湖南大学硕士学位论文圆柱面巨型网格结构抗风性能研究姓名：王海顺申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：贺拥军20070426硕士学位论文 摘 要 大跨度空间结构是我国近年来发展十分迅速的一个领域。随着空间网格结构向大跨、超大跨、轻质化方向发展，风荷载往往成为结构设计中的控制荷载，大跨空间结构的风振响应分析愈益受到关注和重视。 圆柱面巨型网格结构是一种新型空间网格结构形式，它具有节约钢材、适合向大跨及超大跨发展等诸多优点，必将会应用于工程实践中。但是国内外对该结构形式的研究相对比较匮乏，现有的文献主要对其形体、力学模型、受力性能、稳定特性和抗震性能等方面作了一些研究，但在其抗风性能方面尚无涉足，值得进一步研究。 本文首先基于自然风的特性，采用 AR 模型模拟具有时间和空间相关性的随机风速时程，并采用改进的 Whittle 递推算法求解回归系数矩阵。通过对 AR 模型有关参数的分析讨论得到一些有意义的结论；算例表明：该模拟方法有效，所编制程序可用于超大跨屋面结构随机风场的模拟。 然后，本文对圆柱面巨型网格结构的动力特性进行了研究，并对水平向和竖向首阶振型周期进行了一系列的参数分析，从而得到不同参数变化对结构各方向刚度的影响。 最后，本文采用时程分析法对结构顺风向的风振响应特性进行了详细的研究，得到了结构中风振内力和位移响应的分布规律和特点；以结构内力峰值对应杆件的响应均值和均方差为指标进行了系统的参数分析，了解了几何、结构、阻尼比、边界约束、气动等参数变化对结构风振响应的影响；针对现行规范中风振系数的不合理性，给出了适用于大跨度网壳结构抗风设计的风振系数求解方法，并对圆柱面巨型网格结构的风振系数进行了研究，给出了抗风设计中风振系数的建议取值。 本文的研究为今后的风振分析提供了若干参考性的意见，也为此类结构的工程设计提供了参考。 关键词：巨型网格结构；抗风性能；AR 模型；动力特性；时程分析法；风振系数 I圆柱面巨型网格结构抗风性能研究 Abstract Long-span space structure is a field that developed very fast in the recent years, now space structures are widely used in constructions, and become longer and lighter than before. Wind load is always the most important load in the design. So, wind-induced vibration analysis of space structures is paid more and more attention to. The cylindrical reticulated mega-structure is a new style of space structures, because of its advantages such as saving steel, adaptation to long-span even super-long-span, it will be used in engineering in the further. Recently, researches of this structure are lacking at home and abroad, already-existent researches are mainly of structural forms, mechanical model, mechanical behavior, nonlinear stability and seismic behavior. However, the wind resistant characteristics of this structure have not yet been studied, its necessary to analyze wind-induced vibration response of such structure reasonably. In this paper, at first，based on the natural wind properties, Auto-Regressive model is employed to simulate wind speed time series, which has time and space correlativity, and the modified Whittle iteration method is used to solve the matrix of regressive coefficients. Through analyzing some parameters for the AR model, some meaningful conclusions are presented. Numerical examples indicate that the method is feasible and the program can be used in numerical simulation of stochastic wind field on super-long-span roof structures. Then，the dynamic characteristic of the cylindrical reticulated mega-structure is researched, and a series of parameter analysis are carried out for the first mode of horizontal direction and vertical direction. Influence of the parameters on structural stiffness of different direction is obtained. Finally, based on time-domain analysis method, the wind-induced dynamic response under horizontal wind loading is researched, and the distribution characteristics of dynamic internal force and dynamic displacement are found. Systematic parameter analysis is carried out for the average value and the mean square deviation of dynamic internal force. The effects of geometric parameters, structural parameters, damping ratio parameters, boundary conditions and aerodynamic parameters are obtained. To the irrationality of wind-induced vibration coefficient in design codes at present, solution method of wind-induced vibration coefficient in II硕士学位论文 wind-resistance design of long-span reticulated structures are brought forward, and wind-induced vibration coefficient of cylindrical reticulated mega-structures is researched. Through analyzing wind-induced vibration coefficient of this structure, suggested value is presented in the wind-resistance design. This paper provides some suggestion for wind-induced vibration analysis in the future, and can be used for the reference of the wind-resistance design of this kind of structures. Key Words: Reticulated mega-structure; Wind resistant characteristic; AR model; Dynamic characteristic; Time-domain analysis method; Wind-induced vibration coefficient III湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 第 1 章 绪论 1.1 空间网格结构的发展及应用 空间结构的出现和发展，是和人类生活、生产的需要，科学技术水平以及物质条件的发展紧密相连的。人类很早以前就认识到穹隆具有用最小的表面封闭最大的空间的优点，并建造了许多砖石穹顶。但由于社会需要的局限和建筑材料以及其它技术条件的限制，空间结构的发展极为缓慢。十九世纪以后，随着钢材的大量生产，钢结构的广泛应用，空间结构理论研究的进展，空间结构得到了迅速的发展。特别是近年来，人们生活水平不断提高，工业生产、文化、体育等事业不断进步，大大增强了社会对空间结构尤其是大跨度高性能空间结构的需求。而计算理论的日益完善以及计算机技术的飞速发展使得对极其复杂的三维结构的分析和设计成为可能。可以这样说，大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际空间结构杂志主编马考夫斯基（Z.S.Makowski）说：在60年代空间结构还被认为是一种兴趣但仍属陌生的非传统结构，然而今天已被全世界广泛接受1。 现在，大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况己经成为衡量一个国家建筑水平的重要标志2， 如 1958 年法国的国家工业与技术展览中心(钢筋混凝土双层波形薄壁拱壳，跨度 206m)，西德法兰克福机场机库(双层悬索结构，270m100m)，1973 年瑞士苏黎世克洛腾喷气式飞机库(三层网架