分析复杂大跨度屋盖结构的风荷载特性及抗风设计

2018-02-01陈晨

时代农机 2018年3期

陈晨

（长春科技学院，吉林长春 130600）

经济水平的不断提升，使人们对大跨度屋盖结构工程的建设效果不仅仅停留在安全可靠，还要具备一定的美观效果。而抗风设计的复杂性，降低了建筑目标的实现效率。为此，工程建设者应从实践角度出发，即在明确抗风设计局限的基础上对风荷载特性进行分析，以提高抗风设计策略的有效性。

1 研究复杂大跨度屋盖结构风荷载特性及抗风设计的现实意义

当前阶段，对于大跨度屋盖结构建造来说，会受到风荷载特性的影响，而降低抗风设计的科学有效性。再加上，经济水平的不断提升，使人们对建筑物建设使用的美观性需求越来越高。此工程建设背景下，就在很大程度上增加了复杂大跨度屋盖结构设计工作量，即需综合考虑多方面因素来强化屋盖结构设计合理性。为提高复杂大跨度屋盖结构设计的有效性，相关人员应对当前已建工程的屋盖结构抗风设计情况进行分析，即在明确抗风设计局限问题的基础上，结合风荷载特性的影响从而控制实践高效的抗风设计策略。

2 复杂大跨度屋盖结构的抗风设计局限

研究表明，复杂大跨度屋盖结构的抗风设计在风荷载的作用下，需要对基本风压值进行计算，进而确定建筑物建设使用的抗风设防标准。现阶段，复杂大跨度屋盖结构的抗震设计已经有相关的规范标准进行质量效果控制，但抗风设计的分析还处在单一的抗风设防标准上。而且，屋盖结构的抗风设计还会受到不断变化的结构参数影响，而降低抗风设计的效果。这里的结构参数变化是指，因风荷载影响下大跨径与轻型化的屋盖空间结构会出现大幅度的变形，进而导致结构失稳。而现有的风荷载稳定分析能涉及结构变形因素的影响，这就使复杂大跨度屋盖结构的抗风设计忽略了初应力与变形工作中的高阶量作用。故相关建设者应结合风荷载特性，对复杂大跨度屋盖结构采取具有针对性与适用性的抗风设计策略。

3 基于风荷载特性控制的复杂大跨度屋盖结构抗风设计策略

（1）风荷载特性。由于复杂大跨度屋盖结构的风荷载分布特性，会因其本身的建筑外形与所处环境的差异而发生变化，因此，设计人员应采用风洞试验、数值模拟以及现场实际测量的方式，来确定屋盖结构所处的风荷载环境特性。以风荷载特性中的风致振动为例，当复杂大跨度屋盖结构受该类风荷载特性分布影响，抗风设计将面临结构自振特性、自然风特性以及风与结构耦合等作用因素。从风振形式来看，主要分为三类：①由大气紊流导致的抖振，其实是在脉动风荷载作用下以随机振动状态强迫存在的；于涡激共振是指，在平均风的作用下，结构周边出现了漩涡脱落的问题，且当漩涡脱落的频率与结构基频相近时，就会发生共振；③颤振与驰振，当风荷载在临界风速作用下，负阻尼效应会使结构从周边气流中不断吸取能量，最终导致气动弹性失去稳定效果。

（2）抗风设计策略。以三阶段抗风设计方法为例，设计人员将结构构造措施与抗风概念进行结合，以满足大跨度屋盖结构建造的风压可修、不坏与不倒的需求。①在第一阶段，设计人员应采用第一水准的风压，即常遇风压，具体的结构计算应在弹性状态下进行风荷载效应的分析。而后，还使其与地震、重力等荷载效应进行组合。如此，构件截面的设计就能满足结构常遇风压环境下的强度要求。值得注意的是，由于此阶段的结构处于正常使用极限状态，因此，设计人员应将第一水准作为抗风设防目标；于第二阶段的设计，应采用第二水准风压，即偶遇风压，通过计算屋盖结构的变形、裂缝宽度，来将其限值控制在既定的规范标准要求下。与此同时，还应采用概念设计方法，来优化控制结构的截面尺寸与形状，进而确定结构布置与构造措施运用的合理性；③第三阶段，则采用第三水准风压，即罕遇风压，通过计算屋盖结构各部位的连接处强度，来确定结构主体的变形与裂缝宽度影响。如此，就可使其与结构倒塌时与临界限制保持一段距离。同时，抗风设计人员还应对结构采取预前的临时加固措施，来将主体结构的弹塑性控制在安全可靠的范围内。