1、近幾十年來(lái)，大跨屋蓋結(jié)構(gòu)得到了前所未有的發(fā)展，被廣泛用于體育場(chǎng)館、會(huì)議展覽中心、機(jī)場(chǎng)航站樓等大型公共建筑中。隨著大跨屋蓋結(jié)構(gòu)向長(zhǎng)大化和輕質(zhì)化的方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載的敏感性日益增強(qiáng)，風(fēng)荷載已成為該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要控制荷載。與此同時(shí)，關(guān)于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論還相當(dāng)薄弱，這已成為制約這種結(jié)構(gòu)類型進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。因此對(duì)大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，具有十分重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　本文在深入探討大跨屋蓋結(jié)

2、構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，指出大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)理論研究的核心是要解決多荷載形態(tài)、多響應(yīng)振型和多等效目標(biāo)問(wèn)題。針對(duì)上述特點(diǎn)，并借鑒高層、橋梁結(jié)構(gòu)的等效靜風(fēng)荷載理論，提出了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載研究的精細(xì)化思想。該思想可表述為，應(yīng)從風(fēng)荷載的作用機(jī)理和結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)規(guī)律兩方面入手，來(lái)研究等效靜風(fēng)荷載問(wèn)題，力求建立等效靜風(fēng)荷載與風(fēng)荷載基本特性以及結(jié)構(gòu)自身動(dòng)力特性之間的聯(lián)系，從而使等效靜風(fēng)荷載具有更明確的物理內(nèi)涵。
　　以等效靜風(fēng)荷載研

3、究的精細(xì)化思想為指導(dǎo)，建立了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載研究的系統(tǒng)方法，對(duì)等效靜風(fēng)荷載研究提出兩項(xiàng)改進(jìn)措施：1）嚴(yán)格定義了多自由度體系的背景響應(yīng)和共振響應(yīng)，提出了背景響應(yīng)和共振響應(yīng)相關(guān)性的分析方法，為將風(fēng)振響應(yīng)和等效靜風(fēng)荷載分成平均分量、背景分量和共振分量三部分奠定了理論基礎(chǔ)；2）引入了一些能更加準(zhǔn)確地描述大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和風(fēng)效應(yīng)的精細(xì)化方法，如本征正交分解法(POD法)、Ritz向量直接疊加法和荷載響應(yīng)相關(guān)系數(shù)法(LRC法)等。

4、>　　提出了一種高效的結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)頻域分析方法——Ritz-POD法。該方法用本征正交分解法（POD法）分解脈動(dòng)風(fēng)壓場(chǎng)，得到占優(yōu)的前幾階本征模態(tài)作為荷載的空間分布形式；以此荷載空間分布形式生成Ritz初始向量，用Ritz向量直接疊加法分析結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)，以此解決大跨屋蓋結(jié)構(gòu)多振型參與振動(dòng)且高階振型對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)貢獻(xiàn)可能較大這一問(wèn)題。與傳統(tǒng)振型分解法相比，Ritz-POD法僅用少量的Ritz向量進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析便可達(dá)到較高精度。
　　

5、以本文給出的多自由度體系的背景響應(yīng)和共振響應(yīng)定義為基礎(chǔ)，將大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的準(zhǔn)靜力分析問(wèn)題和一個(gè)只需考慮少量主導(dǎo)振型的共振響應(yīng)分析問(wèn)題。背景響應(yīng)分析采用協(xié)方差方法，共振響應(yīng)分析采用Ritz-POD法。這樣，不僅解決了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析中的主導(dǎo)振型選擇問(wèn)題，而且以一簡(jiǎn)便方式對(duì)被截?cái)嗾裥瓦M(jìn)行了補(bǔ)償。
　　系統(tǒng)提出了確定等效靜風(fēng)荷載各分量的計(jì)算方法。對(duì)于背景分量，采用LRC法分析，并結(jié)合 POD分解將其表示為

6、脈動(dòng)風(fēng)荷載本征模態(tài)的組合。對(duì)于共振分量，采用了考慮多階振型的慣性力法，將其表示為結(jié)構(gòu)主導(dǎo)振型慣性力的組合。為了使等效靜風(fēng)荷載的表示得以簡(jiǎn)化，提出兩個(gè)基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，據(jù)此對(duì)荷載主要貢獻(xiàn)模態(tài)和結(jié)構(gòu)主導(dǎo)振型進(jìn)行選擇，避免了計(jì)算中過(guò)多的荷載模態(tài)和結(jié)構(gòu)振型參與組合。
　　對(duì)多個(gè)不同參數(shù)的球面屋蓋和鞍形屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究，獲得的屋面的脈動(dòng)風(fēng)荷載信息。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合本文方法，對(duì)單層球面網(wǎng)殼和鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響

7、應(yīng)和等效靜風(fēng)荷載特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)中背景響應(yīng)和共振響應(yīng)所占比例的不同，提出了劃分結(jié)構(gòu)抗風(fēng)類型的思想，并給出了具體劃分標(biāo)準(zhǔn)。此外，還對(duì)等效目標(biāo)分類問(wèn)題進(jìn)行了初步探討；指出當(dāng)不同等效目標(biāo)由相同的本征模態(tài)或主導(dǎo)振型起控制作用時(shí)，則這些等效目標(biāo)可劃分為一類。
　　根據(jù)本文提出的等效靜風(fēng)荷載精細(xì)化研究方法，對(duì)國(guó)家體育場(chǎng)巨型空間剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的風(fēng)振響應(yīng)和等效靜風(fēng)荷載分析，得到了可用于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的等效靜風(fēng)荷載