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大跨结构等效静风荷载计算方法研究 陈凯 符龙彪 何连华 金新阳 (中国建筑科学研究院) 【摘要】简单比较 了中外规范等效静风荷载计算方法的区别。指出对于大跨结构而言，基于准静态风荷载 计算等效静风荷载将得出更为合理的结果。介绍了利用广义坐标合成法进行风振计算，并得出响应时程 的 基本原理；在此基础上，推导得出等效静风荷载计算公式，并给出了共振分量 (即附加风振力)的准确表 达式。对于附加风振力与表面风压作用方向不一致的情况，建议采用准静态荷载与附加风振力相叠加的方 法给 出等效静风荷载。算例分析表明，采用上述方法可以给 出较为合理的等效静风荷载分布。 【关键词l大跨度空间结构 风振系数 动力放大系数 等效静风荷载 广义坐标合成法 附加风振力 1引言 本文利用广义坐标合成法l6]，提出基于准静态 风振系数是 《建筑结构荷载规范》 ]中定义的 风荷载时程，计算大跨空间结构等效静风荷载的基 一 个重要参数 。在进行建筑结构设计时，必须在平 本方法 。着重探讨了当附加风振力与表面风压作用 均风荷载的基础上乘上风振系数，才能得出风荷载 方向不一致时的计算方法 。 标准值 。与中国规范基于平均荷载放大的风振系数 2基本理论和分析方法 法不同，国外规范通常在极值风荷载之上乘上动力 2．1中外规范的简单比较 放大系数作为等效静风荷载 。虽然中外规范的计算 中外规范都是根据随机振动理论计算等效静 原理有所区别，不过很多情况下二者能够得出基本 风荷载。不同的是，中国规范采用了 “等效风振力” 相同的结果。对于大跨而言，由于振型密集，不能 的方法l7J考虑动力放大，并由此推导出一般悬臂型 直接采用规范值进行设计，需要借鉴规范中的概念， 结构的风振系数。风振系数口．．的计算公式可表示为： 用随机振动理论计算得出其等效静风荷载。 = 1+lx，(z)／(z) (1) 工程实践中，计算复杂大跨空间结构的等效静 风荷载有各种不同的方法。较为常见和容易被设计 其中F(z)分母为平均风荷载，K为刚度矩阵， 人员所接受的方法，是将某控制点的位移放大系数 X是在只考虑一阶振型的前提下，根据随机振动理 作为风振系数来使用；对于线性结构体系而言，这 论得出的各处的峰值脉动位移 。中国规范的这种方 可 以保证选定的控制点的位移等效。但若该点平均 法，可 以保证高层建筑和高耸结构在由风振系数法 位移接近零，风振系数将会非常大，可能得出与实 给出的等效荷载作用下，各种荷载效应都等效。显 际不符的、很大的等效荷载分布。另一个问题是， 然，不同高度处的风振系数值各不相 同。 大跨度空间结构的表面风压 以竖向作用为主，但一 美国 J、欧洲9【J等 国家的规范，用单一的动力 些大跨结构却又 以水平方 向的振动为主。这就导致 放大系数来考虑动力放大效应，通常仅能保证顶点 风振引起的附加风振力与表面风压作用方 向各不 位移 (或基底弯矩)达到最大响应。因此这种放大 相同。这种情况下，不管是基于平均荷载放大的风 系数实际上是 “响应放大系数”。另外，美国、欧 振系数方法，还是基于准静态风荷载放大的动力放 洲的规范，动力放大系数是 以极值风荷载为基础计 大系数法，都会得出不太合理的结果。针对大跨结 算的，这是与基于平均荷载的中国规范风振系数方 构的等效静风荷载问题，有很多研究工作提出了各 法的重要区别 。所以比较而言，基于等效风振力的 种处理方法。比如采用 LRC[2]或其改进方法l3Ⅱ]进 风振系数计算方法在