膜结构的风荷载

　　风荷载是膜结构设计控制荷载之一，一般作为静荷载进行结构分析。组合值为0.6、频遇值为0.4、准永久值系数为0。

　　风荷载标准值ωk为

　　ωk=γ0βzµzω0

　　式中各系数意义及取值分析如下：

　　(1) γ0结构重要系数。一般取1.0，重要建筑取1.1，小于25年的建筑取0.95。

　　(2) µz风压高度变化系数，与地面粗糙度类别(A、B、C、D四类)建筑平均高度有关。

　　(3) ω0基本风压，写为

　　ω0=0.6134 υc2 X10-3 (kN/m2)

　　基本风压系数ω0是指标准平坦场地，离地面高10m处，10min平均风速(υc，m/s)根据极值I型概率统计模型，在一定重现周期里的风压值。《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)给出了我国部分大中城市10年、50年、100年重现期的基本风压。一般工业与民用结构应按50年重现期取基本风压，景观小品、临时性建筑、仓储、不重要构筑物等，可按10年、30年重现期取值，或由风速计算确定。

　　(4) βz高度z(m)β处风振系数。

　　膜结构自重较小，属风敏感结构，在风荷载作用下易产生较大的变形和振动。对膜结构风振过程的研究，目前尚处于起步阶段，可借鉴的资料较少。膜结构形态各异，很难用统一的风振动力系数来描述。对较常用的骨架支承式膜结构和整体张拉式伞形和鞍形膜结构，采用风振系数βz来考虑结构在风荷载作用下可能的最大响应与平均风响应之比，便于工程设计应用;对于形状复杂、跨度较大、风荷载影响较大的或重要的膜结构，应通过动力分析或气弹性模型风洞试验确定风荷载的动力效应。

　　风振系数βz指将10min平均风压系数转化为瞬时风压系数，同时考虑风荷载脉动与结 构动力之间的谐振效应。风振系数不仅与建筑场地有关，且与结构自振特性有关，很难给出 “准确值”。大型空间结构属柔性结构体系，自振频率小，振形密集，以至存在大量同频率振形，振形间模态相关性强。对动力效应起作用的频率多，且低阶振形并不一定为主振形, 某些高阶振形动力效应反而大。因此，不能用低阶或某阶振形频率确定风振系数，需要综合评价结构整体动力特性，结合既往相似工程，选取合理值。

　　对骨架支承式膜结构，风振系数可取1.2-1.5;对整体张拉式伞形、鞍形膜结构，风振系数可取1.5 ~2.0。

　　(5) µs体形系数。一般膜结构造型独特，风压分布十分复杂，风压体形系数比较难以确定，通常可根据下列方法选择：

　　1)规范或资料。对比较标准简单的膜曲面，如马鞍形、锥形曲面，可参照已有工程或试验。当张拉膜“主要”形体与规范相似，如连续波浪形(脊谷形)、单坡、双坡、V形等，可参阅规范并适当调整。当形式与规范一致的刚性膜结构，如球面、柱面等，可按照规 范建议选择。

　　2) CFD技术。对大中型工程，无资料或规范可参考，可采用CFD技术。CFD指计算流体动力学，又称为数值风洞。虽然湍流理论、流固边界效应以及计算方法等尚在深人研究和完善，但国外CFD技术已成功用于航空、机械、船舶工业，对飞机(飞艇)、舰船等进行气动力优化设计，具有足够科学性与实用可靠性。国内在CFD理论研究，以及CFD与工程结合，并与模型风洞试验对比检验都做了不少工作。在应用CFD时，模拟因素要全面合理， 包括建筑尺寸、建筑环境、大气边界层效应，对数值模拟结果要仔细分析，找出规律性、应用代表性风压分布值。CFD技术计算风压分布系数，需要时间短，费用较低，适合于中型工程设计、大型工程初步设计。

　　3)模型风洞试验。对大型或特大型工程，一般无规范可参照，进行风洞试验可获得详 实的风压分布体形系数。模型风洞试验首先要求模型应具有足够大的比例，并严格按相似律制作，模拟建筑环境因素以及各种风工况。模型风洞试验无疑是确定风压分布系数最准确可行的方法，但试验周期长，费用昂贵，一般只适用于大型或重要工程。

　　对大型、特大型膜结构工程，即使有风洞试验，确定合理风荷载计算值也应综合分析结构、环境等因素，由专家组论证研究决定。