[博士]大跨柔性点支式幕墙及采光顶等效风荷载和风致响应研究

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标签：结构毕业设计点式支承玻璃幕墙玻璃采光顶博士

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[博士]大跨柔性点支式幕墙及采光顶等效风荷载和风致响应研究
　　大跨柔性点支式幕墙及采光顶支承体系的抗风设计是玻璃建筑结构设计中一个颇受关注的热点问题。然而由于我国点支式玻璃幕墙及采光顶使用的时间还比较短，开展的研究也不够全面，因此我国用于指导点支式玻璃幕墙设计的规范还需要进一步完善。如：玻璃幕墙工程技术规范和点支式玻璃幕墙技术规程在幕墙支承体系抗风设计方面所采用的方法和准则就有所区别而建筑结构荷载规范川有一定的适用范围，其中有关风荷载的内容主要是针对高层建筑及高耸结构，在指导采光顶、屋盖等大跨空间钢结构工程的抗风设计方面，存在一定程度的局限性。故此，本文在总结前人频域分析理论成果的基础上，提出了更适用于计算大跨空间钢结构风致响应的时域方法和求解相应等效静力风荷载的新体系，通过工程实例的分析得到一些有益结论，具有重要的理论价值和实践指导意义。
　　传统的风振研究的方法是基于频域分析的线性方法，即线性的结构和荷载假说基础上的模态分析方法，如模态叠加法。这样，荷载和结构的非线性特征就无法考虑。这种计算导致的偏差往往不好评价，因为结构极限状态设计方法通常是假设结构不出现这些非线性特征为前提的。时域分析方法为考虑结构非线性性能进行风振分析提供了方便，它主要包括以下两个部分的内容一是风荷载时程的处理，二是结构的非线性动力分析。
　　关于风荷载时程的处理，本文提供了两种方法。第一种方法是采用Davenport风速谱，通过快速傅立叶变换技术和一随机变量模拟技术获得系列离散随机准静态荷载来表达具有空间相关性的风荷载时程。第二种方法利用气动刚性风洞试验的原始数据，将试验测点上的风速时程转化为考虑群体结构影响的风力时程。相对于第一种方法，第二种方法不再采用准定常假设，更符合采光顶及屋盖等大跨空间钢结构的实际情况。同时，由于工程项目的建筑设计完成以后，其基本建筑形式就确定下来，但其结构形式仍然会存在多种方案，这就需要对每个设计方案的动力性能和风致响应进行评价，而通过气动弹性试验来测定每个方案是不现实的但如采用本文刚性测压试验原始数据和有限元时程分析相结合的方法，则可以通过一次刚性测压试验和多次有限元分析来解决，这显然更经济合理。
　　关于结构的非线性动力分析，本文以多个工程实例为背景，建立多自由度大跨空间钢结构索析和索梁结构的非线性有限元模型，采用隐式的积分方法，计算结构的风振时程响应。并对随机风振响应进行统计分析，得到结构关键位置响应的均值、方差及功率谱。通过与频域分析的结论相比较，根据其功率谱的一致性，证明时域方法不仅很好的反映了结构的非线性性能，而且同样客观的体现了结构的自振特性。因此，本文所提供的方法可以用于工程中确定大跨空间钢结构幕墙、采光顶、屋盖的风振系数，从而指导大跨点支式玻璃幕墙、采光顶、屋盖的抗风设计。
　　最后，本文参照频域分析静力等效风荷载的确定方法，提出了新的用于时域分析静力等效风荷载的完整体系，通过对上海世茂中庭幕墙及采光顶支承体系的分析，证明了这种方法的可行性。对于该方法出现的类似于理论，阵风荷载因子法的零均值问题，本文提供了直接比较等效荷载能否成为结构抗风设计控制因素的附加措施，并针对一般空间大跨钢结构的抗风设计提出了一些合理的建议。
　　

[博士]大跨柔性点支式幕墙及采光顶等效风荷载和风致响应研究