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        分析復(fù)雜大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的風荷載特性及抗風設(shè)計

        2018-02-01 15:04:16
        時代農(nóng)機 2018年3期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計

        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).

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