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连栋温室结构抗风可靠度设计理论研究

梁宗敏  
【摘要】: 抗风设计是连栋温室结构设计理论的关键,国内外学者对连栋温室结构风荷载做了大量的研究,但针对风荷载的结构设计理论研究较少。本文根据连栋温室结构的特点,对连栋温室结构抗风设计理论中的关键问题进行了研究。 针对温室结构自重小,风、雪荷载大的特点,首次对多系数表达式设计理论在连栋温室结构设计应用中的荷载分项系数进行研究。引入了基于目标可靠指标的结构设计理论,研究连栋温室结构杆件的失效模式和极限状态函数,各种荷载不同时段的概率模型和统计参数,以及在给定目标可靠指标时的温室结构设计方法。研究结果表明:温室结构的总荷载中风、雪荷载效应所占比例较大,多系数表达式设计时,取民用建筑结构的荷载分项系数使结构的实际可靠指标低于预期的可靠度水平,且随风、雪荷载效应的增加更加明显。文中用图表形式,给出了不同荷载效应比值情况下的荷载分项系数调整建议,对制订温室结构设计标准或规范提供了理论依据。 把结构体系可靠性理论应用于连栋温室结构,以NJ-6型连栋温室结构为例,对该温室结构体系进行合理的简化,首次建立了连栋温室结构体系可靠度计算的模型,进行了连栋温室结构体系可靠度研究。结果表明:结构体系的失效概率为5.1×10~(-3),而多数杆件和节点的失效概率远小于此值,提高少数失效概率大的杆件的可靠度可以有效地提高结构体系的可靠度。 首次对NJ-6型连栋温室进行了风压分布的数值模拟。利用商用软件CFX对NJ—6型(锯齿型)屋顶温室的表面风压分布进行了模拟分析,掌握温室表面风压分布规律。引入无量纲的风压系数对模拟结果数据进行后处理,并针对风压分布特点,把温室表面分段,通过风压系数对连栋温室表面的加权积分,得到温室风荷载体型系数,经过与我国现行建筑结构荷载规范比较,本文结果更真实的反应了NJ-6型连栋温室所受风荷载分布特性。针对NJ-6型连栋温室屋顶风压分布复杂,研究了改进措施,结果表明温室北侧设置工作间,使北端第一跨屋顶风吸力和风压力都减小约40%,有效地减小了该处的风荷载。 首次从理论的角度对连栋温室结构空间工作性能进行研究,提出并研究了连栋温室结构抗风设计中考虑空间工作性能的方法。对连栋温室结构进行合理的简化,引入弹性地基梁的模型,建立连栋温室结构风荷载作用下考虑空间工作性能的计算模型,推导出中间排架、山墙、屋盖刚度的理论公式,并引入空间性能影响系数来定量分析空间工作性能,推导出空间性能影响系数的理论公式。基于空间工作性能的分析,研究了屋盖支撑(交叉拉杆)的受力情况,提出了支撑优化布置和支撑强度验算方法。经过研究,提出了加强连栋温室空间工作性能的措施。


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