门式刚架结构低矮建筑风荷载效应组合

发布时间：2020-04-22 21:42

【摘要】：计算低矮建筑主体结构风荷载时,通常只考虑了风荷载平均分量,显然低估了实际动态风荷载对结构响应的作用。结构设计时,应考虑动态风荷载作用下的结构响应极值,该极值既包括了平均风压作用,也包括了脉动风压作用。为了准确估计结构的最大响应,取屋面与墙面上的最大风荷载分布分别计算各作用面对应的响应极值,由于各作用面风荷载对应的响应并非同时达到极值,因此考虑它们之间的相关性以及极值组合方法,具有重要的研究意义和工程实用价值。本文以门式刚架结构为例,完成了低矮建筑主体结构风荷载效应组合的研究并得到如下结论:(1)根据西安大略大学风洞试验的数据,以刚性结构为前提,计算门式刚架结构体系双坡低矮建筑的风荷载效应时程。采用PPCC检验法对比不同概率模型与效应时程的拟合程度,得出风荷载效应时程最合适的概率分布为高斯分布。(2)风荷载效应时程服从高斯分布,则选取完全二次型组合方法,消去峰值因子比的影响后,将组合过程分为三步:迎风面墙面和背风面墙面分量的组合,迎风面屋面和背风面屋面分量的组合,总的墙面与总的屋面分量的组合。然后根据在不同建筑体型和风向角条件下,该方法组合极值、其他方法组合极值和真实极值的对比,验证了该组合方法的适用性。对比结果表明,完全二次型组合方法组合极值与真实极值误差很小,可以忽略不计,Asami方法组合极值相较于真实极值总是偏于保守,且误差较大,Turkstra方法组合极值与真实极值偏差也很大。(3)相关系数对组合系数的影响最为重要。通过相平面图形式定性研究各组合分量相关性与建筑体型、风向角的关系,并通过相关系数图可以看出,风荷载和风荷载响应相关系数的差别很大,且这些相关系数随建筑体型和风向角的改变会产生很大变化。在风荷载和风荷载响应相关系数的基础上,考虑均方根比的影响,进一步研究组合系数在不同建筑体型和不同风向角条件下的变化规律,并给出了不同条件下的组合系数建议值。
【图文】：

组合系数,长宽比,正应力,极值

通过表１－２可以看出，这种组合方法很好地保证了柱子极值正应力组合值与实逡逑际值相同。整理不同参数模型计算得到的组合系数，可以得出组合系数和长宽比逡逑Ｄ／Ｓ的关系，如图１－２所示。逡逑表１－２荷载组合后正应力极值与其真实值的比较［１２］逡逑Ｔａｂｌｅ邋１－２邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｐｅａｋ邋ｎｏｒｍａｌ邋ｓｔｒｅｓｓｅｓ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｂｙ邋（ＡＬＬ）邋ａｎｄ邋（Ｆｄ＾－Ｆｌ）逡逑模型工况（边长比邋Ｂ：Ｄ：Ｈ）逦ＡＬＬ邋（ＫＮ／ｃｍ２）逦ＦＤ＋ＦＬ（ＦＬ邋＝邋ｙｘＦＤ）邋（ＫＮ／ｃｍ２）逡逑ＭＳ１０１０邋１：１：１逦０．７５逦０．７５逡逑ＭＲ２０１０（０ｏ邋）邋２：１：１逦０．７５逦０．７５逡逑ＭＲ２５１０（０°邋）２．５：１：１逦０．８４逦０．８９逡逑ＭＲ３０１０（０°邋）邋３：１：１逦０．７３逦０．７１逡逑ＭＲ２０１０（９０°邋）邋１：２：１逦０．４７逦０．４９逡逑ＭＲ２５１０（９０°邋）邋１：２．５：１逦０．４６逦０．５０逡逑ＭＲ３０１０（９０°邋）邋１：３：１逦０３６逦０３７逦逡逑１．５邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋＇逦■邋ｉ邋ｉ逡逑§逦ｙ＝０．２８Ｄ／Ｓ邋（ｙ＾Ｏ．２）逡逑Ｉ邋１邋＇邋Ｄ邋＼邋0

示意图,组合规则,风荷载

即为寻找使风荷载效应最大的组合情况，即通过以上两式来确定响应极值。显然，逡逑该问题属于极值理论范畴，通过推导［２５］发现，任意响应在响应方程与椭圆方程逡逑相切时取得极值，如图１－３所示。逡逑Ｖ１逡逑￣￣￣￣＾值点逡逑逦逡逑卢逦瓦逦＾■极小值点逡逑图丨－３风荷载响应分布示意图［２５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｗｉｎｄ邋ｌｏａｄ邋ｅｆｆｅｃｔ＾２５】逡逑响应方程如果与椭圆相交，则计算得到的响应极值偏小，结构偏于不安全，如逡逑果与椭圆相离，则计算得到的响应极值偏于保守，结构更安全但不经济。为了使问逡逑题简化且便于工程实际的应用，将组合情况由椭圆上的无限多个点减少为椭圆外逡逑接十二边形的十二个角点，也就是说，保证响应取极值的组合情况总是出现在十二逡逑边形的１２个角点位置，，如图１－４所示。逡逑°逦８，逦Ｂ逦Ａ逡逑，ｊ邋ｒＴ逦逦Ｔ逡逑■邋§＾：ｔｚｚ：ｚＳ＾＿＿逡逑１１Ｗ逦Ｍ逡逑■逡逑ｙＡ＜ｏ
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU312.1

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