陳 晨

（長春科技學(xué)院，吉林 長春 130600）

經(jīng)濟水平的不斷提升，使人們對大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)效果不僅僅停留在安全可靠，還要具備一定的美觀效果。而抗風設(shè)計的復(fù)雜性，降低了建筑目標的實現(xiàn)效率。為此，工程建設(shè)者應(yīng)從實踐角度出發(fā)，即在明確抗風設(shè)計局限的基礎(chǔ)上對風荷載特性進行分析，以提高抗風設(shè)計策略的有效性。

1 研究復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)風荷載特性及抗風設(shè)計的現(xiàn)實意義

當前階段，對于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)建造來說，會受到風荷載特性的影響，而降低抗風設(shè)計的科學(xué)有效性。再加上，經(jīng)濟水平的不斷提升，使人們對建筑物建設(shè)使用的美觀性需求越來越高。此工程建設(shè)背景下，就在很大程度上增加了復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作量，即需綜合考慮多方面因素來強化屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性。為提高復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性，相關(guān)人員應(yīng)對當前已建工程的屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計情況進行分析，即在明確抗風設(shè)計局限問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合風荷載特性的影響從而控制實踐高效的抗風設(shè)計策略。

2 復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計局限

研究表明，復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計在風荷載的作用下，需要對基本風壓值進行計算，進而確定建筑物建設(shè)使用的抗風設(shè)防標準?，F(xiàn)階段，復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計已經(jīng)有相關(guān)的規(guī)范標準進行質(zhì)量效果控制，但抗風設(shè)計的分析還處在單一的抗風設(shè)防標準上。而且，屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計還會受到不斷變化的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響，而降低抗風設(shè)計的效果。這里的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化是指，因風荷載影響下大跨徑與輕型化的屋蓋空間結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)大幅度的變形，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。而現(xiàn)有的風荷載穩(wěn)定分析能涉及結(jié)構(gòu)變形因素的影響，這就使復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計忽略了初應(yīng)力與變形工作中的高階量作用。故相關(guān)建設(shè)者應(yīng)結(jié)合風荷載特性，對復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)采取具有針對性與適用性的抗風設(shè)計策略。

3 基于風荷載特性控制的復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計策略

（1）風荷載特性。由于復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的風荷載分布特性，會因其本身的建筑外形與所處環(huán)境的差異而發(fā)生變化，因此，設(shè)計人員應(yīng)采用風洞試驗、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場實際測量的方式，來確定屋蓋結(jié)構(gòu)所處的風荷載環(huán)境特性。以風荷載特性中的風致振動為例，當復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)受該類風荷載特性分布影響，抗風設(shè)計將面臨結(jié)構(gòu)自振特性、自然風特性以及風與結(jié)構(gòu)耦合等作用因素。從風振形式來看，主要分為三類：①由大氣紊流導(dǎo)致的抖振，其實是在脈動風荷載作用下以隨機振動狀態(tài)強迫存在的；于渦激共振是指，在平均風的作用下，結(jié)構(gòu)周邊出現(xiàn)了漩渦脫落的問題，且當漩渦脫落的頻率與結(jié)構(gòu)基頻相近時，就會發(fā)生共振；③顫振與馳振，當風荷載在臨界風速作用下，負阻尼效應(yīng)會使結(jié)構(gòu)從周邊氣流中不斷吸取能量，最終導(dǎo)致氣動彈性失去穩(wěn)定效果。

（2）抗風設(shè)計策略。以三階段抗風設(shè)計方法為例，設(shè)計人員將結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施與抗風概念進行結(jié)合，以滿足大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)建造的風壓可修、不壞與不倒的需求。①在第一階段，設(shè)計人員應(yīng)采用第一水準的風壓，即常遇風壓，具體的結(jié)構(gòu)計算應(yīng)在彈性狀態(tài)下進行風荷載效應(yīng)的分析。而后，還使其與地震、重力等荷載效應(yīng)進行組合。如此，構(gòu)件截面的設(shè)計就能滿足結(jié)構(gòu)常遇風壓環(huán)境下的強度要求。值得注意的是，由于此階段的結(jié)構(gòu)處于正常使用極限狀態(tài)，因此，設(shè)計人員應(yīng)將第一水準作為抗風設(shè)防目標；于第二階段的設(shè)計，應(yīng)采用第二水準風壓，即偶遇風壓，通過計算屋蓋結(jié)構(gòu)的變形、裂縫寬度，來將其限值控制在既定的規(guī)范標準要求下。與此同時，還應(yīng)采用概念設(shè)計方法，來優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)的截面尺寸與形狀，進而確定結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造措施運用的合理性；③第三階段，則采用第三水準風壓，即罕遇風壓，通過計算屋蓋結(jié)構(gòu)各部位的連接處強度，來確定結(jié)構(gòu)主體的變形與裂縫寬度影響。如此，就可使其與結(jié)構(gòu)倒塌時與臨界限制保持一段距離。同時，抗風設(shè)計人員還應(yīng)對結(jié)構(gòu)采取預(yù)前的臨時加固措施，來將主體結(jié)構(gòu)的彈塑性控制在安全可靠的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計，應(yīng)與工程所處的風荷載狀態(tài)進行結(jié)合，以采用三階段抗風設(shè)計方法，以控制不同風壓條件下結(jié)構(gòu)作用的穩(wěn)定性。如此，復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅滿足了建造安全可靠的需求，還提升了結(jié)構(gòu)作用的美觀效果。

［1］ 顧明，周述燚，全涌.大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)抗風軟件平臺構(gòu)建［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2016，46（S2）：191-196.

［2］ 陳智勇，彭振斌，陳偉.考慮下部結(jié)構(gòu)支承剛度的大跨度屋蓋風致響應(yīng)分析［J］.中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，46（4）.