大跨度柔性结构方向发展，这不仅满足了结构使用功能的需要，同时也给观众提供了开阔的视野。大跨度网架屋盖结构在风荷载下会受到强大的吸力，并引起柔性屋面的振动。本文简要介绍了大跨结构表面风压分布特征，风致破坏机理和风洞试验在大跨屋盖结构的应用。 关键词：大跨网架屋盖结构；风致破坏；风洞试验 A Brief Analysis of Study on Wind Induced Dynamic Response of Long Span Grid Roof Structures XXX ( College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics ＆ Astronautics, Nanjing, 210016, China) Abstract：Along with the development of science and technology，the stands of stadium are often covered with long—span flexible roof structures with beautiful shapes and new structural systems.It not noly meets the function of use,but also provide the audience with good view.When wind flows around roofs,the airflow will be separated to form a high suction zone，and the flexible roofs will suffer from wind—induced buffeting response.The article made a brief introduction of the issue Key words：Long-span grid structures；wind damage；wind tunnel test 引言 风灾是自然灾害的主要灾种之一，虽然其作用幅度比一般地震荷载小，但其作用频度却比地震荷载高得多。随着结构规模的增加，风荷载变得越来越重要，以至于最后成为结构设计中控制性荷载，近年来，国内外建造了大量的重大工程建筑结构，在这些重大工程的设计中，强风作用下结构的风荷载往往决定着结构的安全性能。典型的实例是大跨度网架屋盖结构，此类结构不断出现在体育场馆、机场、文体活动中心和展览馆等大型公共建筑中。国内著名的大悬挑屋盖体育场有上海虹口足球场、青岛体育中心、上海八万人体育场以及台州体育中心主体育场等，国外实例有意大利罗马体育场、美国亚特兰大奥运会主体育场、加拿大蒙特利尔奥林匹克体育场等。此类建筑造价颇高，作为公共建筑，社会效益显著，多为当地标志性建筑。 此类体育场屋盖具有质量轻、跨度大、柔性大、阻尼小、自振频率低的特点，而且这类结构往往比较低矮，在大气边界层中处于风速变化大、湍流度高的区域，再加上屋顶形状多不规则，绕流和空气动力作用十分复杂，风在体育场内形成了一个大的三维空间的非定常湍流场，体育场内风流动的机理很复杂，所以这种大跨屋盖对风荷载十分敏感。风荷
建筑结构抗风设计
建筑结构抗风设计在如今经济高速发展的同时，建筑的高度也飞速增高，而且建筑体型越来越复杂。高楼引来“风速杀手”。由于高层、超高层建筑鳞次栉比而引发峡谷效应，使城市街道风速加大，以致危及行人和行车安全。这种峡谷效应还表现在某些高楼部分外墙表面因风速过大产生巨大负压，玻璃幕墙或大墙板块会像雪崩一样脱落，高档门窗等也常常会发生突然崩塌、坠落伤人事故。所以，建筑高度的增高和复杂的体型使得建筑结构抗风设计的难度也在不断提高。我们要明白风对建筑的危害机理才能更好地进行抗风设计。风是紊乱的随机现象。风对建筑物的作用十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建筑物风作用的计算方法；摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人和商店有很大影响；当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害。风对建筑物表面的作用力大小，与建筑物体型、高度、建筑物所处位置、结构特性有关。 我国是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一,每年因台风灾害造成的经济 损失十分惨重。城市各类建筑物的损坏与倒塌是风灾直接损失的主要组成部分,快速预测和评估城市建筑物遭受风灾后的损伤情况,对城市防灾减灾工作至关重要,也是目前土木工程领域急待解决的一个问题。接下来让我们看一些比较成功的抗风设计的实例。 1974年美国芝加哥建成443m高（加上天线达500m）110层的西尔斯大楼成为当时世界最高的建筑，纽约的世界贸易中心大厦(412m，110层)只能让位，退居第二。大楼由9个标准方形钢筒体(22．9mx22．9m）组成。该结构由SOM设计．建筑师为FazlurKahn。建造到52层减少2个简体．到67层再减少2个简体．到92层再
大跨屋盖结构
第3章大跨屋盖结构 3.1结构形式 大跨钢结构按几何形状、组成方法、结构材科及受力特点的不同可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。属于平而结构体系的有：梁式结构（平而桁架、空间桁架），平面刚架和拱式结构。属于空间结构体系的有：平板网架结构，网壳结构，大部分悬索结构，斜拉结构，张拉整体纠构等。 平板网架是由杆件按一定规律组成的结构，大多数为高次超静意结构。网架具有多向传力的性能，空间刚度大，整体性好，具有良好的抗震性能，既适用于大跨度建筑，也适用于中小跨度的房屋，能覆盖各种形状的平面。 网壳是由杆件按一定规律组成的曲面结构．分单层及双层两大类。网壳可设计成各种曲面，能充分满足建筑外形及功能方面的要求。网壳结构主要承受压力，稳定问题比较突出。跨度较大时，不能充分利用材料的强度。杆件和节点的几何偏差，曲面偏离等初始缺陷对网壳内力和整体稳定影响较大。 悬索结构为一系列高强度钢索按一定规律组成的一种张力结构。不同的支承结构形式和钢索布置可适用各种平面形状和建筑造型的要求。钢索承受拉力，能充分利用钢材强度，因而悬索结构自重轻，可以较经济地跨越很大跨度。悬索屋盖为柔性结构体系，设计时应注意采取有效措施保证屋盖结构在风，地震作用下有足够的刚度和稳定性。 3.2网架的形式 网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是出上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3-1)，是最常用的网架形式。三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构(图3-2)，其特点是增加网架高度，减小弦杆内力，减小网格尺寸和腹杆长度。当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。 3.2.1 网架结构的几何不变性分析 网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。 网架结构几何不变的必要条件是： m W J =r - 3≤ - 式中J——网架的节点数； m——网架的杆件数； r——支座约束链杆数，r≥6。 当0 W>网架为几何可变体系； W=网架无多余杆件，如杆件布置合理，为静定结构； W<网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超静定结构。 网架结构几何不变的充分条件一般可通过对结构的总刚度矩阵进行检查来判断。满足下来条件之一者，该网架结构为几何可变体系： (1)引入边界条件后，总刚度矩阵[]K中对角线上出现零元素，则与之对应的节点为几何可变； (2)引入边界条件后，总刚度矩阵0 K=，该矩阵奇异，结构为几何可变。 3.2.2 双层网架的常用形式
大跨度结构分析1
大跨度结构分析 摘要：现阶段，随着社会生活和科技的发展需要，人们需要更大的覆盖空间，而其他结构形式受到跨度的限制，工程师们倾向于选择大跨度结构，于是大跨度空间结构得到了快速的发展。大跨度结构花样百出，但是最基本的结构形式有桁架结构、拱结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构等。 关键词：大跨度结构、建筑、应用 横向跨越30米以上空间的各类结构形式的建筑。大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。 古代罗马已有大跨度拱顶见古罗马建筑。近代大跨度结构建筑至19世纪末已有较大成就。如1889年巴黎世界博览会的机械馆,是用三铰拱式的钢结构,跨度达115米。20世纪初,金属材料的进步和钢筋混凝土技术的发展促使大跨度建筑出现很多新的结构形式。如19121913年在波兰布雷斯劳建成的百年大厅采用钢筋混凝土穹窿顶,直径达65米,覆盖面积5300平方米。第二次世界大战后大跨度建筑又有新的发展以欧洲国家、美国和墨西哥发展最快。这个时期的大跨度建筑广泛地应用各种高强轻质材料如合金钢、特种玻璃和化学合成材料减轻了大跨度结构的自重使新颖的空间结构不断出现覆盖面积日益扩大。 结构类型有桁架结构、拱结构、网架结构、薄壳结构、网壳结构等。 1.桁架结构 桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰连接而成的结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。 桁架结构中各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。 2.拱结构 拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。 拱结构比桁架结构具有更大的力学优点，因为桁架结构从整体上看毕竟还相当于一个受弯构件，而拱结构的受力状态则发生了与梁根本不同的受力改变，梁以其与外荷载垂直的直杆来抗衡外荷载，并借受弯把力传给支座，而拱借其凸向外荷载的曲杆来抗衡外荷载。 拱结构主要产生轴向压力。 按结构支撑方式分类，拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱3种，如图所示。三铰拱为静定结构，较少采用；两铰拱和无铰拱为超静定结构，目前较为常用。拱结构的支座会产生水平推力，跨度大时这个力不小，要对付这个水平推力是一件麻烦而又耗费材料的事。鉴于这个缺点，在实际工程应用中，桁架结构比拱结构用得更普遍。 3.单层刚架和排架结构 刚架结构通常是指由直线杆件通过刚性节点连接起来的结构。当梁与柱之间为铰接的单层结构，一般称为排架；多层多跨的刚架结构则常称为框架。
超高层建筑结构抗风性能研究
超高层建筑结构抗风性能研究 发表时间：2018-11-27T11:18:27.293Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第21期作者：白旭涛1 袁王辉2 李超然3 [导读] 在结构设计中我们需要考虑高层建筑与多层建筑的区别，且高层建筑由于整体高度，结构内部受力情况也更加复杂。对于高层建筑而言，风荷载引起的效应在总荷载效应中所占的比重比较大，所以要做好高层建筑结构抗风设计工作，提高建筑结构的科学性和合理性，从而为人们提供一个舒适的居住环境，以此促进高层建筑的发展和进步。 白旭涛1 袁王辉2 李超然3中国启源工程设计研究院有限公司陕西省西安市 710018摘要：高层建筑数量的不断增加更加充分利用土地资源，在结构设计中我们需要考虑高层建筑与多层建筑的区别，且高层建筑由于整体高度，结构内部受力情况也更加复杂。对于高层建筑而言，风荷载引起的效应在总荷载效应中所占的比重比较大，所以要做好高层建筑结构抗风设计工作，提高建筑结构的科学性和合理性，从而为人们提供一个舒适的居住环境，以此促进高层建筑的发展和进步。 关键词：超高层；建筑结构；抗风；性能 1高层建筑结构抗风设计理论高层建筑一般具备较大的高宽比，同时其抗侧刚度较小；并且地震作用和风荷载都是其主要承担的水平荷载。相比较地震作用，风荷载出现的频率比较高。所以，在高层建筑结构中，主要设计的荷载是风荷载。 1.1基于性能的结构抗风设计理论 基于性能的结构抗风设计理论，主要目标是在不一样强度水平风振的影响下，对建筑结构的安全和舒适度进行有效的控制，从而确定不同性能水准，确保在整个生命周期内的建筑物，在承担可能会出现的风振作用下，其总体成本费用是最小的。 1.2结构风振性能水准 1. 2.1风振系数 作为我国目前使用得荷载规范的一个重要系数，风振系数对风载值的作用比较大。 1.2.2人体舒适度 在侧向力的影响下，高层建筑会出现振动的情况，如果振动处于某一个限值时，人们会产生不舒服的感觉。人体得舒服度可以分为六个不同的等级，分别是无振感、轻微振感、中等振感、烦恼和非常烦恼以及无法忍受。 1.2.3结构风振性能水准 性能水准，主要是指所设计的建筑物，在可能会遭受的特定风作用下，所明确的最大容许舒服度，或者所容许的最大破坏度。主要是从舒适度和变形两个方面确定性能水准的指标。 1.3结构性能目标 性能目标，主要指的是所设计的建筑物，在设计风压等级的需求下，满足性能水准的总和。结构性能目标，要综合考虑建筑物的使用要求、功能要求的重要性等等要素。 1.4结构抗风计算 1.4.1理论计算 在计算分析的工作中：①要充分的考量结构的线性，同时要充分的考量非线性恢复力特性，从而完成模型分析工作；②选择科学的计算方法，计算模拟风场，同时分析风振的动力时程；③按照不一样的性能目标，选择有效的分析方法；④推广实用性较强和容易掌握的计算方法，降低计算量，重视前后处理软件程序的开发和利用工作。 1.4.2风洞试验 风洞试验的主要目标，是对大气边界层风对建筑物产生的作用进行测量。高楼会导致比较强的地面风，对地面的破坏作用也比较大；如果高层建筑集聚在一起，群体效应会危害建筑物和建筑物之间的通道，上述情况都可以利用风洞试验完成分析工作。 2提高超高层建筑稳定性的相关方法超高层建筑会有正常的摆动，顶层会有一个自动配重的装置，主要用于预防地震。这个配重装置的学名叫做风阻尼器(tunedmassdump-er)。这是一个几百吨重的悬挂在楼顶部的大铁球，它调整了房屋的共振频率，使房屋在强风，地震情况下减少震动幅度，调整振动频率避免共振。房屋在大风中引起的晃动，包括建造过程中，是主要靠地基来保证建筑的整体完整性的。超大型建筑的保险系数是很高的，比一般小高层之类的要稳得多。另外在结构较高时，风阻尼器的安装，会减少震动幅度，也是为了减少人在内部活动的眩晕感，对于建造好的建筑结构如何做抗震与抗风设计的。建造过程中，并不是抗震的最不利状态。所以在设计过程中，有一个原则或者方法:对最不利状态进行设计。所谓最不利，就是各种情况下，对结构物危害最大的情况。一个结构物，受力状态多种多样，设计者不可能对每一个状态都进行计算，只能选择最不利的状况进行设计计算。最不利状况没有问题了，那么其他状况也就自然满足。值得指出的是，与最优化问题类似，通常也没法找到最不利(对应全局最优)的状况，只能找到若干个次不利(对应局部最优)的状况，以此作为依据进行结构稳定设计。回到这个问题本身，在建造过程中，如果将施工辅助设施牢固的固定在建筑物上，这时候如果发生地震，似乎并不是结构的最不利状况。因为地震荷载与几个因素有关，结构物的质量，结构物的刚度，结构物的高度。在建筑物达到最高处，建造完毕时，此时结构物的质量最大，刚度最小，高度最高。这时候，似乎才是结构物的最不利状况。这时候，抗震性能满足要求，那么建造过程中的抗震性能就自然满足了。 3高层建筑结构抗风措施 3.1横向风控制 高层建筑具有高而柔的特点，其一阶自振频率往往与风荷载峰值频率比较接近，在风荷载作用下很容易产生强烈的共振效应，导致结构响应放大。从横风向风力形成以及横风向响应的特点来看，控制横风向风致响应可以采用气动措施和结构措施。气动措施包括：减小横风向风力和改变建筑周边漩涡脱落频率，改变横风向风力功率分布；结构措施包括改变结构刚度或改变结构阻尼。 3.1.1气动措施
建筑物抗风设计措施
建筑物抗风设计措施 毕永丽孙科源 摘要：既有建筑结构由于先天设计不足(风荷栽估计不够、结构抗风构造不合理)已经结构的老化、年久失修等原因，使得结构的抗风能力不足，留下结构抗风安全隐患。鉴于此，本文对建筑物抗风设计措施进行了探讨。 关键词：建筑抗风设计措施 我国拥有400多亿m3的城镇建筑物，由于过去许多建筑结构的对风荷载估计不足、结构抗风构造不合理以及结构的老化、年久失修等原因，致使大量的建筑结构物在大风中倒塌或损坏，造成巨大的经济损失。 1、房屋抗风设计措施 (1)房屋选址：应根据村镇规划，合理选址，选择抗风有利地段，应尽量避开风口、山口、河口等抗风不利地段。(2)优先选择四坡屋面!或采用现浇钢筋混凝土屋面，并对几何突变部位采取局部加强措施。对于低层房屋常用的坡屋面，四坡屋面总的来说要比普通人字形屋面具有更好的抗风性能，因此应优先选择四坡屋面，且应尽量采用现浇钢筋混凝土平
屋面或坡屋面，最小混凝土板厚不宜小于90mm，砖房应在屋盖及每层楼盖处设置现浇混凝土圈梁，同时在外墙四角、内外墙交接处均应设置钢筋混凝上构造柱。对于处于经常受台风影响的村镇，采用小青瓦屋面的，应采用重物加压、用混凝土或砂浆砌筑等加固、加强措施，避免由于屋面吸力过大而被刮走。尤其在屋檐、屋脊、边缘和屋脊等几何突变部位，为了避免由于流动分离造成破坏，应采取恰当的局部加强措施。(3对于屋面结构，计算风压时应考虑上下表面风压值的叠加。对于开敞式屋面结构，上下表面都受到风的作用，在设计时需要考虑屋盖上下表面的风压差，即净风压。一般来说，屋面上表面常受负风压，而下表面受正风压，净风压应大于土表面风压，所以只考虑上表面负风压的设计偏于不安全。内外压力共同作用对于几悬臂屋檐最为明显，屋檐上表面因流动分离而产生负压，下表面由上风被墙体阻挡而淤塞在屋檐下产生正压，净风压为两者绝对值之和，因而屋檐较易受破坏。建议屋面风荷载设计宜分别按屋面结构，上、下表面的最不利风荷载进行设计。(4)注意地面粗糙度的类别选择，近海地区的地面粗糙度取A类。对檐口、雨蓬、遮阳板等应进行抗上浮验算，计算上浮的局部风压体型系数取2.0。女儿墙应按围护结构进行抗风计算，风压体型系数取L3，阵风系数取l.9。同时，对女儿墙应采取构造措施，如选择合理的宽度和高度，设置构造柱，进行合理的压顶配筋等。
大跨屋盖结构论文：大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究
大跨屋盖结构论文：大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究
大跨屋盖结构论文：大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究 【中文摘要】大跨屋盖结构一般是大型机场、车站或体育馆建筑的首选形式,而这类结构通常具有柔度大、阻尼小、质量轻等特点,风荷载成为作用在结构上的主要控制荷载,如何更精确的计算风荷载成为主导结构是否安全的最重要指标。由于大跨屋盖的结构形式不完全相同,规范中并没有统一的计算方法来确定其风荷载数值,而提供的体形系数和风振系数还不能囊括所有的大跨形式,因此,有必要对不同的大跨结构做深入的抗风分析和研究。本文结合青岛火车站站房屋盖的大跨结构形式,运用其刚性模型进行风洞试验,并建立有限元模型,从风压分布特性分析、风振系数的确定、静风荷载的加载等方面讨论结构对风荷载的响应,进而讨论结构的安全性。本文第二章详细分析了屋盖上不同分区的测点平均风压系数和脉动风压系数的分布情况,并选取典型测点进行分析,进而总结风压分布规律,得出了有关大跨度屋盖结构表面风压分布的一些具有共性的规律,得出各分区风压系数。本文第三章讨论了风致响应的计算方法。由风洞试验中得到的测点风压系数时程,经过一系列转换和修正,得到节点的脉动风荷载时程,通过对结构的前十阶振型的分析,讨论分区风振系数的取值,并最终得到屋盖整体的统一的风振系数。第四章分析了屋盖结构的静风响应,选取作用在结构上的两种不同的荷载,由前两章的数据经过比较和筛选,最确定结构上每榀组合钢在自重作用下和在自重与
静风组合荷载作用下的受力和变形,筛选最大应力和变形处与规范相关数值比较,最终确定结构的安全性。最后,对进一步的结构设计和分析提出建议,本文所得结论对结构的设计和施工有参考意义,可作为相似结构设计的参考。 【英文摘要】It is generally the first choice for large-scale airport, station and gymnasium to use long-span roof structures with high flexibility, low damping and mass. Wind loading is usually a dominated one acting on structures, so it is the most important factor to judge the safety of structure under wind load accurately. However there is no general method of calculating wind load in the code because of configuration difference of long-span roof structures. In the other hand the shape coefficient and the gust response coefficient suggested by the code can’t embrace all forms of long-span structures, so it is necessary to analyze and discuss the wind resistance character of different long-span structures in depth.Based on the stiff model of long-span structure in Qingdao railway station, wind tunnel test is carried out and finite element model is established, this paper discusses the structure’s response for the wind and the structure’s safety by analyzing the wind pressure distribution character, confirming the gust response coefficient, and
建筑结构抗风设计
建筑结构抗风设计 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
建筑结构抗风设计在如今经济高速发展的同时，建筑的高度也飞速增高，而且建筑体型越来越复杂。高楼引来“风速杀手”。由于高层、超高层建筑鳞次栉比而引发峡谷效应，使城市街道风速加大，以致危及行人和行车安全。这种峡谷效应还表现在某些高楼部分外墙表面因风速过大产生巨大负压，玻璃幕墙或大墙板块会像雪崩一样脱落，高档门窗等也常常会发生突然崩塌、坠落伤人事故。所以，建筑高度的增高和复杂的体型使得建筑结构抗风设计的难度也在不断提高。我们要明白风对建筑的危害机理才能更好地进行抗风设计。风是紊乱的随机现象。风对建筑物的作用十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建筑物风作用的计算方法；摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人和商店有很大影响；当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害。风对建筑物表面的作用力大小，与建筑物体型、高度、建筑物所处位置、结构特性有关。 我国是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一,每年因台风灾害造成的经济损失十分惨重。城市各类建筑物的损坏与倒塌是风灾直接损失的主要组成部分,快速预测和评估城市建筑物遭受风灾后的损伤情况,对城市防灾减灾工作至关重要,也是目前土木工程领域急待解决的一个问题。接下来让我们看一些比较成功的抗风设计的实例。 1974年美国芝加哥建成443m高（加上天线达500m）110层的西尔斯大楼成为当时世界最高的建筑，纽约的世界贸易中心大厦(412m，110层)只能让位，退居第二。大楼由9个标准方形钢筒体(22．9mx22．9m）组成。该结构由SOM设计．建筑师为FazlurKahn。建造到52层减少2个简体．到67层再减少2个简
钢管拱肋节段吊装最大悬臂状态的风致抖振控制
第4章钢管拱肋节段吊装最大悬臂状态的 风致抖振控制 4.1 引言 风对桥梁引起的振动，即使不导致结构的破坏，也使人们感到不适，像这类对生理上的效应是一般人体最易感受得到的[6]。 由于钢管混凝土在拱桥中的广泛应用，使得拱桥向大跨、轻柔方向发展。桥梁跨径的增大亟需解决桥梁的抗风问题。此外，钢管混凝土拱桥的面内、面外基频均比悬索桥和斜拉桥的基频大，而比刚性拱桥的基频小，说明钢管混凝土拱桥的面外刚度较小；同时，钢管混凝土拱桥的面外基频较面内基频低，反映出钢管混凝土拱桥横向稳定问题较为突出，尤其是大跨度钢管混凝土拱桥[4]。又由于钢管混凝土本身的特点，使其拱肋形式较为固定，不可能做到气动选型；同时，对于中、下承式拱桥的桥面与桥面以上拱肋的连接方式为吊杆支撑，桥面系截面形式的选取与全桥跨径无关，主要取决于吊杆的间距，而中、下承式拱桥的吊杆间距又较小，使得桥面系相对于全桥来说显得较柔，同时也未曾采用气动选型，这些均可能增大中、下承式钢管混凝土拱桥的风振反应。但该方面的研究内容却很少[8]，因此有必要对钢管混凝土拱桥进行风振反映分析。 由于钢管混凝土拱桥大跨、轻型的特点，引发了工程界对于该类桥梁抗风研究的关注。罗雄等对大跨度钢管混凝土拱桥进行了时域抖振分析研究，指出抖振是大跨桥梁不可避免的一种随机振动[1]；葛耀君等通过风洞实验和计算分析对卢浦大桥施工和成桥阶段的抗风稳定性进行专题研究，结果表明最大悬臂施工阶段风振造成的竖向和侧向振幅都很大，可能会影响正常的施工[2]。周述华等针对丫髻沙大桥成桥及施工阶段进行了抗风研究[3]。有关大跨度钢管混凝土拱桥的抗风研究大都处在定性分析评价的阶段。大跨桥梁抖振是结构在脉动风作用下产生的随机振动现象，它可引起构件的较大变形和应力以及构件的疲劳，尤其在施工阶段，过大的抖振响应会危及施工安全，影响施工进度和施工质量，但该方面的研究内容却很少[8]。所以开展大跨桥梁施工阶段抖振动力研究具有重要的理论意义和工程实用价值[4]。 可以在这里加入文献综述：已经有人研究连续刚构的施工振动控制了，还有斜拉桥施工过程中的振动控制，例如桥塔等。下载相关的文献并重新写综述。 而且本桥在钢管拱肋节段吊装时，遇到了相当于9至10台风的袭击，当时钢管拱肋节段安装了四段，据目测拱肋悬臂端的位移达到了20cm左右。所以说******* 文献[]丫髻沙大桥做过这方面的工作， 综述总结，但是目前的所有对钢管混凝土拱桥的风致抖振工作都是针对成桥
大跨网架屋盖结构的风振系数计算
58 工程设计ＣＡＤ与智能建筑 ２００２年 第12期 总第 ７３期 工程设计CAD 与软件应用 CAD & Software Application
59 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ２００２ 12 Ｎｏ． ７３ 表１ 反对称的两块网壳，主要采用四角锥体系形式，周围有一条钢环梁，每块网壳分别用８根巨型立柱支撑，每根立柱用８条钢索拉住网壳。根据风洞试验模型的测点布置取东测屋盖，采用ＡＮＳＹＳ软件进行有限元建模计算。结构参数和模型如下：（１）上弦、下弦和腹杆的杆件直径φ８～２２ｃｍ，壁厚５～１２ｍｍ，采用３－Ｄ Ｓｐａｒ单元，共８６１１个单元；（２）钢环梁高宽各为１．５ｍ，壁厚２５ｍｍ，采用３－Ｄ ＥｌａｓｔｉｃＢｅａｍ单元，共划分２１８个单元；（３）拉索为７束７φ５至３０束７φ５，预拉力为３００ｋＮ至４０００ｋＮ不等，采用Ｔｅｎｓｉｏｎ－ｏｎｌｙ Ｓｐａｒ单元，共６４个单元。整个结构一共划分单元８８９３个，节点２５２２个。如图２所示。３．２ 施加荷载 由于体育中心的屋盖和看台均为敞开结构，其上下表面同时受到风压，在计算中，取上下表面的风压差作为风载作用于屋盖的上表面。取０．００２ｓ为时步进行计算，形成１０００个时程步，根据１：５０的试验时间比，每一时步相当于实际时间的０．１ｓ。 屋盖的上下表面同步测量时的各对测压点上的净压力系数可导出如下： （４） 其中Ｐｉｕ为作用在测点ｉ处的上表面压力，Ｐｉｄ为作用在测点ｉ处的下表面压力，Ｐ０和Ｐ∞分别是试验时参考高度处的总压和静压。由于风洞试验的参考点在１．６２ｍ高度处，即参考点相当于实际高度为３２４ｍ。风场Ｂ类，基本风压０．７ｋｐａ。故得到各点的Ｃｐｉ（ｔ）时程曲线后，则对应实际建筑各点的风压时程曲线为： （５） 在完成有限元建模之后，把各个测点上的风荷载时程数据采用空 间插值加密，在有限元分析中的足够精度。 响应时程值Ｕｚｉ，方差σ： 由式（２）可得 μ３．３ 计算结果 本文计算了９０°，１２０°，１５０°，１８０°，２４０°，２７０°，３００°，３３０°等８块，参见图２，从北向南至块８。具体计算结１。 １。 １．９３Ｈｚ，因此计算所 建议在设计中对各个
大跨度钢-砼组合梁屋盖结构设计浅析
大跨度钢-砼组合梁屋盖结构设计浅析 发表时间：2018-11-18T16:45:48.803Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第19期作者：曾李生 [导读] 在许多商业或公共建筑中，随功能和外观的不同要求，对层高、跨度会有诸多限制。 广东省轻纺建筑设计院有限公司广东广州 510080 摘要：通过工程实例对大跨度钢-砼组合梁屋盖结构的设计过程进行介绍，对设计关键部分进行多角度分析比较，并提出设计过程需特别关注之处，从而提供局部大开间的工程一种设计思路。 关键词：大跨度屋盖；钢-砼；组合梁；钢筋桁架模板 1 前言 在许多商业或公共建筑中，随功能和外观的不同要求，对层高、跨度会有诸多限制。因为建筑布局和使用功能导致在同一栋建筑物中出现了大跨度、层高突变的情况，会给结构设计带了不少的麻烦。这类型建筑结构因为同一平面相邻跨出现大跨度而不得不使用较高截面的梁柱；因为相邻楼层的层高突变，而不得不进行竖向构件的数量或截面调整来避免出现刚度突变，从而导致薄弱层的出现。下面我们提供一种解决思路，供设计人员参考。 海口市某大型主题酒店首层为酒店前厅、宴会大厅。其中宴会大厅46.7m×32.4m内不设立柱，而宴会大厅顶板上表面为景观休闲平台，上面设置按摩池，种植园林景观（覆土层厚度1.2m），宴会大厅顶板下表面为宴会大厅内部装饰，设置豪华吊顶，吊挂宴会厅灵活分隔墙、风管、喷淋等 2大跨度屋盖结构的结构选型 由于该结构相邻跨度比值介于4~5倍之间，如果大跨度的结构梁端采用刚接，对减少本跨梁的受力和变形是有帮助的，但必然导致相邻小跨度的梁影响巨大，从而使相邻跨结构梁柱截面增加较大；如果大跨度的结构梁端采用铰接，这样对相邻跨影响较小，但本跨梁的受力和变形必然较大。为了评估上述两种思路的优缺点，针对本项目我们选取了三种结构方案进行比较，方案一为梁端铰接的钢-砼组合梁-板屋盖结构，方案二为梁端铰接的钢桁架梁-板屋盖结构，方案三为梁端刚接的预应力混凝土梁-板屋盖结构。通过综合分析显示方案一比较节省、施工难度低、且速度快。 3 钢-砼组合梁屋盖的结构设计 3.1 组合梁设计 钢-砼组合梁是指钢梁与混凝土翼缘板通过抗剪连接件组合成整体共同受力的T型截面的横向承重构件。钢-砼组合梁的设计主要包括三方面内容：钢梁、钢筋混凝土翼缘板以及将二者组合成整体的抗剪连接件。钢梁的设计与普通钢结构梁的设计类似；翼缘板通常由支承于钢梁上的钢筋混凝土板构成，板主筋的方向与钢梁轴线方向垂直。沿梁的方向，混凝土翼缘板与钢梁形成的T型组合截面受弯。如果组合梁按简支梁来设计，混凝土翼缘板沿梁方向主要受压，在垂直于梁的方向，混凝土翼缘板的受力模式则与连续板相似。 由于考虑受压翼缘的混凝土板对组合梁的贡献，混凝土翼缘板的有效宽度取值对钢-砼组合梁起关键作用。影响组合梁混凝土翼板有效宽度的因素很多,如梁跨度与翼板宽度比、荷载形式及作用位置、混凝土翼板厚度、抗剪连接程度以及混凝土翼板和钢梁的相对刚度等。一般认为,其中前三点是影响混凝土翼板有效宽度的主要因素。 我国规范[1]对混凝土翼缘板有效宽度的规定见11.1.2条规定。前文所述工程，组合梁跨度32.4m，梁间间距2.80m和2.85m（取最不利位置的钢梁来进行计算）。根据规范对有效翼缘的规定，可得到本工程有效翼缘宽度2610mm。本工程所用楼板混凝土标号C30，厚度180mm，钢梁截面H1600x450x30x50，材质Q345B，采用中国建筑科学研究院的PKPM-STS辅助设计软件系统计算，结果如下表3-1。 3.2抗剪连接件设计 抗剪连接件是在钢梁与混凝土翼板接触面处焊接的关键部件。除了传递钢梁与混凝土翼缘板之间的纵向剪力外,抗剪连接件还起到防止混凝土翼板与钢梁之间竖向分离的作用。栓钉(stud,或称为圆柱头焊钉)是目前最常用的抗剪连接件。经计算并配合压型钢板的模数，栓钉间距188mm设置2个。 表3-1 钢-砼组合梁计算结果 注：根据计算，该钢-砼组合梁截面比钢梁单独受力时，承载力提高了3.6倍，线刚度提高了34.2倍。 3.3楼板设计 本文所讨论的工程因为层高较高，梁为H型钢梁，为了避免高支模施工和更好连接，因此楼板会考虑采用组合楼板的方式。 压型钢板-混凝土组合楼板施工省去了模板工程,施工速度快,与钢结构建筑施工周期相适应,但存在楼板平面内双向刚度不等、板底不平整、只能单向受力、钢板利用率不高等缺陷[2]。如采用钢筋桁架楼承板与混凝土组成的钢筋桁架混凝土现浇板不但解决了压型钢板混凝土组合楼板的缺陷,而且提高了楼板施工质量和使用性能,施工速度更快,是一种较为理想的节材、环保楼板体系。 本文工程选用三连跨布置楼承板，即2.85m+2.85m+2.80m。现浇混凝土标号为C30，楼板厚度180mm。根据文献[3]选用钢筋桁架楼承板型号为HB6-150x6-JG/T368-2012。 4 结论 综合上文所述，大跨度混凝土屋盖结构采用钢-砼组合梁方案有如下结论； （1）结构整体性能能满足规范要求，与普通现浇混凝土屋盖相似，但自重比普通现浇混凝土屋盖轻，避免高支模，降低施工难度，施工速度快，造价低等优点。