考慮風(fēng)荷載作用的大跨度體育館結(jié)構(gòu)

【摘要】風(fēng)，是一種由于空氣與地面的相對運(yùn)動(dòng)而形成的自然現(xiàn)象。風(fēng)荷載是指建筑物對風(fēng)的阻礙作用而是風(fēng)作用在建筑物上的一種力的表現(xiàn)，建筑物對風(fēng)的阻礙能力越強(qiáng)，風(fēng)作用在建筑物上的荷載也就越強(qiáng)。近年來，隨著科技的發(fā)展，具有高強(qiáng)度的輕型材料被廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)，建筑行業(yè)也不例外。這種輕型材料被頻繁的應(yīng)用在建筑物的建設(shè)當(dāng)中，主要作用表現(xiàn)在，建筑物可以建設(shè)成為一種寬大的無內(nèi)柱的空間，極大的提高了建筑物的美觀和使用價(jià)值，也降低了建設(shè)成本。這樣的建筑物包括了大跨度的體育館。本文主要對大跨度體育館結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的影響進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】大跨度體育館；風(fēng)荷載

前言

隨著科技的發(fā)展，高強(qiáng)度的輕型材料的應(yīng)用，以及建筑學(xué)方面對高強(qiáng)度輕型材料的使用施工技術(shù)的發(fā)展，像大跨度體育常這樣的大跨度空間的結(jié)構(gòu)發(fā)展也變得越來越多樣化。大跨度的建筑物本身所具有的重量輕、阻尼小等優(yōu)勢特點(diǎn)都決定了體育館的建設(shè)將會(huì)朝著大跨度的方向發(fā)展。說到大跨度的體育館建設(shè)，就必須要考慮對大跨度建筑物影響最大的風(fēng)荷載問題了，尤其是在設(shè)計(jì)大跨度的體育館這種類型的復(fù)雜弱剛性結(jié)構(gòu)時(shí)，必須將風(fēng)荷載對體育館的影響考慮進(jìn)去，否則由于風(fēng)荷載的作用可能引發(fā)嚴(yán)重的事故。本文主要對大跨度體育館結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的影響做出研究。

1、大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

人類對于空間的追求從古至今就是存在的，隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，力學(xué)在建筑學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用隨處可見，也隨著建筑材料出現(xiàn)了鋼筋何水泥等多種材料，使得現(xiàn)代的建筑空間跨度得到了巨大的擴(kuò)展?，F(xiàn)在，由于高強(qiáng)度的輕型材料在建筑方面的應(yīng)用，使建筑物的空間跨度得到了前所未有的突破。大跨度空間結(jié)構(gòu)技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家總體的建筑水平的標(biāo)尺，而通過這種大跨度空間技術(shù)建造的建筑物也成為了建筑所在城市的地標(biāo)性建筑物，為城市添加了一道亮麗的風(fēng)景線。

2、大跨度空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

目前所能夠建造的大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑，通常都是以弧形的頂部和空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為主體的建筑形式，大跨度建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展速度最快的一種建筑物表現(xiàn)形式之一。大跨度的空間結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)包括：通過應(yīng)用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而建造的大跨度空間結(jié)構(gòu)具有優(yōu)美的建筑外形，能夠給建筑物所在城市添加一道亮麗的風(fēng)景線，也可以通過建筑物本身向世人展示先進(jìn)的建筑技術(shù)和藝術(shù)韻味。

3、風(fēng)荷載對大跨度體育館的設(shè)計(jì)影響

風(fēng)在流經(jīng)大跨度的建筑物結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)由于建筑物對風(fēng)的阻擋，產(chǎn)生氣流在建筑物迎風(fēng)面的氣流分離現(xiàn)象，并在建筑物結(jié)構(gòu)上形成一定的氣流漩渦，這些由于建筑物阻隔而形成的氣流漩渦和氣流分離再加上氣流中本身存在的三維流效應(yīng)等因素，最終導(dǎo)致整個(gè)大跨度建筑物所處的風(fēng)場環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，對這種大跨度的建筑物的研究也變得相當(dāng)復(fù)雜，而現(xiàn)代的很多大跨度體育館的建設(shè)都比較追求外表的美觀，同時(shí)還要達(dá)到一定的風(fēng)荷載能力，所以，對于現(xiàn)代建筑中的大跨度體育館的研究就不能僅僅從簡單體型中得到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析了，對現(xiàn)代的大跨度體育館的研究需要用到比較先進(jìn)的風(fēng)洞測試方法來對建筑物的風(fēng)荷載進(jìn)行確定和分析?，F(xiàn)代的具有代表性的大跨度體育館主要有兩種建筑形式：封閉型和敞開型。對于封閉型的大跨度體育館風(fēng)荷載的研究只需要對建筑物表面受到的里進(jìn)行研究分析即可，而對于敞開行的大跨度體育館的研究，就需要從里外、上下共同受到風(fēng)作用以后的風(fēng)荷載進(jìn)行研究，因此對于敞開型的大跨度體育館的研究是比較復(fù)雜的。風(fēng)荷載作為建筑物最主要承受荷載之一，對于大跨度的體育館存在著很大的影響，在對大跨度的體育館進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，必須考慮風(fēng)荷載對建筑物的影響。在設(shè)計(jì)的同時(shí)，可以通過對大跨度體育館受到的風(fēng)荷載進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過計(jì)算得出風(fēng)荷載對于大跨度體育館的影響。

3.1封閉型的大跨度體育館的風(fēng)荷載影響

由于人們對建筑物外觀的追求，封閉式大跨度的體育館有很多種形式，主要的特點(diǎn)是建筑物本身連綿起伏，變化各異。所以對封閉式大跨度的體育館的風(fēng)荷載研究需要從平屋面的風(fēng)荷載和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載兩方面進(jìn)行研究。

3.1.1平屋面的風(fēng)荷載

平屋面是大跨度體育館的基本形式，在遇到風(fēng)作用時(shí)，是主要的風(fēng)荷載承受部分。分遇到結(jié)構(gòu)特異的大跨度體育館的平屋面時(shí)，風(fēng)會(huì)由于體育館平屋面的突出或者棱角而發(fā)生分流現(xiàn)象，使氣流沿著突出物或者棱角的面流動(dòng)，在平屋面形成一定大小的氣流漩渦，這種氣流漩渦不會(huì)隨著氣流的繼續(xù)流動(dòng)而轉(zhuǎn)移，只會(huì)停留于平屋面對平屋面施加一定的風(fēng)荷載力，這種荷載力的施加形式也是根據(jù)氣流接觸突出物時(shí)的位置特征，當(dāng)氣流被突出物垂直分離時(shí)，氣流會(huì)在平屋面上形成一致的氣流漩渦，這樣的氣流漩渦連接在一起就會(huì)形成比較大的一種柱狀漩渦，而當(dāng)氣流被突出物以一定的角度分離時(shí)，氣流會(huì)在突出物的周圍形成幾個(gè)錐形的氣流漩渦。這些氣流漩渦的不斷積累可以給平屋面產(chǎn)生極大的負(fù)風(fēng)壓，從而對大跨度的體育館產(chǎn)生較大的風(fēng)荷載。

3.1.2大跨度屋蓋的風(fēng)荷載

由于風(fēng)在遇到封閉式的大跨度體育館時(shí)，會(huì)在棱角處法神高氣流分離現(xiàn)象，使一部分氣流沿著大跨度體育館的屋蓋流過，在屋蓋部分形成氣流漩渦，對屋蓋施加一定的風(fēng)荷載力。這種氣流漩渦跟平屋面的氣流漩渦類似，可以按照不同的氣流分離角度分成不同的氣流漩渦。這種氣流漩渦也會(huì)通過積累在屋蓋形成極大的負(fù)風(fēng)壓。

3.2敞開式的大跨度體育館的風(fēng)荷載影響

敞開式的大跨度體育館時(shí)比較常見的一種建筑形式，因此，對敞開式大跨度體育館的風(fēng)荷載影響的研究也是最重要的。當(dāng)敞開式大跨度體育館遇到風(fēng)時(shí)，將風(fēng)分流朝向兩個(gè)方向流經(jīng)體育館表面，會(huì)在體育館的平屋面和體育館內(nèi)部形成同時(shí)向建筑物施加壓力的氣流漩渦，同時(shí)整個(gè)建筑物還會(huì)受到由氣流分離處所形成的極大的負(fù)風(fēng)壓和里表面抑制風(fēng)分流而受到的壓力所組成的疊加力，是敞開式大跨度體育館受到了一種向上的升力。

4、總結(jié)

大跨度的體育館在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到風(fēng)荷載的影響，通過本文對兩種形式的大跨度體育館的風(fēng)荷載影響的研究，為大跨度的體育館設(shè)計(jì)中對風(fēng)荷載影響的計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。高強(qiáng)度的輕型材料的應(yīng)用，使得大跨度的體育館的建設(shè)成為可能，對大跨度的體育館的風(fēng)荷載影響研究能夠幫助人們更好地了解這種新型的建筑形式在風(fēng)荷載作用下的承受能力，以及能夠幫助人們在大跨度的建筑物建造方面提供更多的經(jīng)驗(yàn)和提高相應(yīng)的大跨度建筑物建筑水平。

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