大跨度干煤棚索拱桁架结构设计与施工分析

为研究大跨度索拱桁架结构在200m以上跨度干煤棚中应用的适宜性及施工可操作性,在结构抗风分析中,通过风洞测压试验和风振响应分析来确定结构设计风荷载;进行了考虑初始缺陷的双非线性结构整体稳定分析和抗震性能分析;针对本研究结构技术特点,提出适宜的结构安装方法并进行相应的施工阶段分析。通过与荷载规范方法风荷载作用效应的对比分析,证明了借助风洞试验可以取得较经济合理的设计效果;通过施工方案仿真分析及施工验证,确定本研究大跨度索拱桁架结构施工可操作性。结果表明:大跨度索拱桁架结构的各项技术指标表现良好,适宜在200m以上跨度的干煤棚结构中采用,施工可操作,可以在超大跨度干煤棚结构中推广应用。     

高层建筑等效静风荷载及抗风研究

风荷载是超高层建筑结构设计的主要控制荷载,对超高层结构进行风洞试验是结构抗风研究的重要方式。文中基于刚性模型多点同步测压风洞试验,介绍了风洞试验数据的处理方法。推导一个通用矩阵R,建立风压系数与风荷载的关系,计算出楼层的平均风荷载,并通过编写通用程序实现由风压系数转换成风荷载的过程。然后通过CQC方法计算等效静力风荷载,将随机振动的风荷载计算问题转化为静力荷载计算问题。文中介绍的方法可以快速计算等效静风荷载。采取这种高效率计算等效静风荷载的方法,为超高层结构抗风优化设计提供了指导。最后通过有限元软件SAP2000对超高层结构进行分析。     

单层球面网壳结构的风振及其参数分析

大跨度网壳结构日趋多样化、大型化、复杂化．风荷载常常起主要甚至决定性作用，风振动力响应特性研究日益受到关注与重视．目前，网壳结构的抗风设计参数取值方法尚不完善，大多沿用高层或高耸结构设计规范．本文讨论了网壳结构风振响应的时程分析计算方法，并利用节点位移风振系数、单元内力风振系数等概念来衡量网壳结构风振特性．对一类K6—6型单层球面网壳结构进行了包括几何参数、结构参数、阻尼比参数、边界约束参数、平均风速参数等多种工况的风振特性参数影响分析，得出该类单层球面网壳结构在上述各种参数工况下风振系数的变化规律，为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供一定参考．     

大跨度火车站结构的风荷载效应综合研究

大跨度结构的风荷载效应问题,给大型火车站的设计带来了较大的挑战。利用风洞试验及结构有限元计算等手段对外部自然风作用下车站的平均风荷载、风振响应进行计算与分析;利用计算流体动力学CFD软件对内部列车快速过站时列车风引起的屋盖动态风压力变化进行深入研究,得到详实的主体结构分区等效静风荷载、围护结构风荷载数据,同时对高速列车过站引发的列车风效应问题进行预测和评估,为火车站整体结构设计以及内部站台设计提供参考。     

平面拱形桁架等效静风荷载研究

对矢跨比分别为1/4、1/6、1/8的3个拱形屋面进行了同步测压风洞试验,分析风荷载和结构参数对平面拱形桁架风振响应和等效静风荷载的影响规律。风洞试验结果表明, 0°风向时,高矢跨比屋面的最大负压幅值出现在屋顶,而低矢跨比的出现在迎风前缘。从方便工程应用的角度,采用简化振型函数表达针对结构多个位移和杆件应力响应的多目标等效静风荷载。在工程常用范围内,分析结构矢跨比、跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对中部和端部平面拱形桁架多目标等效静风荷载的影响,得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数建议值,且经校核,在该等效静风荷载作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。     

广西钦州市体育场钢结构抗风设计

广西钦州体育场造型新颖,酷似海边飘带,包含东、西两看台,看台下部为钢筋混凝土框架结构,上部采用大跨度悬挑钢结构。体育场西看台屋盖南北长近300m,最宽处39m,屋盖钢结构支承在高差悬殊的混凝土结构上。本文结合风洞试验结果对体育场钢结构的风荷载和风振响应进行了分析,给出了考虑各个风向角下结构响应及风振系数的等效静风荷载,并在此基础上对结构进行了整体计算分析。结果表明,本结构属于风敏感结构,西看台钢结构悬挑部分在风荷载工况下位移比较大,因此需在前支座处构造设置设抗风拉杆。     

基于荷载效应的结构抗风设计方法研究

对等效静风荷载的基本理论进行分析,指出GB 50009-2001《建筑结构荷载规范》的风振系数法给出的等效静风荷载在只考虑1阶振型的前提下,能够实现各种荷载效应的等效;需考虑多阶振型的结构,只有在各阶振型完全相关的条件下,才能得到可满足全部荷载效应等效的静风荷载;一般情况下,包括阵风荷载因子法在内的计算方法,给出的等效静风荷载只能保证单个或多个响应目标的等效,其他荷载效应存在较大不确定性,可能造成据此进行的抗风设计偏于保守或不安全。为克服这些传统抗风设计方法的局限,提出了直接以荷载效应包络值进行结构抗风设计的基本思路：结合风洞试验得到各种荷载效应在不同风向角下可能出现的上、下限值,再将其与其他荷载作用下的效应直接组合进行结构设计。通过工程实例分析表明,采用阵风荷载因子法得出的等效静风荷载值可能导致其他荷载效应被大大高估,而直接采用荷载效应包络值用于结构设计,不但其值准确,且易于操作。     

大跨度屋盖结构抗风软件平台构建

基于同济大学土木工程防灾国家重点实验室结构风工程课题组完成的大量的大跨度屋盖结构风洞试验,使用网页设计语言和Matlab语言构建了大跨度屋盖结构抗风软件平台。介绍了抗风软件平台的开发背景、工作原理、数据处理方法、组成结构和使用方法。抗风软件平台收录了部分大跨度屋盖结构的风洞试验数据和悬臂弧形挑篷的抗风研究成果,同时还集成了本课题组开发的悬臂弧形挑篷等效静力风荷载计算软件。     

大跨度拱形结构等效静风荷载研究（英文）

根据计算流体动力学方法(CFD)以及有限元动力时程分析法数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,并以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT对大跨度拱形结构进行脉动风作用下的结构非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载.运用ANSYS进行结构的风振响应计算,分析得到基于结构风振响应时程的等效静风荷载.在此基础上提出多目标等效静风荷载加权组合系数的定义,计算获得大跨度拱形结构的多目标等效静风荷载,并验证其计算精度.研究表明,在文中方法所得等效静风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

大跨度屋盖等效静风压计算方法

为解决现有节点形式的大跨度屋盖等效静风荷载应用不便的问题,提出以分块风压方式描述的大跨度屋盖等效静风荷载计算方法。首先根据屋面风荷载分布特征进行分区处理,通过结构风致响应的快速分析,依据区域内节点的弹性恢复力得到各区域包含结构风振影响的等代风压时程,再由等代风压时程相关性和本征正交分解方法计算得到以等代风压为等效目标的分块等效静风压分布。进一步对由于区域平均处理所引起响应的偏差,提出了补偿方法并对分块等效静风压进行修正。针对不同风向等效分析所产生庞大工况数据,基于遗传算法提出一种自动筛选工况的方法,最终获取可以体现屋盖整体受风作用效应特征的最佳等效工况数据。将所提方法应用于某大型机库屋盖的等效风压计算,结果表明：采用补偿修正过的等效静风压能够较好地反映结构的风致响应特点;相比已有的节点荷载方式,分析筛选出来的少量的经过补偿处理的等效静风压工况,可以很好地重现结构的极值位移响应,验证了所提方法的有效性和可靠性。     

Wind loading and its effects on single-layer reticulated cylindrical shells

In this paper, the wind load distribution as well as its effects on single-layer reticulated cylindrical shells, which are widely used in practice, is investigated. At first, wind pressure distributions on three rigid cylindrical shell models considering different shape ratios are measured simultaneously in a wind tunnel. Some special characteristics of the measured wind pressure, especially its fluctuating component, are discussed. Then, considering the special structural mechanical behaviors, the effects of wind load, especially the fluctuating component, on the limit load-carrying capacity and the stability of the shells are investigated by both equivalent static analysis and dynamic analysis. Suitable methods to get a reasonable estimation of wind load effects in estimating the equivalent static wind load distribution for such shells are investigated. Finally, with comparison analyses using different methods mentioned in this paper, the efficiency of the method in estimating the effective wind load distribution presented by the authors previously for single-layer reticulated spherical shells is demonstrated, and some advices for estimating the wind load distribution on single-layer reticulated cylindrical shells is given for wind-resistant design in practice.     

群体风效应下高层建筑等效风荷载及舒适度分析

基于某复杂群体高层建筑项目风洞试验结果,采用覆面积分计算方法,对该项目最高塔楼进行了风荷载及风振响应分析,结构由于受到周围建筑的干扰影响,其实际风荷载与规范估算结果差异较大,计算还分析了不同风向下结构的等效基底倾覆力矩及其顶部峰值加速度,其结果可用于此结构的抗风设计。     

轻型钢结构抗风研究现状

轻型钢结构由于构件重量轻、相对薄柔,墙面及屋面等围护结构轻柔,因而对风荷载非常敏感。针对这一问题,系统回顾和总结了国内外轻型钢结构抗风领域的研究现状和相关成果,主要涉及轻型钢结构的抗风传力体系特点、风致破坏特点及机理、等效静力风荷载理论、风荷载的计算、轻型墙面及屋面系统的抗风设计等方面。在此基础上,指出了目前轻型钢结构体系抗风设计及相关研究中尚存的问题,提出了进一步研究的方向,为轻型钢结构抗风分析及研究提供借鉴。     

体育场悬挑屋盖空间风激动力响应和等效风荷载实用计算

本文推导了悬挑屋盖空间动力响应的理论公式,提出了等效静力风荷载实用计算方法。动力响应公式中考虑了空 间脉动风压分布和多个空间振型的贡献,且给出了显式表达式,工程应用方便;等效静力风荷载是基于惯性风荷载方法提 出的。结合等效风荷载的计算,本文利用两座体育场风洞试验的测压数据,拟合了其悬挑屋盖脉动风压谱的经验公式。经 工程算例表明,本文方法对悬挑屋盖的风振计算具有较理想的计算精度。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

风洞试验在建筑幕墙抗风设计中的应用

抗风设计对建筑幕墙极为重要。本文从风致幕墙结构破坏的特点、幕墙风荷载取值存在的问题、风洞试验在幕墙抗风设计方面的应用等方面讨论,并以工程实例说明了风洞试验可以优化幕墙的抗风设计,有效降低工程造价。     

Wind-Induced vibration responses of prestressed double-layered spherical latticed shells

This paper focuses on the wind-induced vibration response of prestressed double-layered spherical latticed shell (PDSLS) structures by adopting time-domain analysis method. Welch spectrum analysis method is used to make precision evaluation of power spectrum of fluctuating wind speed time history simulated by weighted amplitude wavelet superposition (WAWS) method and linear filtering method of auto-regression (AR) model. Results show that the two methods produce little precision difference, but AR method is far more efficient than WAWS and is more suitable for wind speed simulation of PDSLSs. The effect of various parameters on the wind-induced vibration response of PDSLS structures are comprehensively investigated, including rise-span ratio, span, shell thickness, elastic constraint stiffness, prestress value, with or without cables and cable layout scheme. Results show that rise-span ratio and span are the major factors that affect wind-induced vibration response of PDSLSs. When cables are set, the wind vibration coefficient of nodal vertical displacement becomes smaller and more equally distributed, which demonstrates that PDSLSs are less sensitive to fluctuating wind effect than common latticed shell structures without cables. Finally, based on the envelopment concept and with the maximum dynamic and average wind-induced displacement responses as control indicators, the calculating method for global wind vibration coefficient (GWVC) of PDSLSs is proposed and the value with usual design parameters is given. Meanwhile, when the structure is made static analysis by means of the equivalent static wind load obtained from GWVC, the obtained internal member force response is relatively accordant with the actual response got from time-history analysis, and is a little safer.     

高耸塔架横风向动力风效应

在现行的荷载规范、高耸结构设计规范以及能源部颁发的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（ＳＤＧＪ９４－９０）中,对格构式塔架的横风向风振力均未作考虑。作者通过对气动弹性模型风洞试验和国外现场实测资料的分析,论证格构式塔架具有几乎与顺风向等同的横风向风振力,以期在设计中引起足够的重视,并且根据试验结果提出了横风向风振力的简化计算公式。     

弦弓式预应力柱面网壳结构风洞试验及风致效应研究

弦弓式预应力柱面网壳结构是一种新颖的结构形式,通过对网壳下部拉索施加预应力使结构成为自平衡体系,某火电厂干煤棚为弦弓式预应力柱面网壳结构在干煤棚结构中的首次应用,风荷载是其主要荷载之一,目前规范对该类网壳结构的体型系数未作明确规定,因此需要进行风洞试验来确定其体型系数,试验考虑了网壳周边环境的作用,严格模拟了规范规定的大气边界层风场,分析研究了网壳表面风压分布规律及其影响因素,给出了可供设计采用的体型系数,同时进行了风致效应的研究,研究表明,周边环境对网壳表面风压分布的影响较大而煤堆的影响较小,大气边界层风场中风速脉动导致的风压改变在设计时已不容忽视,风荷载对网壳下部预应力拉索应力起着卸载作用,各索的最大应力减少比例在20％左右。