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湛江新机场航站楼屋盖结构分区等效静风荷载研究

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建筑钢结构进展 2022年第6期24卷 92-100页

作者：区彤张佳武陈进于冯若强广东省建筑设计研究院有限公司广州510010 东南大学土木工程学院南京211189

对湛江新机场航站楼屋盖结构的屋面风荷载特性和时域法风振响应特性进行研究,分别采用分区风振系数法、分区多目标法和分区约束多目标法计算屋盖结构的等效静风荷载。结果表明:屋盖表面平均风压主要表现为负压,在垂直于风向角的屋盖迎... 详细信息

对湛江新机场航站楼屋盖结构的屋面风荷载特性和时域法风振响应特性进行研究,分别采用分区风振系数法、分区多目标法和分区约束多目标法计算屋盖结构的等效静风荷载。结果表明:屋盖表面平均风压主要表现为负压,在垂直于风向角的屋盖迎风前缘负压最大,距离迎风前缘越远风压逐渐减小,脉动风压变化规律与平均风压基本相同。屋盖结构最大风振响应处主要位于屋面悬挑区域,结构设计时需重点关注该区域的响应。分区风振系数法等效风压分布合理,但等效响应整体误差大。以少量分区脉动风压为荷载基本向量的分区多目标法等效响应整体精度高;考虑约束方程的分区约束多目标法等效响应整体精度有所下降,但分区风压变化均匀连续,等效风压分布合理,便于工程应用。

关键词：大跨度屋盖风振响应分析分区多目标等效等效静风荷载

基于大涡模拟的大跨屋盖结构多目标等效静风荷载研究

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基于大涡模拟的大跨屋盖结构多目标等效静风荷载研究

作者：栾欣哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着社会的发展和对建筑使用性能要求的提升,大跨屋盖结构因其内部空间充足、结构形式优美多变等优点得到广泛应用。但是,由于大跨屋盖结构的特点是质量轻、刚度小等,对于风的敏感性较高,在风荷载的作用下常常发生破坏事故。因此,深入... 详细信息

随着社会的发展和对建筑使用性能要求的提升,大跨屋盖结构因其内部空间充足、结构形式优美多变等优点得到广泛应用。但是,由于大跨屋盖结构的特点是质量轻、刚度小等,对于风的敏感性较高,在风荷载的作用下常常发生破坏事故。因此,深入研究大跨度屋盖结构的抗风性能对于实际的工程结构设计意义十分重大。本文基于大涡模拟方法通过数值模拟计算典型大跨屋盖结构表面的风荷载,对比风荷载作用下及等效静风荷载作用下结构的风致响应,针对于三种实际工程中应用较为广泛的屋盖类型,研究典型大跨屋盖结构的多目标等效静风荷载组合方式及分布特点。利用流体仿真软件对大跨屋盖结构风荷载数值模拟进行研究。采用大涡模拟作为CFD求解方法,详细分析了大涡模拟的基本理论;以计算域尺寸的确定、网格的划分、湍流模型的选取、结果的收敛性等多个方面为依据,总结与讨论数值模拟的求解过程;利用湍流风速时程生成方法(CDRFG)模拟大气边界层;对典型大跨屋盖结构(平屋盖、球面屋盖、柱面屋盖)进行风荷载数值模拟计算,通过分析风压时程数据,得到屋盖表面风压分布规律。利用有限元软件对典型大跨屋盖结构风致响应进行分析。根据大跨屋盖结构特点,选用理论清晰、过程简单、结果准确的时域分析方法;将数值模拟得到的大跨屋盖结构表面脉动风压时程处理成风荷载时程;建立平屋盖、球面屋盖、柱面屋盖结构有限元模型并对其结构模态特性进行分析;利用参数化设计语言计算风致响应时程,研究大跨屋盖结构不同风向角下的多种类型响应,并对位移响应进行三分量分解。采用阵风因子法(GLF法)、惯性力法(IWL法)、荷载响应相关系数法.(LRC法)及三分量法得到平屋盖、球面屋盖、柱面屋盖结构以单一响.应为目标的等效静风荷载;通过对比分析结构静力响应与脉动风荷载下的结构响应峰值,选取GLF法及LRC法,研究不同的等效目标选取数量、等效目标响应类型等因素对多目标等效静风荷载精确度的影响;确定适用于不同类型大跨屋.盖结构最优组合方式的等效静风荷载,得到结构的等效静风荷载系数,以保证结构设计过程中的适用性及工程可操作性。

关键词：大跨屋盖结构数值模拟风致响应等效静风荷载

高层建筑结构的矢量响应极值及等效静风荷载研究

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高层建筑结构的矢量响应极值及等效静风荷载研究

作者：张铸哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着工程技术的进步与发展,高层建筑结构在各地不断涌现,这不仅提高了城市土地的利用率,也彰显了城市的现代化水平。随着高度的增加,建筑结构越容易受到风的作用影响,因此相关风致振动响应以及等效静风荷载研究具有非常重要的意义。在... 详细信息

随着工程技术的进步与发展,高层建筑结构在各地不断涌现,这不仅提高了城市土地的利用率,也彰显了城市的现代化水平。随着高度的增加,建筑结构越容易受到风的作用影响,因此相关风致振动响应以及等效静风荷载研究具有非常重要的意义。在高层建筑结构设计中,一般考虑刚性楼板两个平动和一个转动共计三个方向自由度,并且这三个方向响应已经得到成熟研究并写入规范。但实际响应从二维平面考虑,作为矢量同样值得关注。本文首先采用高斯随机数列模拟一维响应时程,对比分析不同风致二维矢量响应极值统计方法计算结果,探讨了相关系数和响应标准差对计算结果的影响。结果表明,相关性组合方法(Correlation-Dependent Combination,CDC)和旋转主轴方法(Rotating Principal Axis,RPA)能量化一维分量响应之间的相关系数对二维矢量响应极值的影响从而得到更加合理结果。以CAARC(Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council)高层建筑标准模型和不同宽厚比高层建筑模型为算例,探究了不同风向以及宽厚比对二维矢量响应极值的影响。对于顶层楼板中心响应,不同宽厚比模型的计算结果随风向变化而变化的规律明显不同。随着宽厚比增加,某一方向抗侧移刚度越大,使得响应标准差越小,从而两方向响应标准差比值减小,使二维矢量响应极值减小;对于顶层楼板角点响应,随着宽厚比增加,响应相关系数绝对值增加,使得二维矢量响应极值增加。分别使用频域方法和时域方法计算等效静风荷载,研究表明,无论从计算误差或是计算效率方面考虑,目前时域方法与频域方法都能胜任结构模态响应统计值的计算,进而实现等效静风荷载设计。对主轴方向响应等效静风荷载进行详细数学推导,不同方法的本质都是在阵风荷载包络线的基础上考虑脉动风荷载空间相关性的荷载折减系数。在此基础之上,结合二维矢量响应极值统计方法,形成矢量响应极值等效静风荷载。该等效静风荷载的包络线能根据风向的不同自适应调节旋转的角度,并且包络率不低于主轴方向等效静风荷载。

关键词：风致振动时域分析二维矢量响应极值等效静风荷载

基于响应时程的大跨度空间结构等效静风荷载分析方法

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建筑结构学报 2012年第1期33卷 35-42页

作者：陈凯符龙彪钱基宏金新阳中国建筑科学研究院北京100013

提出以特定时刻的瞬时风压分布为基础,计算大跨度空间结构等效静风荷载的基本方法。首先利用广义坐标合成法得到目标响应的时程,从中确定产生最大响应的时刻,再以该时刻的瞬时风压分布为基础,采用动力放大因子法或附加风振力法计算等效... 详细信息

提出以特定时刻的瞬时风压分布为基础,计算大跨度空间结构等效静风荷载的基本方法。首先利用广义坐标合成法得到目标响应的时程,从中确定产生最大响应的时刻,再以该时刻的瞬时风压分布为基础,采用动力放大因子法或附加风振力法计算等效静风荷载。当采用附加风振力法将瞬时风压和附加风振力叠加时,可以得到与风压作用方向不同的等效静风荷载,避免了在某些情况下对风压的过度放大。为便于工程应用,根据精确的等效静风荷载计算式,将荷载中的准静态分量和附加风振力分离,提出了附加风振力的简化计算式。通过大型结构算例分析,证明采用上述方法可以给出合理的等效静风荷载分布,不但能够保证响应目标的等效,其他响应也符合真实情况。

关键词：大跨度空间结构等效静风荷载广义坐标合成法风振响应时程附加风振力

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大跨空间结构的多目标等效静风荷载分析方法

土木工程学报 2010年第3期43卷 62-67页

作者：陈波杨庆山武岳北京交通大学北京100044 哈尔滨工业大学哈尔滨150090

针对大跨空间结构风荷载空间分布复杂、多振型参与结构风振以及等效静风荷载中存在多等效目标等特点,以作者提出的单目标(即等效目标)等效静风荷载分析方法为基础,提出多目标等效静风荷载的分析方法,该方法的基本思想是:根据结构风振响... 详细信息

针对大跨空间结构风荷载空间分布复杂、多振型参与结构风振以及等效静风荷载中存在多等效目标等特点,以作者提出的单目标(即等效目标)等效静风荷载分析方法为基础,提出多目标等效静风荷载的分析方法,该方法的基本思想是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量;根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。该分析方法的优点是:能够再现风振响应特点,又能解决工程中的多等效目标问题。最后,将该方法应用于一单层球面网壳,结果表明:一个等效静风荷载分布形式就可以实现某一类响应(如所有节点的位移)都与动力极值响应等效,验证了本文方法的有效性和精度。

关键词：大跨空间结构等效静风荷载风振响应本征模态主导振型

大跨度张弦桁架雨棚结构等效静风荷载数值模拟

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上海交通大学学报 2016年第1期50卷 59-64页

作者：乔帅斌汪汛王子通周岱上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程;采用ANSYS建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,进而提出等效静风荷载新内涵... 详细信息

基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程;采用ANSYS建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,进而提出等效静风荷载新内涵.运用数值模拟分析,给出了基于结构立柱基底竖向反力和桁架跨间位移的等效静风荷载.

关键词：张弦桁架雨棚结构风速时程模拟动力放大因子等效静风荷载

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国家体育场多目标等效静风荷载

土木建筑与环境工程 2009年第6期31卷 27-33页

作者：陈波杨庆山北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造... 详细信息

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明:在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷载作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。

关键词：国家体育场等效静风荷载风振响应本征模态主导振型

大跨度屋盖结构风振响应和等效静风荷载的快速算法和应用

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土木工程学报 2010年第7期43卷 29-36页

作者：李小康谢壮宁汕头大学汕头515063 华南理工大学广州510641

采用一种新的快速算法—谐波激励法(HEM)计算复杂大跨度空间结构的风致响应,该方法的精度等同于完全二次型组合(CQC)方法,对内存的消耗却要远小于CQC方法且计算速度要显著比CQC方法快。在得到结构风致响应的基础上,基于荷载响应相关(LRC... 详细信息

采用一种新的快速算法—谐波激励法(HEM)计算复杂大跨度空间结构的风致响应,该方法的精度等同于完全二次型组合(CQC)方法,对内存的消耗却要远小于CQC方法且计算速度要显著比CQC方法快。在得到结构风致响应的基础上,基于荷载响应相关(LRC)原理计算出包含共振响应和模态耦合的结构等效静风荷载(ESWL)。将本文方法应用于一复杂体育场屋盖的风振响应和ESWL的计算分析,通过对该结构风致响应的特征和ESWL分布的分析和讨论,证明了本文方法的有效性。文中还对响应的背景和共振分量的相关特征进行分析,结果显示:响应的背景和共振分量的相关系数最大可达-0.13,忽略这种相关特征所产生的误差最大可达6%并高估了结构的风振响应。

关键词：大跨度屋盖风致响应谐波激励法等效静风荷载风洞试验

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

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上海交通大学学报 2014年第11期48卷 1562-1567,1573页

作者：乔帅斌卢旦马宁周岱王子通上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海现代建筑设计集团技术中心上海200040

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法... 详细信息

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.

关键词：大跨度穹顶网格结构风载体型系数风振动力放大因子等效静风荷载