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第 23 卷第 3 期吉林建筑工程学院学报 Vol. 23 No. 3

2006 年 9 月 Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute Sep 2006
基于 ANSYS 的大跨屋盖结构风振响应分析
董伟智1 ,2 张熙颖1
(1 :吉林建筑工程学院交通科学与工程学院,长春 130021 ; 2 :石家庄铁道学院,石家庄 050043)
摘要:风荷载是一种随机荷载1 . 大跨屋盖结构风振响应的频域分析方法,是按照随机振动理论,建立了输入风荷载
谱的特性与输出结构响应之间的直接关系来分析结构的随机振动响应. 应用 ANSYS 软件谱分析中的 PSD 功能对
一大跨平屋盖结构的风振响应进行了分析.
关键词:大跨屋盖结构;频域分析;ANSYS
中图分类号: TU 311 文献标识码: A 文章编号:1009 1288 (2006) 03 0016 05
近年来,一些建筑结构出于特殊的使用功能,以及美观方面的考虑,对屋盖结构跨度的要求越来越大. 同
时,随着科学技术的飞速发展,轻质高强新型建筑材料的不断涌现,以及施工工艺的日新月异,也使这种愿望
逐渐变为现实.
大跨屋盖结构具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率较低等特点,因而,风荷载往往成为控制其结构设
计的主要荷载. 过去,屋面结构的设计一般仅考虑自重、雪载、施工荷载的作用,而风荷载的作用常常被忽略.
这是因为人们认为风荷载对结构的影响不大,而且,风引起的吸力对屋面结构有利. 但是,大量的大跨屋盖结
构风毁或风损的案例告诉人们[1 - 2 ] ,由风引起的强大吸力,以及脉动风荷载在屋面结构上引起的振动,常常
会使屋面遭受破坏. 由于风的能量集中在低频区,对于自振频率较低的大跨屋盖结构,风振效应尤为显著. 因
此,对大跨屋盖结构进行风振响应研究越来越重要.
1 结构风振响应的计算方法
风荷载是一种随机荷载. 目前,对于大跨屋盖结构风振响应的计算主要有以下 3 种方法.
(1) 解析方法. 该方法的基本思路就是用等效静力风荷载来考虑风的动力效应. 其中,平均风作用由
静力学方法计算,脉动风力效应则通过经验系数与理论分析来确定,如我国建筑荷载规范沿用的风振系
数[3 ] . 多年来,尽管解析方法取得长足进步,但仅限于某些特定的结构形式,无法满足愈来愈复杂的实际工
程问题求解的需要.
(2) 离散频域方法. 自 20 世纪 60 年代起,随机振动理论、有限元法开始应用于结构风工程的研究. 离
散频域方法就是经过有限单元法离散后,基于一定的假设,如求解过程中结构刚度、阻尼性质保持不变;结构
仅发生小变形、小位移,不考虑结构变形后的状态,忽略气动弹性效应;脉动风速时程为各态历经的零均值平
稳随机过程等,建立位移响应功率谱与广义风载功率谱之间的关系式,从而得到结构响应的均方根值.
(3) 离散时域方法. 该方法就是将脉动风荷载时程直接加到屋面结构上,然后,通过逐步积分法分析
结构的动力响应.
2 大跨屋面结构风振响应的分析方法
目前,大跨屋面结构的风振响应分析一般均在频域和时域两个范围内进行. 基于线性迭加的频域分