体育馆大跨屋盖空间风振分析

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1、体育馆大跨屋盖空间风振分析采用高效的完全背景响应法与共振分景法，结合有限元法对某体育馆大跨屋盖进行较为准确的空间风振分析.在屋盖同步风洞试验的基础上，按空间随机风振分析方法考虑多个振型的影响，计算3个风向下屋盖各节点的静力等效风载荷和最大动位移以及杆件最大动内力，并给出位移和应力两个风振因数，为结构的抗风设计提供风载荷数据.数值计算结果证明完全背景响应方法与共振分景法在工程应用上的可行性，可为同类屋盖的风振分析提供参考.关键词：大跨屋盖；风振分析；脉动风压谱；风致响应；风振因数；有限元TU245.2；TU393.3；TU312；TB115ASpa

2、tialwind-inducedvibrationanalysisforlong-spanroofofgymnasiumSHIYijun,HUANGBencai,LIUDan(SchoolofAerospaceEng.&AppliedMechanics,Shanghai200092,China)Abstract:Byusingtheeffectivemethodsofcompletebackgroundcomponentandresonantcomponent,therelativelyaccurateanalysisonspatialwind-

3、inducedvibrationisdoneforthelong-spanroofofagymnasiumcombiningwithfiniteelementmethod.Basedonthesimultaneouswindtunnelexperiment,theeffectofmulti-modesarcconsideredaccordingtotheanalysismethodofspatialrandomwind-inducedvibration.Andtheequivalentstaticwindloadonnodes,maximumdy

4、namicaldisplacementofthenodesandmaximumdynamicalinternalforceofbarsarecomputedunderthreewinddirections.Thedisplacementandstresswind-inducedvibrationfactorsarcprovided.Sothewindloaddataisprovidedforwind-insistdesignofthestructure.Thenumericalresultsprovethatthemethodsofcomplet

5、ebackgroundcomponentandresonantcomponentarefeasibleinengineeringapplicationandcanprovideareferenceforthewind-inducedvibrationanalysisofsimilarstructure.Keywords：long-spanroof；wind-inducedvibrationanalysis；spectraldensityoffluctuatingwindload；wind—inducedvibrationresponse；wind

6、-inducedvibrationfactor；finiteelement0引言随着我国国民经济和体育事业的飞速发展，新建体育场馆不断涌现.体育场馆钢屋盖结构具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率低等特点，是风敏感结构体系.[1]同时，大跨屋盖结构往往比较低矮，在大气边界层中处于风速变化大、湍流强度高的下层区域，再加上绕屋盖的钝体流动和空气动力作用十分复杂，因此比较准确地分析体育场馆大跨屋盖在脉动载荷作用下的响应至关重要.[2]然而，对于复杂大跨屋盖，节点自由度数目多，结构整体空间工作性强，且屋盖面积大，脉动风载荷具有较强的空间相关性.本文采用高效

7、且较为精确的完全背景与共振分量法[3]对某综合体育馆屋盖进行空间风振分析，即按屋盖同步风洞试验数据得到屋盖面上的脉动风自谱与互谱，采用协方差积分法结合柔度矩阵精确求解风振位移响应的背景分量，并考虑共振分量中的模态交叉项影响，分别计算影响较大的3个风向下屋盖各节点的静力等效风载荷，分析屋盖的最大动位移和杆件最大动内力，给出位移和应力两种风振因数.1工程概况和屋盖结构有限元模型该综合体育馆长约200m，宽约130m，屋盖由圆弧形近地幕墙与大跨度屋盖两部分组成，弧形幕墙外的3边均有悬挑较大的屋檐，屋面最大高度约41m，屋盖呈非对称状（见图1）.屋盖结构

8、有限元模型见图2，节点数1873个，单元数6212个.2风洞实验与屋盖风压记录风洞实验模型的几何缩尺比为1/200，由钢材、木材、紫铜管