土木工程概論結(jié)課模板

1、論文題目： 河西學(xué)院河西講堂的認(rèn)識 姓 名： 羅 茜 班 級： 土木工程151（工程管理） 學(xué) 號 ： 聯(lián)系方式：完成日期： 2015-12-13 指導(dǎo)老師： 李春鋒（副教授） 土木工程概論論文成績評定表本門課程的心得體會成績評定依據(jù)考核指標(biāo)分 值得 分論文中英文摘要高度概括20論文格式規(guī)范20論文內(nèi)容詳實，條理清楚60總 分指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師（簽名）： 結(jié)課論文要求：土木工程概論結(jié)課論文選題及相關(guān)要求 適用專業(yè)：土木工程專業(yè)、工程管理專業(yè)；土木工程概論是土木工程類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，意在使學(xué)生通過對本課程的學(xué)習(xí)了解土木工程的基本概念、任務(wù)及本學(xué)科發(fā)展對區(qū)域乃至國家

2、人文和社會、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的發(fā)展所產(chǎn)生的重大影響。增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自豪感，進(jìn)而激發(fā)出更加濃厚的學(xué)習(xí)興趣。本課程結(jié)課方式要求學(xué)生按規(guī)定撰寫學(xué)習(xí)論文并提供電子版本以備存檔。以下為我院2015級本科土木工程專業(yè)及工程管理專業(yè)論文選題及相關(guān)要求，請以上各專業(yè)同學(xué)按相關(guān)要求認(rèn)真執(zhí)行。一、論文選題1、對土木工程的基本認(rèn)識。2、從我國當(dāng)前土木工程領(lǐng)域重點項目建設(shè)成就看土木工程未來發(fā)展。3、對土木工程子項目（如招標(biāo)、設(shè)計、施工、管理、材料選擇及新材料、新技術(shù)、新工藝等方面）的認(rèn)識。4、怎樣做一個合格的土木工程專業(yè)畢業(yè)生。5、對土木工程發(fā)展史的理解與認(rèn)識。6.對河西學(xué)院現(xiàn)有建筑的認(rèn)識與體會。二、論文要求1、字?jǐn)?shù)要求3

3、0005000字。2、A4紙打印，標(biāo)題為宋體小二號字，正文采用宋體小四號字，行距1.5；頁邊距上下左右均為2.5mm。3、論文正文前要有摘要、關(guān)鍵詞，文后附參考書目。4、論文加封面。5、引用文獻(xiàn)資料及參考書目請于文章最后附“參考文獻(xiàn)”。三、推薦參考書目1、土木工程概論 羅福午主編，武漢理工大學(xué)出版社出版；2、土木工程概論 丁大鈞、蔣永生主編，中國建筑工業(yè)出版社出版；3、土木建筑文獻(xiàn)檢索與利用 肖友瑟主編，大連理工大學(xué)出版社出版；4、建筑材料與人居環(huán)境 楊靜主編，清華大學(xué)出版社出版；四、相關(guān)資料檢索方式1、校園網(wǎng)主頁下方點擊“中國知網(wǎng)”，選擇IP登陸，進(jìn)入“新鄉(xiāng)學(xué)院機(jī)構(gòu)館”即可查閱搜索相關(guān)期刊文

4、獻(xiàn)。2、校園網(wǎng)主頁下方點擊“中國國家圖書館”，在“文津搜索”空格中輸入關(guān)鍵詞或書名可直接觀看下載電子版圖書。五、論文完成時間2015年12月25日前一種“空間結(jié)構(gòu)減風(fēng)壓方法”的探索王秀麗 高超（蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）摘要：空間結(jié)構(gòu)以其內(nèi)部空間布置的靈活性而在各種場合得到了廣泛的應(yīng)用，然而風(fēng)荷載對于該種結(jié)構(gòu)的正常使用產(chǎn)生了極大的影響。一般而言，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面上因風(fēng)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力要小于因地震產(chǎn)生的應(yīng)力，然而圍護(hù)結(jié)構(gòu)因為風(fēng)荷載而破壞的事故卻屢見不鮮，可以說，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)致破壞是空間結(jié)構(gòu)正常使用的短板。本文以單層球面網(wǎng)殼為風(fēng)荷載作用對象，應(yīng)用有限元軟仿真，通過流-固單項

5、耦合(FSI)探討了一種減少空間結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓的方法，并且初步探討了這種方法對主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響。結(jié)果表明，這種方法能顯著改善網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓分布。這種方法對其它結(jié)構(gòu)形式的減風(fēng)壓的研究也有啟發(fā)意義。關(guān)鍵詞：空間結(jié)構(gòu) 球面網(wǎng)殼 流-固單項耦合 風(fēng)壓分布 減風(fēng)壓方法A Search of Wind-Pressure-Reducing Method in Spatial StructuresWang Xiu-li GaoChao（School of Civil Engineering, LAN Zhou University of Technology，GAN Su LAN Zhou 730050）

6、Abstract: Spatial structures have been vastly applied on various occasions for the flexibility of the interior space arrangement. Yet wind loads introduce detrimental influence to the normal using of this kind of structures. Generally speaking, the stress, produced by wind loads and occurring on the

7、 sections of the elements in frame structures, is less than that caused by seismic, however, the wind loads-causing-destructions is commonly occurring to envelope structures and we may safely come to a conclusion that to the application of large-span structures, the destroy resulting in wind loads a

8、nd occurring in the envelope structures, is becoming the buckets effect to the use of large-span structures. A Wind-Pressure-Reducing Method in spatial structures has been discussed via FSI in this paper, in which a single-layer spherical shell has been introduced as the target for wind loads and th

9、e finite element software has been employed to carry out the simulation, and the influence caused by the method to the stress occurring on the frame structure has been taken into account as well. The result shows that this method can considerably improve the distribution of surface wind pressure on

10、shell structures. This method is also instructive for studying on the reduction of wind pressure in other structures.Keywords: Spatial Structures, Spherical Shell, FSI, Wind Pressure Distribution, Wind Pressure-Reducing Method1 引言作為一種極富表現(xiàn)力的結(jié)構(gòu)形式，大跨度空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)在國內(nèi)外得到了前所未有的發(fā)展。覆蓋面積大及內(nèi)部空間使用靈活等適用性使其頗合設(shè)計師的偏好，然而

11、，這種稟賦也使得該種結(jié)構(gòu)有其先天的不足：質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小并且還在向著更輕柔的方向發(fā)展，可以預(yù)料其風(fēng)敏感性還將不斷增強(qiáng)這使得風(fēng)荷載對此類結(jié)構(gòu)設(shè)計的主導(dǎo)影響日甚一日。學(xué)界對結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的研究可以上溯至120多年前：早在19世紀(jì)末期，由于一些橋梁在風(fēng)暴中損壞，工程師們在建設(shè)橋梁和高層結(jié)構(gòu)時開始注意到了風(fēng)荷載的存在。對風(fēng)荷載的研究經(jīng)歷了 “空氣抗力理論”、在均勻風(fēng)洞中用縮尺模型實驗測得“風(fēng)壓系數(shù)”、以空氣動力學(xué)為基礎(chǔ)的風(fēng)壓確定方法的研究；經(jīng)過了對結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)關(guān)注、湍流風(fēng)的模型的建立、“陣風(fēng)荷載因子法”的提出發(fā)展到 “以概率統(tǒng)計確定風(fēng)荷載” 的方法，近幾十年，又出_基金項目：作者簡介：王秀麗，（1

12、963-），女，遼寧人，教授，博士生導(dǎo)師，從事空間結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)研究（Email: wangxl）現(xiàn)了基于隨機(jī)振動的方法研究橫風(fēng)向響應(yīng)、基于可靠度的方法以及以數(shù)值風(fēng)洞模擬與風(fēng)洞縮尺實驗結(jié)合的方法進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計的方法1各種方法競相亮相，其應(yīng)用皆是方興未艾。凡此種種，無不說明關(guān)于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的研究已是汗牛充棟了。早在1995年，風(fēng)工程奠基人之一的Davenport就曾經(jīng)說過：如果沒有風(fēng)，結(jié)構(gòu),尤其是大型結(jié)構(gòu)的設(shè)計將會容易很多，造價也會低很多2。然而，時至今日，結(jié)構(gòu)的風(fēng)破壞依然是設(shè)計師和使用者頭疼的問題，有關(guān)結(jié)構(gòu)因為風(fēng)荷載破壞的記錄亦是連篇累牘：1989年9月21日美國南加利福尼亞的Hugo颶風(fēng)3、20

13、05年的卡特里娜颶風(fēng) 4、國內(nèi)8807號臺風(fēng)、9417號臺風(fēng)5以及2003年蘇州遭遇的風(fēng)災(zāi)6均給當(dāng)?shù)亟ㄖ斐删薮笃茐?。?yīng)該說，絕大多數(shù)大型建筑都是按照規(guī)范（部分建筑由于功能的重要性甚至可能按超規(guī)范）設(shè)計并且做了縮尺模型風(fēng)洞試驗的，施工驗收也都按照法定程序交接，但是相當(dāng)一部分建筑在承受的風(fēng)荷載未達(dá)到設(shè)計限值時就破壞了，例如：北京地區(qū)、重現(xiàn)期為50年的風(fēng)壓基本值為0.45kN/m²7。由伯努利方程導(dǎo)出風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系 （1）（式中為基本風(fēng)壓值，為當(dāng)?shù)乜諝馊葜嘏c當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊谋戎?，北京地區(qū)的數(shù)值取1620，為風(fēng)速）8,9換算成標(biāo)準(zhǔn)高度（10m）處的風(fēng)速為27m/s，然而2010年12月1

14、0日，北京首都國際機(jī)場3號航站樓在26m/s的風(fēng)速下，屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)遭到了破壞，保溫材料散落在飛機(jī)跑道上，造成機(jī)場關(guān)閉，多趟航班延誤（據(jù)騰訊新聞）。傳統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計為大型建筑的設(shè)計提供了比較有力的技術(shù)支持，但是就現(xiàn)狀來看，傳統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計還不能完全滿足工程需求。本文通過改變風(fēng)場的邊界（即改變維護(hù)結(jié)構(gòu)的表面機(jī)理）影響了風(fēng)場邊界上風(fēng)壓的分布，進(jìn)而改善了圍護(hù)結(jié)構(gòu)靜風(fēng)作用下的受力和變形情況。筆者希望本文的研究工作能成為目前使用的抗風(fēng)設(shè)計方法的一種補(bǔ)充思路。2 建模風(fēng)是一種隨機(jī)荷載，其作用的方向性不強(qiáng)（雖然建筑結(jié)構(gòu)的外形會使響應(yīng)的方向性很顯著，譬如矩形平面的建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)就大相徑庭7,8,9,

15、10,18，但是由于建筑朝向的隨機(jī)性，從建筑群來講，這種建筑個體的方向性就被大大弱化了，所以我們關(guān)注的還是風(fēng)荷載本身的方向性），為達(dá)到 “研究結(jié)構(gòu)對稱部位對任意方向風(fēng)荷載的不同響應(yīng)”的目的，應(yīng)選取稱性好的結(jié)構(gòu)作為風(fēng)壓研究的載體，當(dāng)然，這個結(jié)構(gòu)也可以是筒體或者其他形式的中心對稱結(jié)構(gòu)，但是由于本文意欲著重探討如何改善大跨度空間結(jié)構(gòu)的表面風(fēng)壓的分布，所以選取球面網(wǎng)殼作為研究載體。以最經(jīng)濟(jì)的手段迅速探討改造的有效形式是初步探討的目標(biāo)，而數(shù)值計算有模擬費(fèi)用低、計算周期短、不受模型尺寸影響、改變模型幾何參數(shù)方便、可視化功能強(qiáng)大等優(yōu)點，所以本文以有限元仿真作為技術(shù)手段進(jìn)行目前階段的分析。由于大多數(shù)大跨度屋蓋

16、結(jié)構(gòu)多為鈍體形狀，其繞流不可避免地伴隨著撞擊、分離、再附、環(huán)繞和旋渦脫落等復(fù)雜的流動現(xiàn)象，因而在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域的CFD（Computational Fluid Dynamic，即計算流體力學(xué)）數(shù)值模擬要比水工管流和機(jī)翼繞流等問題復(fù)雜得多，還遠(yuǎn)沒有達(dá)到成熟的地步6，用CFD計算得來的瞬態(tài)分析或者氣動彈性分析（即流-固雙向耦合，除了像單向耦合那樣考慮風(fēng)場對結(jié)構(gòu)位形的影響，還要考慮結(jié)構(gòu)位形的改變對風(fēng)場改變的影響，如此反復(fù)迭代）結(jié)果的可靠性有待商榷。例如Tamura提出：即便是對于一些形狀簡單的三維繞流情況，CFD計算結(jié)果的精確性也僅限于對一些平均物理量(如平均風(fēng)壓、阻力系數(shù)等)的模擬上，而對于流動中

17、高頻脈動成份的模擬與試驗結(jié)果尚有出入11，同時有工程（甘肅會展中心）表明，用CFD對非大變形柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性模型的靜風(fēng)計算可用12，所以本文進(jìn)行了剛性模型的靜風(fēng)計算，并以此結(jié)果作為對大跨度空間結(jié)構(gòu)表面機(jī)理改造的預(yù)演和對試驗方案的參考。一俟改造方案討論成熟，再用試驗來檢測這些改造方案的有效性和進(jìn)行進(jìn)一步研究（如進(jìn)行瞬態(tài)風(fēng)壓和結(jié)構(gòu)的風(fēng)振分析）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的造型的改動勢必影響網(wǎng)殼表面風(fēng)壓的分布的變化，進(jìn)而會使主結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的應(yīng)力發(fā)生改變。為方便觀察這種變化，本文選取單層網(wǎng)殼作為承風(fēng)載體，主要參數(shù)如下：主結(jié)構(gòu)跨度100m，矢高25m，環(huán)向48節(jié)，徑向9節(jié)，平面如圖1（a）所示。為方便敘述，現(xiàn)規(guī)定如下：以

18、網(wǎng)殼最高點（即平面上的中心）為0環(huán)，徑向向外依次為1、2、3、以至9環(huán)；以中心點為原點 、以右為軸正方向建立平面直角坐標(biāo)系，以逆時針方向順次將平面分為、四個象限，環(huán)向節(jié)點依次稱為0、1、2、11、0、1、11，則每一個節(jié)點均可以用類似（8，20）這樣的坐標(biāo)（前者表示節(jié)點所處的環(huán)數(shù)，后者表示節(jié)點與軸正方向的夾角關(guān)系）來說明了。 （a）網(wǎng)殼平面尺寸（mm） （b）1/48平面桿件布置 圖1 網(wǎng)殼平面尺寸及主結(jié)構(gòu)桿件布置示意圖整個網(wǎng)殼的材料統(tǒng)一考慮為Q235鋼，密度7850kg/m³。桿件共四種截面：a.1405（外徑壁厚，單位均為mm，以下未說明的均為此單位）、b.1526、c.1521

19、2、d.19416，四種截面的桿件設(shè)置如圖1（b）： 環(huán)桿：1環(huán)設(shè)c，2、6、7、8環(huán)設(shè)b，3、4、5環(huán)設(shè)d， 9環(huán)設(shè)a；徑桿：03環(huán)間設(shè)c，36環(huán)間設(shè)d，69環(huán)間設(shè)b；斜桿均設(shè)b。節(jié)點上考慮成加肋焊接球（主要考慮節(jié)點質(zhì)量對自振頻率和地震時程分析下應(yīng)力的影響），尺寸為50062506（外徑壁厚肋板孔徑肋板厚），等效質(zhì)量為42.61kg，將其等效成長度（指向網(wǎng)殼面的球心）為625的支桿（在有限元仿真中用來連接主結(jié)構(gòu)與覆材），取截面尺寸為300281；檁條自重的線荷載為0.1kN/m,考慮其鋪設(shè)的最大間距為3m和鋪設(shè)位置，按質(zhì)量等效取檁條截面為1009；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的恒載取0.5kN/，用6.5厚的鋼

20、板來模擬（按檁條區(qū)格鋪設(shè)）。此模型稱為完全模型。建模完成后，得到的結(jié)果如下：覆材面積約為9980，檁條質(zhì)量約為107530kg，屋面板質(zhì)量約為509250kg，等效恒載為0.6056kN/，模型質(zhì)量分布符合實際情況。3 結(jié)構(gòu)模態(tài)與地震時程分析首先使用簡化模型（將覆材和支桿質(zhì)量分配到主結(jié)構(gòu)的節(jié)點上的質(zhì)量等效模型）對網(wǎng)殼進(jìn)行了模態(tài)分析和地震力作用下的瞬態(tài)分析。按照就近傳力的原則，計算各環(huán)節(jié)點上的等效質(zhì)量如表1所示，同法進(jìn)行活荷載的分配，按照0.5kN/取值，計算1/48的平面上節(jié)點的活載值，如表2所示。用簡化模型進(jìn)行模態(tài)分析，對9環(huán)各節(jié)點施加三向線位移約束，計算前50階固有頻率和振型（只考慮慣性力

21、，不考慮活荷載和重力加速度）。前9階頻率如表3所示，部分振型如圖2所示。表1 簡化模型各環(huán)節(jié)點上的質(zhì)量分配環(huán)編號0123456789計算質(zhì)量（kg）2085.40379.87713.621040.321356.561659.011944.462209.882452.431330.55采用質(zhì)量（kg）2085.40379.87876.971343.562066.441343.56等效桿件的半徑（mm）367.8157.0238.5295.2366.2295.2表2 質(zhì)量等效模型各環(huán)節(jié)點上的質(zhì)量分配環(huán)編號01234567891/48平面活荷載值（N）337.122675.405237.437577

22、.899597.7611211.5612350.8412967.4813035.656586.86各環(huán)節(jié)點總值（N）16181.99 128419.20 251396.51 363738.92 460692.58 538154.85 592840.22 622438.94 625711.30 316169.48 注：表中的荷載方向向下，即與軸的負(fù)方向一致。表3 簡化模型前9階自振頻率自振階數(shù)123456789頻率（Hz）0.496850.496851.07561.07561.07751.07751.08671.18041.1804（a）第1階振型 （b）第3階振型 （c）第5階振型圖2 簡化模

23、型部分自振振型由圖2可以看出，前四階的自振均為局部振動，第五階自振為整體振動，所以網(wǎng)殼的基頻取為1.0775Hz。用簡化模型進(jìn)行地震時程分析時，依照數(shù)值計算瑞雷阻尼的定義，按 （2）算得=0.037123（式中為阻尼因數(shù)，鋼結(jié)構(gòu)取0.02，為第（本模型取5）階自振頻率，、分別叫做Alpha阻尼和Beta阻尼，數(shù)值計算時一般取=0，可用和計算得出14,15，并將、值輸入到地震瞬態(tài)分析中進(jìn)行計算）。選三向El-Centro波（前5s），調(diào)整最大加速度為0.4g（相當(dāng)于8度罕遇地震作用）進(jìn)行時程分析，約束同模態(tài)分析，考慮活荷載，暫未考慮恒荷載，計算結(jié)果如圖3。（a）結(jié)構(gòu)動力時程最大應(yīng)力組合（單位pa

24、） （b）結(jié)構(gòu)動力時程最小應(yīng)力組合（單位pa）（c）結(jié)構(gòu)動力總位移時程最大值（單位m）圖3 結(jié)構(gòu)動力時程響應(yīng)4 原始方案與改造后方案的靜風(fēng)比較為節(jié)省計算機(jī)資源，參考風(fēng)洞試驗的模型比例選擇（結(jié)構(gòu)物對風(fēng)洞的阻塞度宜在7%以下，最大不應(yīng)超過10%）9，本文在建模時取半徑為95m半圓形截面的柱狀空氣為流體域。設(shè)置流體域的長度：向結(jié)構(gòu)覆材前后邊緣均向外延伸近200m，整個空氣域的長度達(dá)到500m（如圖4）。圖4 空氣域的幾何尺寸及網(wǎng)格劃分地面粗糙高度按市鎮(zhèn)取100cm，參照文獻(xiàn)8,9中“平滑水泥地或者冰面”取圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的粗糙高度為0.001cm。風(fēng)的入流方向為沿軸正方向，速度按照指數(shù)率取值： （3）（

25、式中表示要求的速度點的高度；表示標(biāo)準(zhǔn)高度，取10m； 表示地面的粗糙度系數(shù)，照顧全國大多數(shù)省會城市可按B類粗糙度取0.16； 表示標(biāo)準(zhǔn)高度處的設(shè)計風(fēng)速，取風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值為可覆蓋全國大部分地區(qū)的0.6kN/，按沿海地區(qū)取值1740，按式（1）求得=32.31m/s；表示高度為處的平均風(fēng)速。）8設(shè)風(fēng)為定常流，空氣為不可壓縮連續(xù)流體，按湍流模型計算得原始結(jié)構(gòu)（稱為O型方案）的表面風(fēng)壓如圖5（風(fēng)壓按18級劃分）所示。圖5 O型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖為減少高爾夫球飛行時的阻力，設(shè)計師對其表面機(jī)理進(jìn)行了改造本文由此得到啟發(fā)，參考了一些國內(nèi)外風(fēng)工程領(lǐng)域的研究成果15,16,17,18，對網(wǎng)殼表面進(jìn)行了2種類型、6種

26、形式的改造，分別為Ring型（稱為A型，文中分析了 A1、A2、A3三種）改造和Rib型（稱為B型，文中分析了B1、B2、B3三種）改造（實際還可以根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的不同選擇斜肋型、點型或者其他型的改造）。圖6（a）、（b）、（c）分別是O、B兩種方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)的造型以及B型改造的弦心距的空間含義（A型改造比B型簡單，故未再贅述）。6種改造方案的技術(shù)參數(shù)見表4。（a）O型網(wǎng)殼圍護(hù)結(jié)構(gòu)造型 （b）B型網(wǎng)殼圍護(hù)結(jié)構(gòu)造型 （c）B型網(wǎng)殼弦心距具體含義圖6 方案造型圖注：圖6（a）、（b）中銅綠色為分區(qū)格鋪設(shè)的屋面板，銅紅色的為檁條。表4 6種改造方案的技術(shù)參數(shù) （單位mm）改造類型改造位置方案1的弦心距方

27、案2的弦心距方案3的弦心距A型（Ring型）1、2環(huán)之間，3、4環(huán)之間和5、6環(huán)之間分別起拱各環(huán)起拱的弦心距均為5000各環(huán)起拱的弦心距均為2000各環(huán)起拱的弦心距均為500B型（Rib型）從1、2之間開始，沿逆時針方向，環(huán)向每隔一節(jié)設(shè)置一道肋，用各環(huán)起拱的弧形檁條的弦心距控制形狀0環(huán)0001環(huán)35020002環(huán)100050003環(huán)100050004環(huán)120060005環(huán)150080006環(huán)1800100007環(huán)2500120008環(huán)3000150009環(huán)360018000注：表4中B型的弦心距含義見圖6（c）：粗線的長度即為黑色區(qū)域處的弦心距。圖中局部坐標(biāo)系的Z軸指向等腰梯形屋面區(qū)格腰邊的交

28、點；黑色區(qū)域在如圖局部坐標(biāo)的XOY平面內(nèi)，其曲邊即為該處的拱形檁條空間軸線。弦心距是指黑色區(qū)域直邊到曲邊所在的圓心的距離，弦心距越小，拱的矢高越大，造型較原網(wǎng)殼面突出得越多。在與O型網(wǎng)殼邊界條件相同的情況下得到的各方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓（吸力）的比較見圖7（原始方案編號為O）。各個方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓的詳細(xì)分布情況分別如圖813。5 對改造方案優(yōu)劣的思考由圖713可以看出，B型改造得到的風(fēng)壓值分布改善稍好于A型的改造方案。如果考慮排水原因，A型的方案還需要做局部修改（譬如將環(huán)狀拱起的覆材從某些地方打斷），但是這樣一來將明顯改變結(jié)構(gòu)覆材表面附近的風(fēng)場，對風(fēng)壓分布的影響也會帶來較大的影響（可能是有

29、利的，也可能是不利的），且可能會使結(jié)構(gòu)的風(fēng)振變得更加復(fù)雜，所以在目前探討階段，為使影響改造方案的參數(shù)簡化，本文只選了B1型與O型進(jìn)行表面風(fēng)壓系數(shù)以及結(jié)構(gòu)計算的對比，對比結(jié)果見圖1315?？紤]最不利影響，只將靜風(fēng)荷載與恒載同時計算，而未計活荷載（它會與靜風(fēng)載相互抵消一部分），活載在地震作用時考慮。從結(jié)果可以看出在相同定常風(fēng)場內(nèi)，與原始機(jī)構(gòu)相比：（1）B1型改造基本保持了表面風(fēng)壓系數(shù)不變（O型：-0.740-2.875，B1型：-0.748-2.995）、整體風(fēng)壓分布規(guī)律不變（迎風(fēng)方向負(fù)壓最小、背風(fēng)方向負(fù)壓次之、頂部及兩側(cè)負(fù)壓最大），使風(fēng)壓分布趨向于均勻，減少了網(wǎng)殼頂部及周邊面板這一最危險部位的負(fù)

30、風(fēng)壓；（2）在非最危險部位，肋脊會出現(xiàn)較大負(fù)風(fēng)壓，但是由于肋型屋面增加了屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)的局部空間剛度，這些部位的變形量與發(fā)生破壞的幾率較??；（3）在相同工況下， B1型改造后的主結(jié)構(gòu)應(yīng)力雖較O型結(jié)構(gòu)略有增加，但是這些增量與地震力、活載及恒載共同作用下的應(yīng)力相比，不會改變主結(jié)構(gòu)的安全性，可以忽略；（4）雖然只是初步探索，但是考慮將來實際應(yīng)用，B1型（也包括其他5個方案）改造曲面均為可展曲面，方便屋面的設(shè)計與制造；（5）文獻(xiàn)【18】中還有關(guān)于煙囪頂部加設(shè)螺旋箍以達(dá)到降低漩渦振動的目的（但是會增加順風(fēng)風(fēng)載），而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)A、B型的改造會對風(fēng)振帶來何種影響還不清楚。圖7 各個方案表面風(fēng)壓值（吸力）的比較圖

31、8 A1型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖 圖9 A2型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖圖10 A3型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖 圖11 B1型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖圖12 B2型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖 圖13 B3型網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布圖（a）O型 （b）B1型圖13 網(wǎng)殼表面風(fēng)壓系數(shù)對比注：若將風(fēng)壓按18級劃分，則B1型有些部位會因風(fēng)壓梯度較大而難以標(biāo)注，故兩個方案的風(fēng)壓均按12級劃分。結(jié)構(gòu)表面等壓線上的風(fēng)壓系數(shù)的含義是該處風(fēng)壓與0.6kN/m²（本例中的10m高處的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓）的比值，“-”表示風(fēng)壓為吸力。（a）O型 （b）B1型圖14 網(wǎng)殼覆材在靜風(fēng)+恒載共同作用下變形的比較圖15 改造前后各工況下主結(jié)構(gòu)應(yīng)力的比較6結(jié)論 （1）A、B型的改造均能較顯著地影響網(wǎng)殼表面的靜風(fēng)壓力分布，其中B1型改造的效果最理想；（2）由于是初步探索，還未考慮風(fēng)振影響，在進(jìn)一步研究中應(yīng)該著重考慮改造方案對結(jié)構(gòu)風(fēng)振的影響，并且應(yīng)該用試驗來檢測所得到的結(jié)論；（3）本文雖然只對球面網(wǎng)殼這種非大變形柔性空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表面機(jī)理改造，但此法對剛性結(jié)構(gòu)和索膜等大變形柔性空間的減風(fēng)壓設(shè)計也有參考價值。參考文獻(xiàn)1 趙楊中美日建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范的比較研究哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文，20052 A.G.Dave