[发明专利]一种考虑整体-局部风效应的建筑围护结构抗风计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑整体‑局部风效应的建筑围护结构抗风计算方法，包括大气边界层流场模拟，通过风洞试验获取带围护结构建筑的风荷载时程、建立考虑围护结构的建筑精细化有限元模型，计算得到围护结构构件的真实风致响应、提取精细化有限元模型中因主体结构响应引起的围护结构约束位移响应、建立围护结构独立分析模型、施加局部风荷载获得局部风效应引起的构件风致内力、内力分析结果、对围护结构用设计风荷载进行参数修正。本发明的有益效果是：弥补现有设计规范对于围护结构构件设计风荷载对整体风效应贡献考虑不足的缺陷，对规范中未明确定义的围护结构类型(如薄壁单壳结构、大跨空间结构的二次构件等)的设计风荷载取值提供参考依据。

技术领域

本发明涉及考虑整体和局部风效应下围护结构的抗风计算，特别涉及大跨空间及高层建筑围护结构的抗风计算，具体为一种考虑整体-局部风效应的建筑围护结构抗风计算方法，属于建筑围护结构安全设计技术领域。

背景技术

对于大跨空间及高层建筑，由于其结构刚度低、自振周期长、结构阻尼比小的特点，风荷载引起的结构响应愈发显著，风荷载将成为该类结构设计中的主要控制荷载。而作为非承重的围护结构体系，相对于风敏感结构整体而言，具有几何尺寸小、刚度大、阻尼比高等结构特性，其构件抗风设计计算(如风荷载特性及其风致效应研究)目前多数基于局部风效应展开，集中于构件局部风荷载特性研究(考虑构件气动外形、构件所处位置、结构群干扰效应、风压极值估计方法等)和相对低风速下构件风致疲劳性能研究，基于局部风效应的构件设计方法也被各国荷载规范所接受。

近年来强风作用下围护体系构件的破坏屡屡出现，带来大量的直接或间接安全和经济损失，显然基于准静定假定，仅考虑局部风效应的围护体系抗风设计计算方法需要重新审视。

1)在风的作用下，作为风敏感结构的组成部分，各个构件的风荷载效应(位移、内力等)显然和整体风荷载下的结构响应(或称为整体风效应)有关；同时，从单个构件角度来看，其对应有效区域内的局部风荷载也会对构件的风荷载效应产生影响(或称为局部风效应)。因此，实际上风敏感结构构件风致效应是整体风效应与局部风效应共同作用的结果。现有抗风设计方法针对建筑围护结构体系，采用仅考虑局部风效应为主的设计理念，从风荷载传递等力学行为上，割裂了整体风效应和局部风效应相互作用的影响，存在低估围护结构风致内力的风险；

2)随着高性能材料的不断研发，围护体系构件在保证承载能力的基础上趋于轻型化、柔性化；随着施工安装工艺的不断进步，围护体系构件与主体承重体系构件的连接方式也趋于多样化。因此，从考虑结构风荷载及其风致内力的角度，两者的边界日趋模糊，使得工程设计人员依据现有规范(通常明确划分承重结构、围护结构用设计风荷载)难以确定合理风荷载取值，同样带来围护结构设计安全隐患。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种考虑整体-局部风效应的建筑围护结构抗风计算方法，可针对风敏感建筑(大跨空间、高层建筑等)围护结构，考虑整体风效应和局部风效应的共同作用，计算整体、局部风效应对构件风致内力最大值的贡献程度，为完善相关构件设计和计算提供参考依据。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种考虑整体-局部风效应的建筑围护结构抗风计算方法，包括以下步骤：

S1、进行大气边界层流场模拟，通过风洞试验获取带围护结构建筑的风荷载时程；

S2、建立考虑围护结构的建筑精细化有限元模型，计算得到围护结构构件的真实风致响应(包括内力与位移)；

S3、提取精细化有限元模型中因主体结构响应引起的围护结构约束位移响应；

S4、建立围护结构独立分析模型，施加S3获取约束位移获得整体风效应引起的构件风致内力；

S5、在围护结构独立分析模型中施加局部风荷载获得局部风效应引起的构件风致内力；