结合本文的研究内容，第3章的风压谱建模方法为描述复杂的脉动风荷载信息提供了一种有效途径，可将大量的风荷载数据样本（TB级）压缩为风荷载统计量及频谱参数（MB级）存储在风荷载数据库中，便于数据的存储、调用及管理，也为数据预测、随机模拟、风振分析奠定了基础。第4章的风振响应分析频域算法实现了由风荷载统计量及频谱参数直接得到风振响应，不必借助随机模拟间接获得风荷载时程进行时域分析，大大提高了计算效率，而通过随机模拟进行时域分析可以考虑结构的各种非线性效应，在复杂结构的设计分析中也是必要的。第5、6章结合风压谱参数给出了一种针对大跨度屋盖结构，仅由平均、均方根风荷载组合的等效静风荷载形式，也为仅通过结构基本信息、风荷载统计量及频谱参数直接预估等效风荷载提供了一种途径。总而言之，在实际工程中希望通过少量信息和人工干预获得丰富有效的分析结果，这也是本文研究的初衷及本章抗风设计软件的最基本原则。
基于上述原则和思想，抗风设计软件分别针对工程设计人员和抗风研究人员两种使用者角色的需求，确定了如下框架。
7.2.1.1 工程设计人员入口
工程设计人员更关心风荷载的取值，按照结构设计的不同阶段，一般分为初步设计阶段的风荷载预估值和正式设计阶段的风荷载分区值。每种阶段下分别涉及信息输入模块、预测分析模块和结果输出模块。针对不同阶段的设计需求分析，将三个模块的功能及具体参数介绍如下。
对于初步设计阶段，工程设计人员仅需根据设计信息在信息输入模块输入结构的几何尺寸、来流条件、结构形式、支承形式、自振频率和阻尼比。根据这些信息，在预测分析模块首先结合相关数据资料给出预测可行性的判断，如果参数在可预测范围内，则可在结果输出模块给出平均风荷载的预估值，否则弹出警告信息并给出相应的预测结果仅供参考。此外，结合本文第5、6章的分析结果还可在结果输出模块给出等效风振风振系数。
在正式设计阶段，工程人员除了需要输入初步设计阶段所输入的信息外，还需要给出结构的节点位置、有限元模型，确定是否进行风振响应动力分析及分析手段的要求、结果输出内容及格式要求。在预测分析模块，结合神经网络技术给出各节点平均、脉动风压系数的预测结果，当需要进行风振响应分析时，还需给出频谱参数的预测结果并调用结构风振响应分析模块计算风振响应，得到等效静风荷载；不进行风振响应分析时，根据经验给出背景及共振效应系数的建议值。最终在结果输出模块中按照设计者需求给出各节点的等效风荷载以及其他结果。针对上述两个设计阶段，软件模块基本功能及参数见表7-1。
表7-1 工程设计人员入口的软件基本框架
7.2.1.2 抗风研究人员入口
根据图7-2所示，抗风设计人员需要对风荷载数据进行分析预处理、存储、训练，必要时还要进行随机模拟及风振响应分析，过程较为复杂，涉及的数据量较大。因此，将该部分分为数据分析、数据挖掘、数据应用三个模块分别进行介绍。
（1）数据分析模块
数据分析模块主要处理风洞试验和数值模拟得到的风压时程数据，对其进行统计分析和频谱分析，最终得到便于存储的风荷载数据，以数据文件和等值线图的方式存入风荷载数据库，这部分主要包含数据处理、数据汇总及数据库录入三个子模块。
1）数据处理子模块主要功能包括对数据进行管路修正及滤波、风荷载统计量计算、频谱估计及特征参数提取。
2）数据汇总子模块主要功能包括将数据分析子模块的处理结果进行格式统一、绘制等值线图，以备存入风荷载数据库。
3）数据库录入子模块主要功能包括对试验或模拟的基本信息录入整理，将后处理得到的结果文件进行编号上传。(www.xing528.com)
（2）数据挖掘模块
数据挖掘模块主要对数据库中分门别类的风荷载数据进行整合，结合神经网络技术对各类风荷载数据进行训练，以便工程应用，还应强调数据预测的泛化能力及适用范围，避免适用性不明确造成的预测错误。这部分包括数据调用、数据训练及结果存储三个子模块。
1）数据调用子模块主要功能是对结合设计参数对数据进行提取和调用，目的是确保数据训练时有足够合理的训练数据。
2）数据训练子模块主要功能是对神经网络预测模型的参数进行调整，以达到最佳的预测效果，还需要进行交叉验证，以保证神经网络的泛化能力，避免过拟合现象。此外，在数据更新时需要对数据进行重新训练。
3）结果存储子模块主要是存储不同类别屋盖，不同风荷载参数的神经网络模型的最佳参数取值，便于工程设计人员在预测分析模块调用。
图7-2 大跨度屋盖结构抗风设计软件总体框架
（3）数据应用模块
数据应用模块主要是基于对风荷载统计量及频谱参数进行随机模拟和风振响应分析，结果可应用于工程抗风设计中，该模块应与工程设计人员涉及的分析预测模块联合使用。包括有限元模型接口、风荷载随机模拟、风振响应分析和数据后处理四个子模块。
1）有限元模型接口子模块主要针对工程设计人员提供使用的不同结构设计分析软件建立的有限元模型，对其进行信息提取转化成统一格式的有限元分析模型，本文主要采用ANSYS软件，其他软件数据格式转化为其参数化编程APDL语言。此外，该模块还要在必要时输出质量、刚度矩阵、影响面矩阵、自振频率、模态矩阵、加载点坐标、法向量、附属面积、距离矩阵、定位矩阵等信息，便于对结构进行频域分析。
2）风荷载随机模拟子模块是分析中的备选模块，主要功能是结合风荷载的统计量和频谱参数对屋盖表面的非高斯风压场采用非高斯风压场的随机模拟，结果可用于风振响应分析及极值风荷载估计。
3）风振响应分析子模块包括采用风荷载的统计量和频谱参数直接进行频域分析和利用风荷载时程进行时程分析两个功能。每个功能都需要有限元模型接口输出的ANSYS有限元模型。对于频域分析，需要有限元模型接口模块提供质量、刚度矩阵等信息，采用第5章的算法进行分析；对于时域分析，将风荷载时程插值到结构上，调用ANSYS时程动力分析模块进行求解。
4）数据后处理子模块对风振响应分析及随机模拟的结果进行整理，包括对数据进行可视化、计算分区值、绘制等值线图及动画等。
综上所述，本章的大跨度屋盖结构抗风设计软件总体框架及数据流如图7-2所示。
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