大跨空间结构风敏感度研究

风敏感性是结构抗风设计理论中一个具有普遍意义的基础性问题，但是目前人们对这一问题的认识还基本停留在感性层面上，如何对其进行定量刻画并指导结构抗风设计一直没有得到很好解决。本项目拟综合采用理论分析、风洞试验和CFD数值模拟等方法，对大跨空间结构的风敏感性问题进行系统研究，提出统一的风敏感性描述指标，揭示不同类型结构的风致振动机理，建立相应的大跨空间结构抗风设计体系。研究内容包括：1）通过深入探讨影响结构风致响应的三种关键效应，即尺度效应、频率效应和模态效应，提出结构风敏感度的概念及确定方法；2）研究风敏感度与结构抗风分析流程间的关系，构建基于风敏感度的结构抗风设计分级体系，给出针对不同等级结构的抗风分析策略；3）通过合理确定基向量和有效解决多等效目标问题，探讨以风敏感度表达的等效静风荷载工程确定方法，给出可供工程设计参考的实用计算图表。

本项目综合采用理论分析、风洞试验和CFD数值模拟等方法，对大跨空间结构的风敏感性问题进行了系统研究。主要完成了如下几方面的工作：.1、提出结构风敏感度的概念.从结构随机风振分析的基本理论出发，通过对脉动风荷载特性与结构动力特性的探讨，提出了影响结构风振响应的三种关键效应，即尺度效应、频率效应和模态效应，推导了表征这三种关键效应的无量纲系数；在此基础上，提出了结构风敏感度的概念，并推导了以系统应变能为响应指标、以尺度效应系数、频率效应系数和模态效应系数表示的结构风敏感度计算公式；通过对典型大跨空间结构的风敏感度分析，验证了相关理论的正确性。.2、构建基于风敏感度的结构抗风设计分级体系.通过对具有不同风敏感度结构的风振响应特征分析，探讨了风敏感度与结构抗风分析流程间的关系，提出将结构划分为不敏感、中等敏感和敏感三个等级的抗风设计分级思想；在此基础上，通过探讨结构最大风致位移与设计位移限值的关系以及共振响应分量与脉动风总响应的关系，给出了不同等级结构的风敏感度划分界限和相应的风振响应分析方法。.3、提出以风敏感度表达的结构等效静风荷载确定方法.在分析现有各种等效静风荷载确定方法的基础上，指出基向量是影响等效静风荷载精确性与简便性的重要因素，进而提出了以脉动风压均方根为基向量、以风敏感度为权函数并结合最小二乘思想的等效静风荷载确定方法。在此基础上，给出了典型大跨空间结构的抗风设计实用计算图表，为在相关规范中增加关于此类结构抗风设计方法提供了参考。