中南大学《工程结构可靠度设计原理》课件第四章风荷载剖析.ppt

倒锥的悬挂结构 不规则的结晶体 由于场馆体形复杂，不能按现荷载设计规范进行结构的抗风设计，根据《荷载规范》第7.3.1条第3款，本工程需要进行风洞试验，为抗风设计提供依据。 由于大跨悬挑屋盖结构具有柔性大,阻尼小,结构自振周期和风速的长卓越周期较接近等特点,因而这种屋面对风荷载十分敏感,风荷载往往成为屋面结构设计的主要荷载。 由体操馆、台壁球馆、历史馆组成 应考虑风力相互干扰的群体效应 ·数值风洞与风洞试验 ·风荷载的处理方式 ·风荷载敏感部位的数据分析及风荷载确定 ·风振响应取值 利用ANSYS-CFD流体力学软件对场馆群进行数值风洞模拟，初步的确定屋面及墙面的风荷载布置情况，从下图荷载分布云图中可以看到在悬挑部位，屋面中间坡度比较大的部位，侧开洞的部位以及飘带的位置，风荷载比较大，应该重点的分析。 1.数值风洞分析，确定的风敏感区域， 指导风洞试验的测点布置。 数值风洞模拟风荷载分析 体操馆风洞试验测点分布图 依据建筑结构杆件的布置特征，及以上敏感位置的分布，风洞实验的测点布置如图所示：其中对应悬挑位置、飘带位置（为四面敞结构形式）、开洞位置的应在相同位置双面布置测点，风荷载为其测点的压差。 风洞实验与数值风洞相互校验，判断合理性。 2　风荷载的处理方式创新 通常采用体形系数的模式，利用荷载规范公式： 高度变化系数需根据规范在一定的范围内差值得到，而且只能是分段输入，其数值没有连续性，积累了计算误差，对多风向角输入繁琐，工作量大，荷载更改不方便。 利用风洞实验的原始数据，以Visual Basic编程实现由实验测点数据—风的面荷载—桁架结构的节点荷载的转换，实现了数字化输入，这样以风洞试验输入1个风向角的工况和输入多个风向角的工况速度是相同的，充分的利用了原始数据即风压系数 ，减少了累积的误差，提高数据精度和转化数据速度。 3 风荷载敏感部位数据分析及风荷载的确定 A. 大悬挑是典型的风敏感结构，特别对建于强风地区的大跨度钢结构来说, 悬挑上的风荷载和由此诱发的挑篷的风致振动常常是控制结构安全性的主要因素，挑篷外形和结构特点导致其风荷载特性和结构动力特性十分复杂, 至今尚未像高层或高耸结构的顺风向风致振动那样建立起简洁合理的风振响应分析方法。 对比多个大悬挑项目的风洞实验数据，并与数值风洞结果作对比。我们认为本工程大悬臂的风洞实验结果偏不安全，因此，实际计算乘了1.15系数。 B.墙面开洞位置的风荷载取值 本工程的突出的特点是墙面大量开洞，经分析是风荷载的组合起控制作用。 开洞的面积大于40％，墙面部分的风振效应就十分明显了，达到2.9，如果按主结构风振系数输入，容易造成安全隐患。 C.幕墙部分的风荷载取值 规范对幕墙是作为围护结构来计算，从阵风系数的角度去定义风荷载的取值 。 本工程中的幕墙主受力系统为单索，其刚度比较小， 而且面积大，造成在风荷载下的风振影响比较大，应该采用主结构的算法保证其安全性。 4风振响应取值 采用非线性时程分析方法进行屋盖结构的风振响应分析。 结构形式的不同，可分为两类： 1.主次梁体系屋盖 --共振响应中第一阶振型贡献最大 。 2.空间整体屋盖--高阶振型的影响就并不能忽略。 对复杂结构的风振系数应按刚度分区分别计算。 结论： 风洞试验是采集风荷载数据的主要手段，怎样处理并判断风洞试验的数据。通过广州亚运综合馆的风洞试验—数据采集—荷载分析—设计应用这个过程。 探索总结出一些方法： 1. 前期数值模拟对风洞试验有着重要的指导意义 。 2.风洞试验原始数据分析的程序化，比较大地提高了结构设计的效率及准确 性，对于复杂结构有普遍参考价值。 3.通过分析试验数据并结合相关文献对复杂结构如大悬挑、开洞、单索玻璃幕墙的风荷载取值做了对比研究，并推荐相应的估计及计算方法，为类似工程提供了参考依据。 4.对结构的风振系数的采用，提出按刚度分区分别计算的方法。 广州亚运综合馆从2011年6月投入使用，至今已满一年。经历了多次强台风的考验，主结构、屋面板、幕墙、室外天花等都没有出现任何异常。说明广州亚运综合馆的风荷载取值及设计是合适的。 * * * 4-* §4.4 顺风向结构风效应 §4.4.3 顺风向总风效应 4-* 4-* 示例 　 已知