風荷載是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計控制荷載之一,一般作為靜荷載進行結(jié)構(gòu)分析。組合值為0 6、頻遇值為0 4、準永久值系數(shù)為O。
膜結(jié)構(gòu)自重較小,屬風敏感結(jié)構(gòu),在風荷載作用下易產(chǎn)生較大的變形和振動。對膜結(jié)構(gòu)風振過程的研究,目前尚處于起步階段,可借鑒的資料較少。膜結(jié)構(gòu)形態(tài)各異,很難用統(tǒng)一的風振動力系數(shù)來描述。對較常用的骨架支承式張拉膜結(jié)構(gòu)和整體張拉式傘形和鞍形索膜結(jié)構(gòu),采用風振系數(shù)盧:來考慮結(jié)構(gòu)在風荷載作用下可能的最大響應與平均風響應之比,便于工程設(shè)計應用;對于形狀復雜、跨度較大、風荷載影響較大的或重要的膜結(jié)構(gòu),應通過動力分析或氣彈性模型風洞試驗確定風荷載的動力效應。
風振系數(shù),指將lOmin平均風壓系數(shù)轉(zhuǎn)化為瞬時風壓系數(shù),同時考慮風荷載脈動與結(jié)構(gòu)動力之間的諧振效應。風振系數(shù)不僅與建筑場地有關(guān),且與結(jié)構(gòu)自振特性有關(guān),很難給出“準確值”c大型空間結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)體系,自振頻率小,振形密集,以至存在大量同頻率振形,振形間模態(tài)相關(guān)性強。對動力效應起作用的頻率多,且低階振形并不一定為主振形,某些高階振形動力效應反而大。因此,不能用低階或某階振形頻率確定風振系數(shù),需要綜合評價結(jié)構(gòu)整體動力特性,結(jié)合既往相似工程,選取合理值。
對骨架支承式膜結(jié)構(gòu),風振系數(shù)可取1.2 -15;對整體張拉式傘形、鞍形膜結(jié)構(gòu),風振系數(shù)可取l 5 -2.0。
體形系數(shù)。一般膜結(jié)構(gòu)造型獨特,風壓分布十分復雜,風壓體形系數(shù)比較難以確定,通??筛鶕?jù)下列方法選擇:
1)規(guī)范或資料。對比較標準簡單的膜曲面,如馬鞍形、錐形曲面,可參照已有工程或試驗。當張拉膜“主要”形體與規(guī)范相似,如連續(xù)波浪形(脊谷形)、單坡、雙坡、V形等,可參閱規(guī)范并適當調(diào)整。當形式與規(guī)范一致的剛性膜結(jié)構(gòu),如球面、柱面等,可按照規(guī)范建議選擇。
2) CFD技術(shù)。對大中型工程,無資料或規(guī)范可參考,可采用CFD技術(shù)。CFD指計算流體動力學,又稱為數(shù)值風洞。雖然湍流理論、流固邊界效應以及計算方法等尚在深入研究和完善,但國外CFD技術(shù)已成功用于航空、機械、船舶T業(yè),對飛機(飛艇)、艦船等進行氣動力優(yōu)化設(shè)計,具有足夠科性與實用可靠性。國內(nèi)在CFD理論研究,以及CFD與工程結(jié)合,并與模型風洞試驗對比檢驗都做了不少工作。在應用CFD時,模擬因素要全面合理,包括建筑尺寸、建筑環(huán)境、大氣邊界層效應,對數(shù)值模擬結(jié)果要仔細分析,找出規(guī)律性、應用代表性風壓分布值。CFD技術(shù)計算風壓分布系數(shù),需要時間短,費用較低,適合于中型工程設(shè)計、大型工程初步設(shè)計。
3)模型風洞試驗。對大型或特大型工程,一般無規(guī)范可參照,進行風洞試驗可獲得詳實的風壓分布體形系數(shù)。模型風洞試驗首先要求模型應具有足夠大的比例,并嚴格按相似律制作,模擬建筑環(huán)境因素以及各種風工況。模型風洞試驗無疑是確定風壓分布系數(shù)最準確可行的方法,但試驗周期長,費用昂貴,一般只適用于大型或重要工程。
對大型、特大型膜結(jié)構(gòu)工程,即使有風洞試驗,確定合理風荷載計算值也應綜合分析結(jié)構(gòu)、環(huán)境等因素,由專家組論證研究決定。3.5.4.2風荷載的動力效應
一般將風荷載作為靜荷載進行結(jié)構(gòu)分析,但有時需要考慮風荷載的動力效應。
膜結(jié)構(gòu)的自由邊對局部動力作用很敏感。由于結(jié)構(gòu)前緣以及與背風氣流平行的邊緣處風壓系數(shù)cp會隨風攻角的微小變化而發(fā)生顯著改變,故對這些邊緣部位應給予特別的重視。這種效應稱作“顫振”,通常出現(xiàn)在平坦曲面及應力較低的邊緣區(qū)域。
膜面劇烈而頻繁的振動會縮短結(jié)構(gòu)的壽命,并會造成人員驚慌。為降低其影響,應限制邊緣索的凈跨,使其不超過20m。
與所有的主要設(shè)計荷載類似,雖然可以通過加大預應力值來加強膜面穩(wěn)定性,但降低風致顫振的關(guān)鍵是使薄膜表面具有足夠大的曲率。找形分析得到的平衡形狀抵抗荷載剛度D
為了降低小曲率平坦膜面充氣式結(jié)構(gòu)的運營成本,一般將其內(nèi)部壓力設(shè)定得較小,在穩(wěn)定風荷載作用下其表面也會產(chǎn)生行波。充氣結(jié)構(gòu)的表面剛度D值和內(nèi)部壓J值相等。
廣西張拉膜-海南張拉膜-江西張拉膜