風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律課件

05一月2023大跨屋蓋風振及溫度作用研究成果介紹王勇奉

30十二月2022大跨屋蓋風振及溫度作用王勇奉

匯報的主要內(nèi)容

一、項目背景二、研究目標三、研究內(nèi)容四、研究成果

05一月2023匯報的主要內(nèi)容30十二月2022

項目背景研究目標

研究內(nèi)容研究成果

項目背景核電機組常規(guī)島廠房隨著容量的增加，汽機房的跨度也越來越大，屋蓋跨度也隨之增大，海陽一期工程中，屋蓋跨度達到42m?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，跨度大于36m要考慮風振效應(yīng)，而規(guī)范中給出的風振系數(shù)基本上只適用于高層建筑的順風向響應(yīng)。核島安全殼距汽機房較近，常規(guī)島廠房之間的距離也小于廠房長度的3.5倍，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，風荷載體型系數(shù)取值要考慮風力相互干擾的群體效應(yīng)?！痘鹆Πl(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》對于跨度大于36m的屋架要考慮溫度作用。項目背景核電機組常規(guī)島廠房隨著容量的增加，汽機房的跨度也越來越大，屋-4-大跨屋蓋研究現(xiàn)狀：風振研究、屋蓋溫度作用研究多集中于機場、體育館等結(jié)構(gòu)?；痣姀S汽機房跨度多小于36m，一般不需進行風振計算。國內(nèi)罕見核電廠常規(guī)島汽機房大跨屋蓋這類結(jié)構(gòu)關(guān)于風振、溫度作用等方面的文獻。有必要對此類大跨屋蓋結(jié)構(gòu)進行一系列的研究，以期獲得合理經(jīng)濟安全可靠的結(jié)構(gòu)型式，為后續(xù)核電廠房屋蓋設(shè)計提供借鑒和指導(dǎo)。項目背景-4-大跨屋蓋研究現(xiàn)狀：風振研究、屋蓋溫度作用研究多集中于機項目背景

研究目標

研究內(nèi)容研究成果

項目背景

通過風洞試驗獲取大跨度屋蓋表面風荷載體型系數(shù)，用于圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計通過風振響應(yīng)計算得到大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的風振系數(shù)。掌握大跨度屋蓋的各受力桿件的溫度作用分布規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。研究目標通過風洞試驗獲取大跨度屋蓋表面風荷載體型系數(shù)，用于圍護結(jié)項目背景研究目標

研究內(nèi)容研究成果

項目背景屋蓋表面風荷載研究風振響應(yīng)及靜力等效風荷載研究靜力等效風荷載的影響因素研究屋蓋各受力桿件溫度作用影響規(guī)律的研究屋蓋結(jié)構(gòu)選型研究內(nèi)容研究內(nèi)容項目背景研究目標

研究內(nèi)容

研究成果

項目背景風洞試驗工況獨立廠房（僅常規(guī)島廠房），考慮和規(guī)范相比較單個機組工況（核島+常規(guī)島主廠房），考慮核島對常規(guī)島主廠房影響二個機組工況（主測試機組外，周邊還有另一個機組），考慮多個建筑物的影響風向角每隔15度為一工況，每一輪試驗共有24個風向（即24個試驗工況）。研究成果1---屋蓋表面風荷載風洞試驗工況研究成果1---屋蓋表面風荷載研究成果1---屋蓋表面風荷載試驗?zāi)Ｐ停褐谱髁藥缀慰s尺比為1:150的全結(jié)構(gòu)剛體模型；采用電子壓力掃描閥同步測壓。在同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室的TJ-2邊界層風洞進行試驗，試驗段尺寸為3m寬、2.5m高、15m長。研究成果1---屋蓋表面風荷載試驗?zāi)Ｐ停邯毩S房兩個機組單個機組研究成果1----屋蓋表面風荷載獨立廠房兩個機組單個機組研究成果1----屋蓋表面風荷載研究成果1---屋蓋表面風荷載A類風場平均風速及湍流度剖面A類風場模擬脈動風速功率譜研究成果1---屋蓋表面風荷載A類風場平均風速及湍流度剖面A研究成果1----屋蓋表面風荷載試驗風速、采樣頻率和樣本長度風洞測壓試驗的參考點風速為13m/s（參考點高度：1.0m）。測壓信號采樣頻率為312.5Hz，每個測點采樣樣本總長度為9000個數(shù)據(jù)。根據(jù)相似比，對應(yīng)于實際采樣時間約為19分鐘。研究成果1----屋蓋表面風荷載試驗風速、采樣頻率和樣本長度研究成果1----屋蓋表面風荷載測點布置，汽機房屋面共160個測點。研究成果1----屋蓋表面風荷載測點布置，汽機房屋面共16005一月2023-16-間隔15度，共24個風向角主廠房項目方位及風向角定義研究成果1----屋蓋表面風荷載30十二月2022-16-間隔15度，共24個風向角主廠風洞試驗得到：1、風壓系數(shù)：獨立廠房、單個機組、兩個機組三種工況下的屋面各測點的不同風向角的平均風壓系數(shù)、脈動風壓系數(shù)2、點體型系數(shù)：根據(jù)平均風壓系數(shù)計算μsi=CPmeani(300/z)0.24

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的體型系數(shù)為整個測量面上的平均值3、分塊體型系數(shù)：4、圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計各測點的極值風壓：按規(guī)范方法和統(tǒng)計方法計算5、各分塊體型系數(shù)的最大值及最小值研究成果1----屋蓋表面風荷載風洞試驗得到：研究成果1----屋蓋表面風荷載6、按統(tǒng)計方法計算的各測點風壓均大于規(guī)范方法計算的風壓，其中，屋面邊緣各點差別不太大，其余處差別比較大。經(jīng)過計算分析，邊緣各點按統(tǒng)計方法計算的風壓是規(guī)范方法計算結(jié)果的1.1倍左右，其余處是1.3倍左右（規(guī)范中給出的陣風系數(shù)基于風速脈動（瞬時風速幅值和10分鐘平均風速的比值）的統(tǒng)計公式，而圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計風壓（瞬時風壓）通常由流動分離控制。）研究成果1----屋蓋表面風荷載6、按統(tǒng)計方法計算的各測點風壓均大于規(guī)范方法計算的風壓，其中分塊體型系數(shù)極值：圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)獨立廠房的分塊體型系數(shù)一研究成果1----屋蓋表面風荷載分塊體型系數(shù)極值：圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)獨立廠房的分塊體型系獨立廠房的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載獨立廠房的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1--05一月2023-21-單個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載30十二月2022-21-單個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)單個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載單個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1--二個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載二個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1--05一月2023-24-二個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載30十二月2022-24-二個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)（獨立廠房）主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)（獨立廠房（單個機組）結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（單個機組）結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系（兩個機組）主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（兩個機組）主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)（獨立廠房）結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)（獨立廠房）結(jié)構(gòu)整體設(shè)（單個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（單個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)（兩個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（兩個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)1、屋面各測點體型系數(shù)大部分都是負值風壓合力以向上的吸力為主，結(jié)構(gòu)主要受向上的風吸力，邊緣端部區(qū)域風吸力幅值最大各工況基本相似，以獨立廠房為例研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律1、屋面各測點體型系數(shù)大部分都是負值各工況基本相似，以獨立廠T.12軸側(cè)各點即1區(qū)邊緣節(jié)點在180度風向角即風垂直吹向屋架時體型系數(shù)基本相同，135度風向角和225度風向角時達到最小值（風壓吸力幅值最大）。0度風向角時風壓吸力幅值最小T.A軸側(cè)屋面邊緣各點在270度風向角時體型系數(shù)基本相同，在225度風向角及315度風向角時最?。L壓吸力幅值最大），邊緣端部各點變化比較激烈。T.1軸側(cè)屋面邊緣即4區(qū)邊緣各點在0度風向角時體型系數(shù)基本相同，在45度風向角及315度風向角時最小（風壓吸力幅值最大），邊緣端部各點變化比較激烈。180度時風壓吸力幅值最小。研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律T.12軸側(cè)各點即1區(qū)邊緣節(jié)點在180度風向角即風垂直吹向屋2、點體型系數(shù)隨風向角變化在0度、90度、180度、270度風向角時，與風向角垂直的各部位點體型系數(shù)基本相同，當風與屋架成45度夾角吹向屋面時，邊緣各點體型系數(shù)最?。L壓吸力幅值最大），邊緣端部變化比較激烈。研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律2、點體型系數(shù)隨風向角變化研究成果2----風荷載體型系數(shù)分0度、180度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖3、屋蓋迎風面前緣荷載最大，尾部荷載較小。0度及180度風向角時，由于氣流在前緣的漩渦脫落，因此迎風屋面前沿體型系數(shù)絕對值較大；又由于此風向角下屋面縱向距離較長，漩渦會在屋面后緣發(fā)生再附等現(xiàn)象，導(dǎo)致屋面后緣部位體型系數(shù)絕對值較小研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律0度、180度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖3、屋蓋迎90度270度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律90度270度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖研究成果24、風洞試驗結(jié)果表明荷載規(guī)范規(guī)定的風荷載體型系數(shù)偏小，與美國標準相近獨立廠房工況時，體型系數(shù)與規(guī)范中理想的體型情況還是有一定差別的。270度風向角（風由汽機房吹向除氧間）時，由于氣流在屋面檐口處漩渦脫落，迎風面的體型系數(shù)絕對值較大，平均值為-1.0左右，這與其屋面坡角僅為3度左右有關(guān)。荷載規(guī)范中給出的近似情形的屋面體型系數(shù)為-0.6，為屋面坡角小于等于15度的結(jié)果。90度風向角時，風從西方向吹向主廠房，由于主廠房迎風的西側(cè)位置有一個高度低一些的附屬廠房，使得氣流流過后有一定抬升，其在主廠房屋面檐口處漩渦脫落的強度降低，因此屋面風荷載體型系數(shù)與270度風向角時相比絕對值有一定程度降低研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律4、風洞試驗結(jié)果表明荷載規(guī)范規(guī)定的風荷載體型系數(shù)偏小，與美國0度風向角T.1軸側(cè)點體型系數(shù)180度風向角T.12軸側(cè)點體型系數(shù)90度風向角T.E軸側(cè)點體型系數(shù)270風向角T.A軸側(cè)點體型系數(shù)研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律0度風向角T.1軸側(cè)點體型系數(shù)180度風向角T.12軸側(cè)點體5、群體干擾效應(yīng)規(guī)律復(fù)雜0度風向角時，獨立廠房的風荷載體型系數(shù)最大，單個機組的風荷載體型系數(shù)最小，兩個機組的次之，核島對緊鄰的汽機房有遮蔽作用，對附近的汽機房有增大作用。180度方位角來風時，三種工況的風荷載體型系數(shù)比較接近。90度風向角時，三種工況的風荷載體型系數(shù)比較接近，270度風向角時，兩個機組工況的屋面邊緣節(jié)點風荷載體型系數(shù)最小，獨立廠房和單個機組的比較接近，說明臨近廠房對風荷載效應(yīng)有干擾作用。（單個機組和二個機組）干擾效應(yīng)的規(guī)律比較復(fù)雜，一般說施擾建筑在上游時整體是遮擋效應(yīng)（降低下游建筑的風荷載），但下游受擾建筑的局部風荷載可能增大；施擾建筑在下游時影響較小。圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時要注意不能取一種工況，要考慮包絡(luò)。研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律5、群體干擾效應(yīng)規(guī)律復(fù)雜研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布T．1軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．12軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．A軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．E軸側(cè)分塊體型系數(shù)6、從四個邊緣分塊體型系數(shù)分布圖來看，邊緣端部風荷載體型系數(shù)最?。ǚ底畲螅纫訟-1附近區(qū)域最甚，這也與此處周邊附屬建筑物多有關(guān)研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律T．1軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．12軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．A軸側(cè)分塊風振響應(yīng)分析方法在風洞試驗已準確獲得主廠房表面風壓及風壓相關(guān)性能的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)進行風致抖振的非定常頻域計算分析，采用平穩(wěn)激勵下隨機振動的模態(tài)疊加法--CQC方法。研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)風振響應(yīng)分析方法研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)結(jié)構(gòu)在抖振荷載作用下的運動方程為響應(yīng)在頻域中的功率譜密度矩陣為響應(yīng)均方根由功率譜密度積分而得研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)結(jié)構(gòu)在抖振荷載作用下的運動方程為響應(yīng)在頻域中的功率譜密度矩陣靜力等效風荷載計算方法采用陣風響應(yīng)因子法，以位移響應(yīng)作為控制目標定義峰值響應(yīng)與平均響應(yīng)之比為“陣風響應(yīng)因子”G（風振系數(shù)），以此來表征結(jié)構(gòu)對脈動風荷載的放大作用，即05一月2023-42-其中，式中，表示平均響應(yīng)；定義峰值響應(yīng)為為峰值因子;為計算得到的響應(yīng)均方根；式中的是為了使取得最大值。研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)靜力等效風荷載計算方法30十二月2022-42-其中，式計算工況的選取對于100年重現(xiàn)期風速作用的情況，對0、15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180、195、210、225、240、255、270、285、300、315、330、345度共24個風向角工況進行了結(jié)構(gòu)動力計算。計算參數(shù)參數(shù)名稱

參數(shù)取值

地貌類型A類基本風壓（100年重現(xiàn)期）0.60kPa阻尼比0.01，0.025，0.05峰值因子2.5參振模態(tài)數(shù)目50階研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)計算工況的選取計算參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)取值地貌類型A類基參振模態(tài)截止到50階即可保證計算精度。關(guān)鍵節(jié)點的位移根方差響應(yīng)在參振模態(tài)數(shù)目達一定數(shù)目后，增加參振模態(tài)對位移根方差響應(yīng)幾乎無影響2480節(jié)點豎向位移根方差隨參振模態(tài)數(shù)目變化曲線（獨立廠房，270度風向角，阻尼比2.5%）

研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)參振模態(tài)截止到50階即可保證計算精度。2480節(jié)點豎向位移根典型屋蓋方案重型屋蓋：鋼屋架上鋪壓型鋼板為底模的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板輕型屋蓋：鋼屋架上鋪復(fù)合保溫壓型鋼板重型屋蓋A（不考慮屋面板剛度）重型屋蓋B（考慮屋面板剛度）輕型屋蓋A（無端屋架）輕型屋蓋B（有端屋架）

研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)典型屋蓋方案研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)（獨立廠房）（單個機組）（二個機組）位移響應(yīng)向上向下向上向下向上向下重型屋蓋A（阻尼比0.05）風振系數(shù)1.45-0.591.42-0.541.35-0.53重型屋蓋A（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.47-0.671.43-0.601.36-0.58重型屋蓋B（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.45-0.491.40-0.411.39-0.41輕型屋蓋A（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.46-0.771.42-0.411.35-0.43輕型屋蓋B（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.47-0.451.41-0.341.35-0.41輕型屋蓋B（阻尼比0.01）風振系數(shù)1.48-0.631.42-0.391.37-0.48風振系數(shù)研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)（獨立廠房）（單個機組）（二個機組）位移響應(yīng)向上向下向上向下阻尼比影響規(guī)律2480節(jié)點豎向位移響應(yīng)功率譜（獨立廠房，270度風向角工況），阻尼比分別為2.5%、1.0%3414節(jié)點豎向位移響應(yīng)功率譜（獨立廠房，165度風向角工況），阻尼比分別為2.5%、1.0%研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)阻尼比影響規(guī)律3414節(jié)點豎向位移響應(yīng)功率譜（獨立廠房，16風振系數(shù)包含了結(jié)構(gòu)風致響應(yīng)中的背景和共振部分，并考慮了振型之間的交叉項對響應(yīng)的影響風振系數(shù)相應(yīng)于屋蓋的結(jié)構(gòu)型式差別不大（差值在0.03）周邊建筑物對風振響應(yīng)有影響，獨立廠房時，風振響應(yīng)最大。邊榀屋架存在局部振動，平均位移與極值位移符號相反，因此得到的風振系數(shù)為負值。大部分節(jié)點響應(yīng)以背景響應(yīng)為主，阻尼比的變化基本沒什么影響。對個別平均響應(yīng)很小，而且處于屋面邊緣的節(jié)點，局部振型影響較大，其動力響應(yīng)中共振響應(yīng)占較大比例，因此阻尼比的變化有一定的影響（差值在0.28）研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)風振系數(shù)包含了結(jié)構(gòu)風致響應(yīng)中的背景和共振部分，并考慮了振型之一、屋架溫度場取值：重型屋蓋溫度場取值混凝土屋面板最大溫升工況（考慮太陽輻射）：58.5℃混凝土屋面板最大溫降工況（不考慮太陽輻射）：-58.68℃屋架最大溫升工況（考慮太陽輻射）：58.5℃屋架最大溫降工況（不考慮太陽輻射）：-36℃輕型屋蓋溫度場取值最大溫升工況（考慮太陽輻射）：59℃最大溫降工況（不考慮太陽輻射）：-36℃研究成果4---溫度作用影響規(guī)律一、屋架溫度場取值：研究成果4---溫度作用影響規(guī)律二、下部混凝土結(jié)構(gòu)溫度場取值：最大溫升工況：48℃最大溫降工況（考慮收縮當量）：-58.68℃三、溫度作用折減（混凝土非完全彈性）：通過彈性計算結(jié)果乘以折減系數(shù)材料塑性影響：0.85；裂縫影響：0.5；徐變對應(yīng)力松弛的影響：0.5研究成果4---溫度作用影響規(guī)律二、下部混凝土結(jié)構(gòu)溫度場取值：三、溫度作用折減（混凝土非完全1、溫度變化對屋架結(jié)構(gòu)的變形起顯著作用，溫度效應(yīng)的作用不可忽視，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)在正常使用情況下的可靠性要求。2、靠近山墻的屋面板變形幅值最大，相應(yīng)的屋架變形也最大。由于E軸下有除氧間的約束作用，使得靠近E軸的屋面板變形較A軸的小。3、各構(gòu)件在溫度作用下的最大內(nèi)力均發(fā)生在端部的四榀屋架上，因此在設(shè)計中應(yīng)保證構(gòu)件截面具有足夠的安全儲備；而對于其余榀屋架構(gòu)件，考慮到其內(nèi)力在溫度工況下較小，在截面設(shè)計中可進行優(yōu)化設(shè)計。研究成果4---溫度作用影響規(guī)律1、溫度變化對屋架結(jié)構(gòu)的變形起顯著作用，溫度效應(yīng)的作用不可忽4.與柔性水平支撐相比，剛性水平支撐能使屋架整體的抗震性能顯著改善，且使屋架下弦桿件壓力減小。溫升工況下2軸上、下弦桿軸力研究成果4---溫度作用影響規(guī)律4.與柔性水平支撐相比，剛性水平支撐能使屋架整體的抗震性能顯5.山墻端部設(shè)置屋架可以有效的減小屋架水平撐受到的壓力，可用于方案優(yōu)化。水平撐位置工況內(nèi)力分類內(nèi)力值（kN）比值山墻端部未設(shè)置屋架（方案一）山墻端部設(shè)置屋架（方案二）上弦溫升工況最大壓力706.3378.31.9溫升工況最大拉力108.935.33.1溫降工況最大壓力109.697.61.1溫降工況最大拉力401.1200.82.0下弦溫升工況最大壓力1563.4

溫升工況最大拉力140.4825.80.2溫降工況最大壓力217.9500.70.4溫降工況最大拉力940.6

研究成果4---溫度作用影響規(guī)律5.山墻端部設(shè)置屋架可以有效的減小屋架水平撐受到的壓力，可用6.與重型屋蓋相比，輕型屋蓋在溫度作用作用下的受力小很多。重型屋蓋最不利溫度工況為溫降工況，輕型屋蓋的的最不利溫度工況為溫升工況。海陽一期--重型屋架；海陽二期--輕型屋架2軸屋架上弦桿件內(nèi)力圖2軸屋架下弦桿件內(nèi)力圖研究成果4---溫度作用影響規(guī)律6.與重型屋蓋相比，輕型屋蓋在溫度作用作用下的受力小很多。重研究成果5---屋蓋選型重型屋蓋（鋼梁上現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面板）輕型屋蓋（復(fù)合保溫壓型鋼板屋面）溫度應(yīng)力大小自重大，地震作用大小，地震作用小抗龍卷風靠增加板厚增加自重抗龍卷風屋面與檁條連接可破壞被吹走，檁條與屋架的連接、屋架與主廠房的連接必須完好用鋼量高低維護壓型鋼板底模壁厚較薄易于腐蝕，腐蝕情況嚴重時亦無法更換維修；現(xiàn)澆屋面板僅通過栓釘與屋架上弦桿連接，栓釘與弦桿連接處是腐蝕的集中點，長期處于腐蝕環(huán)境中，使栓釘承載力降低極易破壞，使構(gòu)件受力狀態(tài)與分析模型不符，且無法維護使用時存在安全風險防腐蝕易于維護，更新方便全壽期造價1280萬元948萬元大跨度屋蓋推薦采用輕型屋蓋研究成果5---屋蓋選型重型屋蓋（鋼梁上現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面板謝謝05一月2023謝謝30十二月202205一月2023大跨屋蓋風振及溫度作用研究成果介紹王勇奉

30十二月2022大跨屋蓋風振及溫度作用王勇奉

匯報的主要內(nèi)容

一、項目背景二、研究目標三、研究內(nèi)容四、研究成果

05一月2023匯報的主要內(nèi)容30十二月2022

項目背景研究目標

研究內(nèi)容研究成果

項目背景核電機組常規(guī)島廠房隨著容量的增加，汽機房的跨度也越來越大，屋蓋跨度也隨之增大，海陽一期工程中，屋蓋跨度達到42m?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，跨度大于36m要考慮風振效應(yīng)，而規(guī)范中給出的風振系數(shù)基本上只適用于高層建筑的順風向響應(yīng)。核島安全殼距汽機房較近，常規(guī)島廠房之間的距離也小于廠房長度的3.5倍，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，風荷載體型系數(shù)取值要考慮風力相互干擾的群體效應(yīng)?！痘鹆Πl(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》對于跨度大于36m的屋架要考慮溫度作用。項目背景核電機組常規(guī)島廠房隨著容量的增加，汽機房的跨度也越來越大，屋-61-大跨屋蓋研究現(xiàn)狀：風振研究、屋蓋溫度作用研究多集中于機場、體育館等結(jié)構(gòu)。火電廠汽機房跨度多小于36m，一般不需進行風振計算。國內(nèi)罕見核電廠常規(guī)島汽機房大跨屋蓋這類結(jié)構(gòu)關(guān)于風振、溫度作用等方面的文獻。有必要對此類大跨屋蓋結(jié)構(gòu)進行一系列的研究，以期獲得合理經(jīng)濟安全可靠的結(jié)構(gòu)型式，為后續(xù)核電廠房屋蓋設(shè)計提供借鑒和指導(dǎo)。項目背景-4-大跨屋蓋研究現(xiàn)狀：風振研究、屋蓋溫度作用研究多集中于機項目背景

研究目標

研究內(nèi)容研究成果

項目背景

通過風洞試驗獲取大跨度屋蓋表面風荷載體型系數(shù)，用于圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計通過風振響應(yīng)計算得到大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的風振系數(shù)。掌握大跨度屋蓋的各受力桿件的溫度作用分布規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。研究目標通過風洞試驗獲取大跨度屋蓋表面風荷載體型系數(shù)，用于圍護結(jié)項目背景研究目標

研究內(nèi)容研究成果

項目背景屋蓋表面風荷載研究風振響應(yīng)及靜力等效風荷載研究靜力等效風荷載的影響因素研究屋蓋各受力桿件溫度作用影響規(guī)律的研究屋蓋結(jié)構(gòu)選型研究內(nèi)容研究內(nèi)容項目背景研究目標

研究內(nèi)容

研究成果

項目背景風洞試驗工況獨立廠房（僅常規(guī)島廠房），考慮和規(guī)范相比較單個機組工況（核島+常規(guī)島主廠房），考慮核島對常規(guī)島主廠房影響二個機組工況（主測試機組外，周邊還有另一個機組），考慮多個建筑物的影響風向角每隔15度為一工況，每一輪試驗共有24個風向（即24個試驗工況）。研究成果1---屋蓋表面風荷載風洞試驗工況研究成果1---屋蓋表面風荷載研究成果1---屋蓋表面風荷載試驗?zāi)Ｐ停褐谱髁藥缀慰s尺比為1:150的全結(jié)構(gòu)剛體模型；采用電子壓力掃描閥同步測壓。在同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室的TJ-2邊界層風洞進行試驗，試驗段尺寸為3m寬、2.5m高、15m長。研究成果1---屋蓋表面風荷載試驗?zāi)Ｐ停邯毩S房兩個機組單個機組研究成果1----屋蓋表面風荷載獨立廠房兩個機組單個機組研究成果1----屋蓋表面風荷載研究成果1---屋蓋表面風荷載A類風場平均風速及湍流度剖面A類風場模擬脈動風速功率譜研究成果1---屋蓋表面風荷載A類風場平均風速及湍流度剖面A研究成果1----屋蓋表面風荷載試驗風速、采樣頻率和樣本長度風洞測壓試驗的參考點風速為13m/s（參考點高度：1.0m）。測壓信號采樣頻率為312.5Hz，每個測點采樣樣本總長度為9000個數(shù)據(jù)。根據(jù)相似比，對應(yīng)于實際采樣時間約為19分鐘。研究成果1----屋蓋表面風荷載試驗風速、采樣頻率和樣本長度研究成果1----屋蓋表面風荷載測點布置，汽機房屋面共160個測點。研究成果1----屋蓋表面風荷載測點布置，汽機房屋面共16005一月2023-73-間隔15度，共24個風向角主廠房項目方位及風向角定義研究成果1----屋蓋表面風荷載30十二月2022-16-間隔15度，共24個風向角主廠風洞試驗得到：1、風壓系數(shù)：獨立廠房、單個機組、兩個機組三種工況下的屋面各測點的不同風向角的平均風壓系數(shù)、脈動風壓系數(shù)2、點體型系數(shù)：根據(jù)平均風壓系數(shù)計算μsi=CPmeani(300/z)0.24

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的體型系數(shù)為整個測量面上的平均值3、分塊體型系數(shù)：4、圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計各測點的極值風壓：按規(guī)范方法和統(tǒng)計方法計算5、各分塊體型系數(shù)的最大值及最小值研究成果1----屋蓋表面風荷載風洞試驗得到：研究成果1----屋蓋表面風荷載6、按統(tǒng)計方法計算的各測點風壓均大于規(guī)范方法計算的風壓，其中，屋面邊緣各點差別不太大，其余處差別比較大。經(jīng)過計算分析，邊緣各點按統(tǒng)計方法計算的風壓是規(guī)范方法計算結(jié)果的1.1倍左右，其余處是1.3倍左右（規(guī)范中給出的陣風系數(shù)基于風速脈動（瞬時風速幅值和10分鐘平均風速的比值）的統(tǒng)計公式，而圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計風壓（瞬時風壓）通常由流動分離控制。）研究成果1----屋蓋表面風荷載6、按統(tǒng)計方法計算的各測點風壓均大于規(guī)范方法計算的風壓，其中分塊體型系數(shù)極值：圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)獨立廠房的分塊體型系數(shù)一研究成果1----屋蓋表面風荷載分塊體型系數(shù)極值：圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)獨立廠房的分塊體型系獨立廠房的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載獨立廠房的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1--05一月2023-78-單個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載30十二月2022-21-單個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)單個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載單個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1--二個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載二個機組的分塊體型系數(shù)一圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1--05一月2023-81-二個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載30十二月2022-24-二個機組的分塊體型系數(shù)二圍護結(jié)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)（獨立廠房）主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)（獨立廠房（單個機組）結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（單個機組）結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系（兩個機組）主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（兩個機組）主廠房90度風向角(↓)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)（獨立廠房）結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)（獨立廠房）結(jié)構(gòu)整體設(shè)（單個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（單個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)（兩個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計取90度、270度風向角的分塊體型系數(shù)研究成果1----屋蓋表面風荷載（兩個機組）主廠房270度風向角(↑)分塊體型系數(shù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)1、屋面各測點體型系數(shù)大部分都是負值風壓合力以向上的吸力為主，結(jié)構(gòu)主要受向上的風吸力，邊緣端部區(qū)域風吸力幅值最大各工況基本相似，以獨立廠房為例研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律1、屋面各測點體型系數(shù)大部分都是負值各工況基本相似，以獨立廠T.12軸側(cè)各點即1區(qū)邊緣節(jié)點在180度風向角即風垂直吹向屋架時體型系數(shù)基本相同，135度風向角和225度風向角時達到最小值（風壓吸力幅值最大）。0度風向角時風壓吸力幅值最小T.A軸側(cè)屋面邊緣各點在270度風向角時體型系數(shù)基本相同，在225度風向角及315度風向角時最?。L壓吸力幅值最大），邊緣端部各點變化比較激烈。T.1軸側(cè)屋面邊緣即4區(qū)邊緣各點在0度風向角時體型系數(shù)基本相同，在45度風向角及315度風向角時最小（風壓吸力幅值最大），邊緣端部各點變化比較激烈。180度時風壓吸力幅值最小。研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律T.12軸側(cè)各點即1區(qū)邊緣節(jié)點在180度風向角即風垂直吹向屋2、點體型系數(shù)隨風向角變化在0度、90度、180度、270度風向角時，與風向角垂直的各部位點體型系數(shù)基本相同，當風與屋架成45度夾角吹向屋面時，邊緣各點體型系數(shù)最?。L壓吸力幅值最大），邊緣端部變化比較激烈。研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律2、點體型系數(shù)隨風向角變化研究成果2----風荷載體型系數(shù)分0度、180度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖3、屋蓋迎風面前緣荷載最大，尾部荷載較小。0度及180度風向角時，由于氣流在前緣的漩渦脫落，因此迎風屋面前沿體型系數(shù)絕對值較大；又由于此風向角下屋面縱向距離較長，漩渦會在屋面后緣發(fā)生再附等現(xiàn)象，導(dǎo)致屋面后緣部位體型系數(shù)絕對值較小研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律0度、180度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖3、屋蓋迎90度270度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律90度270度風向角屋面各測點點體型系數(shù)分布曲線圖研究成果24、風洞試驗結(jié)果表明荷載規(guī)范規(guī)定的風荷載體型系數(shù)偏小，與美國標準相近獨立廠房工況時，體型系數(shù)與規(guī)范中理想的體型情況還是有一定差別的。270度風向角（風由汽機房吹向除氧間）時，由于氣流在屋面檐口處漩渦脫落，迎風面的體型系數(shù)絕對值較大，平均值為-1.0左右，這與其屋面坡角僅為3度左右有關(guān)。荷載規(guī)范中給出的近似情形的屋面體型系數(shù)為-0.6，為屋面坡角小于等于15度的結(jié)果。90度風向角時，風從西方向吹向主廠房，由于主廠房迎風的西側(cè)位置有一個高度低一些的附屬廠房，使得氣流流過后有一定抬升，其在主廠房屋面檐口處漩渦脫落的強度降低，因此屋面風荷載體型系數(shù)與270度風向角時相比絕對值有一定程度降低研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律4、風洞試驗結(jié)果表明荷載規(guī)范規(guī)定的風荷載體型系數(shù)偏小，與美國0度風向角T.1軸側(cè)點體型系數(shù)180度風向角T.12軸側(cè)點體型系數(shù)90度風向角T.E軸側(cè)點體型系數(shù)270風向角T.A軸側(cè)點體型系數(shù)研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律0度風向角T.1軸側(cè)點體型系數(shù)180度風向角T.12軸側(cè)點體5、群體干擾效應(yīng)規(guī)律復(fù)雜0度風向角時，獨立廠房的風荷載體型系數(shù)最大，單個機組的風荷載體型系數(shù)最小，兩個機組的次之，核島對緊鄰的汽機房有遮蔽作用，對附近的汽機房有增大作用。180度方位角來風時，三種工況的風荷載體型系數(shù)比較接近。90度風向角時，三種工況的風荷載體型系數(shù)比較接近，270度風向角時，兩個機組工況的屋面邊緣節(jié)點風荷載體型系數(shù)最小，獨立廠房和單個機組的比較接近，說明臨近廠房對風荷載效應(yīng)有干擾作用。（單個機組和二個機組）干擾效應(yīng)的規(guī)律比較復(fù)雜，一般說施擾建筑在上游時整體是遮擋效應(yīng)（降低下游建筑的風荷載），但下游受擾建筑的局部風荷載可能增大；施擾建筑在下游時影響較小。圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時要注意不能取一種工況，要考慮包絡(luò)。研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律5、群體干擾效應(yīng)規(guī)律復(fù)雜研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布T．1軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．12軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．A軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．E軸側(cè)分塊體型系數(shù)6、從四個邊緣分塊體型系數(shù)分布圖來看，邊緣端部風荷載體型系數(shù)最?。ǚ底畲螅纫訟-1附近區(qū)域最甚，這也與此處周邊附屬建筑物多有關(guān)研究成果2----風荷載體型系數(shù)分布規(guī)律T．1軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．12軸側(cè)分塊體型系數(shù)T．A軸側(cè)分塊風振響應(yīng)分析方法在風洞試驗已準確獲得主廠房表面風壓及風壓相關(guān)性能的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)進行風致抖振的非定常頻域計算分析，采用平穩(wěn)激勵下隨機振動的模態(tài)疊加法--CQC方法。研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)風振響應(yīng)分析方法研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)結(jié)構(gòu)在抖振荷載作用下的運動方程為響應(yīng)在頻域中的功率譜密度矩陣為響應(yīng)均方根由功率譜密度積分而得研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)結(jié)構(gòu)在抖振荷載作用下的運動方程為響應(yīng)在頻域中的功率譜密度矩陣靜力等效風荷載計算方法采用陣風響應(yīng)因子法，以位移響應(yīng)作為控制目標定義峰值響應(yīng)與平均響應(yīng)之比為“陣風響應(yīng)因子”G（風振系數(shù)），以此來表征結(jié)構(gòu)對脈動風荷載的放大作用，即05一月2023-99-其中，式中，表示平均響應(yīng)；定義峰值響應(yīng)為為峰值因子;為計算得到的響應(yīng)均方根；式中的是為了使取得最大值。研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)靜力等效風荷載計算方法30十二月2022-42-其中，式計算工況的選取對于100年重現(xiàn)期風速作用的情況，對0、15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180、195、210、225、240、255、270、285、300、315、330、345度共24個風向角工況進行了結(jié)構(gòu)動力計算。計算參數(shù)參數(shù)名稱

參數(shù)取值

地貌類型A類基本風壓（100年重現(xiàn)期）0.60kPa阻尼比0.01，0.025，0.05峰值因子2.5參振模態(tài)數(shù)目50階研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)計算工況的選取計算參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)取值地貌類型A類基參振模態(tài)截止到50階即可保證計算精度。關(guān)鍵節(jié)點的位移根方差響應(yīng)在參振模態(tài)數(shù)目達一定數(shù)目后，增加參振模態(tài)對位移根方差響應(yīng)幾乎無影響2480節(jié)點豎向位移根方差隨參振模態(tài)數(shù)目變化曲線（獨立廠房，270度風向角，阻尼比2.5%）

研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)參振模態(tài)截止到50階即可保證計算精度。2480節(jié)點豎向位移根典型屋蓋方案重型屋蓋：鋼屋架上鋪壓型鋼板為底模的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板輕型屋蓋：鋼屋架上鋪復(fù)合保溫壓型鋼板重型屋蓋A（不考慮屋面板剛度）重型屋蓋B（考慮屋面板剛度）輕型屋蓋A（無端屋架）輕型屋蓋B（有端屋架）

研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)典型屋蓋方案研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)（獨立廠房）（單個機組）（二個機組）位移響應(yīng)向上向下向上向下向上向下重型屋蓋A（阻尼比0.05）風振系數(shù)1.45-0.591.42-0.541.35-0.53重型屋蓋A（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.47-0.671.43-0.601.36-0.58重型屋蓋B（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.45-0.491.40-0.411.39-0.41輕型屋蓋A（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.46-0.771.42-0.411.35-0.43輕型屋蓋B（阻尼比0.025）風振系數(shù)1.47-0.451.41-0.341.35-0.41輕型屋蓋B（阻尼比0.01）風振系數(shù)1.48-0.631.42-0.391.37-0.48風振系數(shù)研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)（獨立廠房）（單個機組）（二個機組）位移響應(yīng)向上向下向上向下阻尼比影響規(guī)律2480節(jié)點豎向位移響應(yīng)功率譜（獨立廠房，270度風向角工況），阻尼比分別為2.5%、1.0%3414節(jié)點豎向位移響應(yīng)功率譜（獨立廠房，165度風向角工況），阻尼比分別為2.5%、1.0%研究成果3---風振響應(yīng)及風振系數(shù)阻尼比影響規(guī)律3414節(jié)點豎向位移響應(yīng)功率譜（獨立廠房，16風振系數(shù)包含了結(jié)構(gòu)風致響應(yīng)中的背景和共振部分，并考慮了振型之間的交叉項對響應(yīng)的影響風振系數(shù)相應(yīng)于屋蓋的結(jié)構(gòu)型式差別不大（差值在0.03）周邊建筑物對風振響應(yīng)有影響，獨立廠房時，風振響應(yīng)最大。邊榀屋架存在局部振動，平均位移與極值位移符號相反