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张拉膜结构的风荷载
作者:膜结构公司    发布于:2013-05-15 10:09:29    文字:【】【】【
摘要:风荷载是膜结构设计控制荷载之一,一般作为静荷载进行结构分析。组合值为0 6、频遇值为0 4、准永久值系数为O。

    风荷载是膜结构设计控制荷载之一,一般作为静荷载进行结构分析。组合值为0 6、频遇值为0 4、准永久值系数为O。
    膜结构自重较小,属风敏感结构,在风荷载作用下易产生较大的变形和振动。对膜结构风振过程的研究,目前尚处于起步阶段,可借鉴的资料较少。膜结构形态各异,很难用统一的风振动力系数来描述。对较常用的骨架支承式张拉膜结构和整体张拉式伞形和鞍形索膜结构,采用风振系数卢:来考虑结构在风荷载作用下可能的最大响应与平均风响应之比,便于工程设计应用;对于形状复杂、跨度较大、风荷载影响较大的或重要的膜结构,应通过动力分析或气弹性模型风洞试验确定风荷载的动力效应。
    风振系数,指将lOmin平均风压系数转化为瞬时风压系数,同时考虑风荷载脉动与结构动力之间的谐振效应。风振系数不仅与建筑场地有关,且与结构自振特性有关,很难给出“准确值”c大型空间结构属柔性结构体系,自振频率小,振形密集,以至存在大量同频率振形,振形间模态相关性强。对动力效应起作用的频率多,且低阶振形并不一定为主振形,某些高阶振形动力效应反而大。因此,不能用低阶或某阶振形频率确定风振系数,需要综合评价结构整体动力特性,结合既往相似工程,选取合理值。
    对骨架支承式膜结构,风振系数可取1.2 -15;对整体张拉式伞形、鞍形膜结构,风振系数可取l 5 -2.0。
    体形系数。一般膜结构造型独特,风压分布十分复杂,风压体形系数比较难以确定,通常可根据下列方法选择:
    1)规范或资料。对比较标准简单的膜曲面,如马鞍形、锥形曲面,可参照已有工程或试验。当张拉膜“主要”形体与规范相似,如连续波浪形(脊谷形)、单坡、双坡、V形等,可参阅规范并适当调整。当形式与规范一致的刚性膜结构,如球面、柱面等,可按照规范建议选择。
    2) CFD技术。对大中型工程,无资料或规范可参考,可采用CFD技术。CFD指计算流体动力学,又称为数值风洞。虽然湍流理论、流固边界效应以及计算方法等尚在深入研究和完善,但国外CFD技术已成功用于航空、机械、船舶T业,对飞机(飞艇)、舰船等进行气动力优化设计,具有足够科性与实用可靠性。国内在CFD理论研究,以及CFD与工程结合,并与模型风洞试验对比检验都做了不少工作。在应用CFD时,模拟因素要全面合理,包括建筑尺寸、建筑环境、大气边界层效应,对数值模拟结果要仔细分析,找出规律性、应用代表性风压分布值。CFD技术计算风压分布系数,需要时间短,费用较低,适合于中型工程设计、大型工程初步设计。
    3)模型风洞试验。对大型或特大型工程,一般无规范可参照,进行风洞试验可获得详实的风压分布体形系数。模型风洞试验首先要求模型应具有足够大的比例,并严格按相似律制作,模拟建筑环境因素以及各种风工况。模型风洞试验无疑是确定风压分布系数最准确可行的方法,但试验周期长,费用昂贵,一般只适用于大型或重要工程。
    对大型、特大型膜结构工程,即使有风洞试验,确定合理风荷载计算值也应综合分析结构、环境等因素,由专家组论证研究决定。3.5.4.2风荷载的动力效应
    一般将风荷载作为静荷载进行结构分析,但有时需要考虑风荷载的动力效应。
    膜结构的自由边对局部动力作用很敏感。由于结构前缘以及与背风气流平行的边缘处风压系数cp会随风攻角的微小变化而发生显著改变,故对这些边缘部位应给予特别的重视。这种效应称作“颤振”,通常出现在平坦曲面及应力较低的边缘区域。
    膜面剧烈而频繁的振动会缩短结构的寿命,并会造成人员惊慌。为降低其影响,应限制边缘索的净跨,使其不超过20m。
    与所有的主要设计荷载类似,虽然可以通过加大预应力值来加强膜面稳定性,但降低风致颤振的关键是使薄膜表面具有足够大的曲率。找形分析得到的平衡形状抵抗荷载刚度D 
  为了降低小曲率平坦膜面充气式结构的运营成本,一般将其内部压力设定得较小,在稳定风荷载作用下其表面也会产生行波。充气结构的表面刚度D值和内部压J值相等。

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