[发明专利]大跨超高空间网格结构风工程分析方法

说明书

本发明公开了一种大跨超高空间网格结构风工程分析方法，属于特种工程设计技术领域。该分析方法的实现步骤如下：首先建立空间网格结构的结构数值风洞模型；其次根据结构数值风洞模型取得空间网格结构的体型系数，根据理论分析计算空间网格结构的风振系数；然后根据体型系数和风振系数建立各风荷载计算工况分析模型；再根据工况分析模型计算风荷载作用下力学特性，判别力学特性是否满足设计要求，是则进行下一步，否则进行结构优化；最后采用结构低阶屈曲模态进行风荷载计算工况下结构弹塑性全过程分析，计算结构在风荷载作用下的整体稳定性。本发明能够代替风洞试验取得任意风向角作用下任意位置的体型系数，试验周期短，成本低。

技术领域

本发明涉及大跨度和超高空间的结构体系，用于特种装备厂房的建造，属于特种工程设计技术领域。

背景技术

国内外大跨结构较多，但大跨结构的空间高度一般不高，国内最大的A380主机库净高度才30m，即跨度大又超高的单层空间结构很少；该大跨超高中空结构受力特性与一般大跨或超高结构不同，不但要承受很大的竖向荷载，还要承受地震、风等水平荷载；该类超大异型超限结构无相关建设标准，技术指标缺乏，无法用长宽比、高宽比、位移角等现有标准技术指标规范；该类大跨超高中空结构在建造上也存在诸多技术难题；该类结构设计构建难度极大。

斜支撑与拱形屋盖相结合的大跨超高空间网格结构可以满足特种厂房的建筑要求，该超大跨、超高结构中的支撑与屋盖一体设置，支撑是屋盖的一部分，屋盖也是支撑的一部分。这种结构对风特别敏感，结构体型特殊，体型系数和风振系数确定困难，风荷载作用下结构破坏有自身特点，进行科学的风工程分析尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大跨超高空间网格结构风工程分析方法，能够代替风洞试验取得任意风向角作用下任意位置的体型系数，试验周期短，成本低。

一种大跨超高空间网格结构风工程分析方法，该分析方法的实现步骤如下：

步骤一：建立空间网格结构的结构数值风洞模型；

步骤二：根据结构数值风洞模型取得空间网格结构的体型系数，根据理论分析计算空间网格结构的风振系数；

步骤三：根据体型系数和风振系数建立各风荷载计算工况分析模型；

步骤四：根据工况分析模型计算风荷载作用下力学特性，判别力学特性是否满足设计要求，是则进行下一步，否则进行结构优化；

步骤五：采用结构低阶屈曲模态进行风荷载计算工况下结构弹塑性全过程分析，计算结构在风荷载作用下的整体稳定性。

进一步地，所述结构数值风洞模型采用数值风洞方法，建立超高大跨空间结构数值风洞分析模型采用的边界条件包括：入口边界条件采用速度入口边界条件；出口边界条件采用完全发展出流边界条件；建筑物表面和地面采用无滑移的壁面条件；计算流域顶部和两侧采用对称边界条件；建立超高大跨空间结构数值风洞分析模型选取的计算域取10倍结构长×宽×高，堵塞度为0.54％，计算域边界面和建筑物表面采用三角形非结构网格单元进行离散，体网格采用四面体单元进行划分。

进一步地，为验证数值风洞模型边界条件及计算域选取的正确性，需进行数值风洞结果验证，验证对象采用封闭落地圆弧拱进行。

进一步地，所述空间网格结构进行八个风向角(周向间隔45度)数值风洞模型计算分析，取得各风向角作用下结构各部位的体型系数。

有益效果：

本发明可解决斜支撑与拱型屋盖一体设置大跨超高空间网格结构设计风工程分析技术难题。相比传统风洞试验确定超高异型结构体型系数，数值风洞方法更方便、快捷、全面，适用于设计周期紧的超高超大异型工程以及前期方案设计，此外，对于类似大跨超高结构，可参考本工程分析方法和体型系数、风振系数分析结果。

附图说明