大跨度双向张弦梁的风振分析

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1、第七屑全国现代结构T程学术研讨会大跨度双向张弦梁的风振分析乔文涛陈志华韩庆华荣彬天津大学建筑工稃学院．天津300072)摘要：馥向强弦粱是直单向平面张弦粱结构剥向稳定性难以保证的缺点下而被提出的新形式，它是耨数樯平面张弦粱结构卅纵横_立义布置射合而成．由于撑杆对拱梁的作用力，拱粱竖向稳定性增强：义因拱粱交叉连接．侧向约束比单向张弦粱结杜』明硅肌j强，结构鼍空问传力体系，但比单向张弦粱结构节点处理复杂。本文采用时域法对一大跨度取向张弦粱结构模型进行m振响心的6Jf究，总结lⅡ了双向张弦梁结构的一些抗风性能，可供设计参考。关键词：烈向张怯粱，风振响应，时域，抗风性能一、引

2、言平面张弦梁结构(BeaIIlstm喀stmcturc，简称Bss)是近些年在国内发展起来的一种新型约太跨度空间结构形式，顾名思义，这种结构最初是由“将弦进行张拉，与梁组合”⋯这一基本形式而得名，它是均通过撑杆连接抗弯构件(如粱，拱)和抗拉构件(如索)，通过在抗拉构件上施加预应力，减轻压弯构件负担的自平衡体系。双向张弦粱是在单向平面张弦梁结构侧向稳定性难以保证的缺点下而被提出的新形式，它是将数榀平面张弦粱结构沿纵横向交叉布置组合而成，由于撑杆对拱梁的作用力，拱粱竖向稳定性增强；又因拱梁交叉琏接，侧向约束比单向张弦粱结构明显加强，结构呈空间传力体系．但比单向张弦粱结构节

3、点处理复杂。目前，张弦粱结构正在日益被国内外工程所广泛采用．单向张弦粱代表性的工程有上海浦东国际机场航站楼屋盖和广州国际会展中心屋盖；双向张弦粱代表性工程是2008北京奥运会国家体育馆。这种结构跨度大，自重轻，结构体较柔，和高层，高耸，空间网格，悬索结构一样属于风敏感性结构，在现行建筑结构荷载规范中，对张弦梁结构抗风设计没有明确的规定，现有的设计大都沿用高层或高耸结构设计规范或任意采用一个很保守的值来定义风振系数。1，这样进行张弦粱风振响应分析不太精确，因此，对张弦粱结构的风振响应的进一步分析研究有十分重要的意义。目前，计算精度较高，被研究人员普遍采用的大跨度空间结构

4、风振响应分析的时域分析法是直接运用风洞试验的风压时程或计算机模拟的风压时程，作用于屋面结构进行风振响应时程分析。然后通过动力计算得到结构的动力响应．统计结构动力响应从而算得结构的风振系数。本文将采用时域分析的方法对一大跨度双向张弦梁进行风振响应分析，总结了它的一些抗风性能，可供设计参考。二、计算模型上弦拱均采用方钢管，撑杆采用圆钢管。二者均采用Q235的钢材，材料弹性模量为2．06×105N，mm2。下弦拉索采用337根机7光圆消除应力钢丝．弹性模量E取值为￡=1．85×105N，mm2。此处钢材的密度为7850k∥m3。屋面恒荷(包括檩条)的标准值取为1．2kN，m

5、2，分项系数为1．2。屋面活荷载取O．3kN，m2，分项系数取I，4。支座高度为12m。平均风速-Io=30m，s，地面粗糙度等级为B，系数鬈=o．0022。地面粗糙度指数为口=0．16，空气容重y=12．018N，m3。工业建筑2007增刊第七届全国现代结构丁程学术研讨会襄1；跨中榀平面张弦粱尺寸囊2：各构件截面尺寸上弦截面特性掉杆尺寸拉索尺寸面积惯性矩I截面高度面积l面积型号OⅡ2)∽㈣0f)∞D．嘶81如012684

6、1．2妒325×8l珊7蚴3”×办7nol2963本文中采用的计算模型如下图所示：三、分析和计算结果图1双向张弦梁结构形式与尺寸(一)风速时程模拟

7、采用matlab编程，通过调片j其数学库函数标准算法，达到节约代码，减少出错的可能性，提高程序开发效率的目的。采用时域分析方法中的AR法理论”’。，采用通用的Davenport谱⋯1进行顺风向脉动风速模拟计算。一般采样时间间隔△，要求不小于0．1s”I，故本文取△f=o．15s，自回归阶数p=4，时间步长^，_1024。模拟出图1中25个点的空问相关的风速时程，任取一点，其模拟结果如下图2所示：’工业建筑2007增刊图2风速时程图3模拟谱与目标谱第七届全国现代结构工程学术研讨会图3计算结果说明本文所采用的随机过程模拟理论是可靠的，风速时程曲线的计算机仿真程序是正确的，

8、有效的。(二)模态分析在有限元分析软件ANsYs中进行时程分析时，梁单元采用beⅫ188，撑杆单元采用link8。索单元采用linkl0(只受拉)，在支撑屋面板的节点定义mss21单元。运算采用子空间迭代法，不考虑结构阻尼的影响，计算提取结构的前20阶振型。表3列出了结构前10阶的自振频率。表3双向张弦粱结构的前10阶自振频率l阶敢^n2，l，一-如‰，k～b，lIol自振频率m。)L6971．7011．7061．7151．7161．啪1．8921．9101．9111．螂阻尼比仍取0．02。前两阶模志计算口与口如下表表4张弦梁结构的振动圆频率及阻尼参