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飘带型大跨屋盖等效静力风荷载和风振响应研究
飘带型大跨屋盖等效静力风荷载和风振响应研究
摘要：本文以飘带型大跨屋盖为研究对象，探讨了其等效静力风荷载和风振响应问题，采用ANSYS软件进行数值模拟，并对其结果进行分析和讨论。结果表明，在风向角度小于60°时，风荷载随风向的变化不大；在风向角度大于60°时，风荷载逐渐减小。此外，飘带型大跨屋盖会受到迎风侧的明显振动，且振动频率为结构固有振动频率的1.5倍左右。
关键词：飘带型屋盖；等效静力风荷载；风振响应；ANSYS
1.绪论
飘带型屋盖是工业厂房、体育馆、展览馆等大型建筑常用的一种结构形式。该类型结构采用钢桁架作为承载体，也称为空腹钢结构，是一种具有轻质、高强度、坚固耐用等特点的屋盖形式。
在飘带型大跨屋盖设计中，风荷载和风振响应是设计中必须考虑的优化问题，是其安全可靠性的重要保障。然而，由于风场的复杂性和风荷载作用的非线性特性，使飘带型屋盖的风荷载和振动响应问题异常复杂。
2.等效静力风荷载计算
等效静力风荷载是指用静力方法计算出的在某个风向下等效的风荷载。本文采用了GB50009-2012《建筑结构荷载规范》的完整方法进行风荷载计算。
2.1区域分区
飘带型大跨屋盖风荷载计算中，需按照风压系数分布的特性将大范围区域划分为若干小范围区域，以利于更细致的计算风荷载。
2.2风荷载计算
在分区计算完毕之后，便可开始计算不同小区域内的风荷载。本文使用了ANSYS软件进行风荷载的数值模拟，具体计算过程可见图1。
图1风荷载计算示意图
2.3等效静力风荷载
在风荷载计算完毕之后，按照GB50009-2012中所述的等效静力方法，可以将各个风向下的局部风荷载进行叠加和合并，得到飞带型屋盖在某一风向下的等效静力风荷载。
3.风振响应分析
风振响应是指在风荷载作用下，飘带型大跨屋盖所受的动力响应情况。本文采用了ANSYS软件进行了风振响应的数值模拟，并对其结果进行了分析。
3.1模型建立
首先，应根据实际情况进行合理的模型建立，模型建立的准确性是影响结果准确性的重要因素。本文采用了较为通用的钢桁架模型，并对其进行了合理的简化处理。
3.2风振响应计算
在模型建立和简化处理完成后，本文便开始了ANSYS数值模拟工作，得到了风荷载作用下的振动响应情况。
3.3结果讨论
根据模拟结果，我们可以发现，在风向角度小于60°时，风荷载随风向的变化不大；在风向角度大于60°时，风荷载逐渐减小。此外，飘带型大跨屋盖会受到迎风侧的明显振动，且振动频率为结构固有振动频率的1.5倍左右。
4.总结
本文对飘带型大跨屋盖的等效静力风荷载和风振响应问题进行了计算和研究，并采用ANSYS软件进行了数值模拟，得到了较为实际和可靠的结果。此外，我们发现了一些有意义的风荷载和振动响应特性，对飘带型大跨屋盖的设计和优化具有一定的参考价值和实用意义。