基于风压谱的大跨度屋盖结构抗风设计

综合前文的分析，大跨度屋盖主体结构的抗风设计理论研究终极目标是集成风荷载特性、风振响应分析和等效静风荷载方面的研究，采用统一的理论和标准对不同屋盖进行抗风等级划分，形成一套完整的设计体系。

为达成上述目标，陈波[102]提出了Ritz-POD方法，并提出采用背景响应和共振响应的比值作为依据，以0.5为界限，将屋盖结构划分为三类：Ⅰ类结构以背景响应为主，Ⅲ类结构以共振响应为主，Ⅱ类结构位于其间。在这个体系下发现，绝大多数大跨度屋盖结构属于Ⅱ类或Ⅲ类结构，其中，大多数单、双跨平面桁架及空间网格平板网架属于Ⅲ类结构，张弦桁架属于Ⅱ类结构[142]；多数单层柱面网壳结构属于Ⅲ类结构，双层柱面网壳及拱桁架属于Ⅱ类结构[144]；多数单层球面网壳和弦支穹顶属于Ⅲ类结构，双层球面网壳属于Ⅱ类结构[149-150]；多数鞍形索网结构属于Ⅲ类结构[152]。因而，针对平屋盖、柱面及鞍形屋盖的等效静风荷载时采用一阶模态的形状作为基向量[142，144，152]，而针对球面屋盖采用简化的POD模态[149-150]。(www.xing528.com)

此外，张建胜[155]指出了结构风振响应分尺度效应、频率效应和模态效应，提出风敏感度的概念，即结构真实的风振响应与理想的“点状刚性”状态下响应的比值。根据风敏感度将结构划分为“风敏感”“中等敏感”和“不敏感”三类。参数分析结果显示，平板网架、悬挑网架和鞍形索网属于“风敏感”结构，单层柱面网壳属于“中等敏感”结构，单层球面网壳属于“不敏感”结构。但上述分析是基于拟定常假设和随机模拟得到的时域分析结果，需要风洞试验数据的进一步验证。常虹[146]结合柱面屋盖风洞试验，发现针对单、双层柱面网壳四边支承时为“中等敏感”；两边支承时，多为“风敏感”结构。李悦[151]结合风洞实验数据分析了球面网壳，发现小矢跨比的单层球面网壳（矢跨比小于1/4）属于“风敏感”结构，大矢跨比单层及双层球面网壳属于“中等敏感”结构。上述风洞试验研究与张建胜[155]根据拟定常假设的预言存在一定差异，主要体现在“尺度效应”的估计上，一方面是针对曲面屋盖结构，风荷载的部分相关性对结构响应不一定是折减效应；同时，这也是缺乏对风荷载特性进行充分考虑造成的。