基于风致响应的高层建筑等效静力风荷载优化设计研究

针对高层建筑等效静力风荷载的优化问题,提出一种结合风洞试验结果和有限元分析的整体优化方法.首先采用有限元分析程序计算结构动力特性,结合相应模型的风洞试验结果,运用阵风荷载因子法(GLF)计算得到原型结构的等效静力风荷载.然后利用ANSYS的优化工具箱,以高层建筑顶部位移限值为约束条件,建筑物自重最小为目标函数进行优化设计.最后,运用整体优化方法对某60层钢框架结构进行优化设计.结果表明:整体优化后,在满足结构顶部侧移要求的前提下,结构基底等效静力风荷载最大降低了10.71%.同时优化分析结果也证明了本文提出的整体优化方法是可行的.     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法

基于大跨度屋盖结构等效静力风荷载计算的复杂性,提出了极值效应等效静力风荷载的概念和应用数值优化原理计算大跨度屋盖结构内力等效静力风荷载的方法.以几内亚体育场主看台悬挑屋盖为例,计算得到其位移等效静力风荷载;以巴哈马体育场主看台悬挑屋盖为工程背景,基于两类不同目标函数按最小二乘拟合得到内力等效静力风荷载.并分别给出两组内力等效静力风荷载作用下的杆件极值内力误差分布,分析了基于两类目标函数的拟合方法各自的优缺点.算例与分析表明该方法实用性很强,既方便设计使用,又有相当高的精度,可以满足工程设计的需求.     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

大跨度拱桥的等效风荷载

基于一些大跨度拱桥的工程实例,采用分段评估方法研究了典型拱肋的静力风荷载,采用惯性荷载法分析了抖振和涡振的等效静力风荷载,并对拱肋和主梁分别进行了总风荷载的综合评估.结果表明:分段评估方法用于计算拱肋的静力风荷载是合理实用的;提出的雷诺数效应修正公式有助于预测包含圆截面构件拱肋的原型拱桥的静力风荷载;采取不同的等效风荷载组合形式分析和评估了大跨度拱桥不同构件的风荷载效应.     

以动力稳定为目标的空间结构等效静力风荷载

采用基于位移或内力响应等效的等效静力风荷载进行大跨空间结构的稳定分析并不十分合理.以动力稳定为目标的等效静力风荷载将使大跨空间结构的设计能够满足稳定性设计的要求.提出大跨空间结构以动力稳定为目标的等效静力风荷载的概念和初步方法,并应用于单层柱面网壳的稳定性分析.通过风洞试验获得柱面网壳表面的非定常气动力,利用Budiansky-Roth准则分析该网壳的动力稳定性,得到以动力稳定为目标的等效静力风荷载.通过对比以动力稳定为目标和基于位移等效的等效静力风荷载下的稳定性分析结果,表明大跨空间结构进行稳定性分析时有必要采用以动力稳定为目标的等效静力风荷载来考虑风荷载作用.     

高层建筑静力等效风荷载研究

静力等效风荷载是联系风工程师和结构工程师的纽带,在国内外的风荷载规范中都具有重要意义．文章系统地介绍了国内外对高层建筑静力等效风荷载的研究成果,阐述了各种静力等效风荷载的物理意义．比较了各自的优缺点,以供我国有关研究和设计人员参考．     

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑，由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响，其等效静力风荷载的评估变得十分复杂. 基于振型加速度法，推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力（剪力和弯矩）响应计算方法. 在此基础上，基于各层内力响应等效，建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法. 随后，结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验，分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响. 研究表明：对于偏心截面高层建筑，振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视，若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载，特别是扭转向等效静力风荷载. 此外，偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况. 相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.     

某双悬臂渡槽风致破坏原因分析

介绍了某双悬臂渡槽的结构及风致破坏情况,论述了渡槽静力风荷载与等效脉动风荷载的计算方法,指出渡槽等效风荷载的计算方法有别于桥梁和建筑结构,有其自身的特点.根据作用在某渡槽结构上的风荷载响应,分析了该渡槽风致破坏的原因：低估了结构静风荷载,忽略了结构脉动风荷载的影响;结构自身的抗风构造缺陷.     

高层建筑背景静力等效风荷载分布

根据典型高层建筑模型的风洞试验结果,得到了脉动风荷载在高层建筑顺、横风向沿高度的分布规律及其相关性,对有关文献中多种背景静力等效风荷载分布规律表述方法的精确性进行验证;根据对比结果,拟合出具有不同几何参数的高层建筑背景静力等效风荷载在顺、横风向沿高度的分布规律公式,并验证.结果表明,所给出的典型高层建筑背景静力等效风荷载的分布公式精度高,简单适用,对修订高层建筑风荷载规范具有参考价值.     

加权约束最小二乘法计算等效静力风荷载

基于平均风压与脉动风压根方差相组合的分布模式,利用加权约束最小二乘优化方法计算等效静力风荷载,在计算时通过约束条件来限制等效荷载的大小,并通过引入权值因子确保等效荷载作用下典型响应的正确性.算例分析结果表明,该方法可用于计算大跨结构的多个目标峰值响应,克服了传统方法仅能等效单个响应的缺陷,对绝对值较大的目标响应等效精度较高,并且典型响应的等效精度要大于一般响应;同时可以有效控制等效荷载的大小,计算得到的等效荷载变化比较均匀,没有出现风压大小及方向剧烈变化的情况.