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          解析一下景觀膜結構的風振問題

            在張拉景觀膜結構荷載分析中,風荷載起著控制作用,這也是張拉膜結構破壞的主要原因,從而引起人們的不斷深入研究,如風致動力效應、風振系數及體型系數的確定、膜結構的幾何和物理非線性,強風作用下膜結構與空氣耦合引起的自激顫振風載下膜結構的疲勞破壞等等。這里僅就前兩個問題作初步探討。

           ?。ㄒ唬╋L致動力響應:

            張拉膜結構自重輕、剛度小、自振頻率低、風振反應敏感,在風載作用下膜結構局部膜單元的速度和加速度反應較大,膜材局部可能會失穩。目前風振分析多基于風洞實驗,其目的是確定膜結構的風載體型系數、結構動力反應等,為進一步計算和設計提供科學依據。但實驗不可能模擬出各種可能出現的實際狀況,有些膜結構參數與多種因素有關,如結構基頻和阻尼系數的關系、基頻與張力之間的關系。因而實驗研究僅局限于特定模型的比例、荷載條件、邊界條件及實驗設備和技術條件下所得到的結果,不能得到適用于各種情況的一般規律,但對于大尺度、重要的景觀膜結構而言,風致動力響應的實驗研究是必需的。

            除實驗的方法外,通過數值計算方法可對膜結構進行非線性風振響應的分析,即先將風速模擬成時間的函數,該函數對計算結果準確度有重要影響;然后將索膜結構離散化,把模擬的風速合理轉換為風荷載作用于相應單元節點上,在時向域內利用有限元法直接求解運動微分方程,并求得結構的響應,而后由響應之中求得所需信息并統計,從中獲得索膜結構的風振響應特征。此方法計算精度高,能獲得較完善的結構響應,可變換參數對結構反復計算,并與實驗結果進行對比分析。

           ?。ǘ╋L振系數:

            荷載規范之中風振系數中的脈動影響系數均針對于質量分布較為均勻的體系,顯然索景觀膜結構的質量分布是很不均勻的,膜結構自振的周期與多種參數有關,按照相關荷載規范,基本自振周期大于0.25秒的屋蓋結構,都應按照隨機振動的理論進行風振分析,而膜是非線性結構。按照對多個膜結構自振特性分析結果統計來看,普通張拉膜結構在通常的應力水平中,結構自振周期的變化范圍較大。

            對于風振系數,按照現行建筑結構荷載規范恐怕是不行的,工程實際中有兩種做法,有些小型膜結構工程根本沒考慮風振影響,有些工程采用經驗做法,參照市場內同類型膜結構風振系數大概取1.6~1.9,一般取1.8左右。國外某膜結構公司對一個20米高的膜結構(如果不作風洞試驗)則用1.5-2.5KN/m2的風荷載值進行計算,因而做的景觀膜結構用鋼量相當大,節點構造也很大。

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