大跨建筑结构风振响应与等效静风荷载

本书将系统介绍作者团队在大跨建筑结构风振分析理论和抗风设计方法的系统研究成果，工程应用示例，以及在行业标准中应用的主要条文，对土木工程抗风研究、结构风工程教学、工程设计都具有重要参考价值。本书将介绍大跨建筑结构抗风分析过程中涉及的风洞试试验技术、多振型参振及耦合的风振响应分析理论、多目标等效静风荷载分析理论，以及上述三个过程中影响分析精度和效率的主要技术要点。进一步，采用上述技术和理论，对平屋盖、柱面屋盖、球形屋盖、鞍型屋盖等几类工程最常用结构体系进行了风洞试验、风振响应和等效静风荷载参数化分析，提出可纳入规范的具体风荷载计算图表。

大跨建筑结构广泛应用于体育场馆、会展中心、站房、航站楼等大型公共建筑和厂房、煤棚等工业建筑。大跨建筑结构风致破坏事故频发，风荷载是该类结构设计的控制荷载。近20年来，大跨建筑结构抗风一直是国际风工程和结构工程领域重点攻克的难题之一，主要难点在于：一是大跨建筑结构风致作用机理复杂和风效应特点明显，但缺乏相应分析理论；二是国内外规范中均未给出该类结构风荷载具体计算方法，安全隐患大。
本书作者自2004年至今，在国家自然科学基金重点项目“大跨空间结构的风致关键效应与动力灾变行为”和国家自然科学基金青年项目“基于结构抗风分类的大跨屋盖结构抗风分析方法研究”等项目的支持下，开展了大跨建筑结构风振响应和等效静风荷载分析方法理论研究、工程实践和规范编制，取得了以下创新成果：
（1）提出了选择结构风振响应主导振型的Ritz-POD计算理论，解决了大跨建筑结构频率分布密集，风振响应分析需要考虑大量振型计算效率和精度低的难题。该方法将本征正交分解法（POD）和Ritz振型向量叠加法相结合，采用POD分解得到概率意义上的脉动风荷载多个空间分布形式，据此生成Ritz向量，自动滤掉与脉动风荷载分布形式正交的结构振型，仅需少量Ritz振型向量即可高精度计算结构风振响应。明确定义时域内背景响应与共振响应，提出了两者相关性计算方法。
（2）提出了基于结构风振响应特性的多目标等效静风荷载分析方法，一个等效荷载作用下同时实现结构多个极值响应的等效。大跨建筑结构风振响应常常存在多个主要贡献振型，结构各位置动力响应不能同时达到极值，传统的单目标等效静风荷载分析方法常常显著低估大部分位置风振响应极值。提出基于风荷载主导本征模态和结构主导振型的多目标等效静风荷载计算方法，利用最小二乘法得到本征模态和主导振型的最优组合系数。可利用单个等效静风荷载分布实现全部风振响应极值的同时等效，且能避免等效静风荷载奇异值的出现，显著提升工程应用便捷性，使等效静风荷载进入规范成为可能。并根据结构风振响应主导振型数量不同，提出了基于解析解、半数值半解析解、数值解等三类多目标等效静风荷载计算方法。
（3）给出了4类典型体型大跨建筑结构等效静风荷载计算公式和图表，并纳入行业标准《屋盖结构风荷载标准》JGJ/T481-2019。采用本书作者所提出的风振响应和等效静风荷载分析方法，开展四类体型屋盖结构不同参数条件下风洞试验、结构风振响应和等效静风荷载参数化分析，给出了空间网架、平面桁架、平面拱形桁架、柱壳、球壳、鞍型网壳等结构形式的等效静风荷载计算公式和图表，构成《屋盖结构风荷载标准》的主体内容，有效解决了现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中屋盖风荷载具体计算方法缺失的问题。
本书包含了上述研究成果，其中第1章和第2章主要介绍大跨建筑结构抗风分析特点和风洞测压试验技术，第3章和第4章分别介绍本文作者所提出的多振型风振响应Ritz-POD法和多目标等效静风荷载分析法，第5～8章分别介绍平屋盖、柱面屋盖、球面屋盖和鞍形屋盖4类常见体型屋盖体系的等效静风荷载分析结果。
本书隶属于风工程防灾减灾领域，主要针对大跨建筑结构多振型参振的风振响应分析方法、多目标等效静风荷载分析方法，以及常见屋盖体系等效静风荷载计算方法进行了研究，希望本书能为结构风工程研究和工程设计人员提供参考，并可以作为防灾减灾研究方向研究生的参考教材。

第1章 大跨建筑结构风荷载与风效应特点
第2章 风洞试验与测压试验技术
第3章 多振型参振的风振响应分析方法—Ritz-POD法
第4章 多目标等效静风荷载分析方法
第5章 平屋盖风振响应与等效静风荷载
第6章 柱面屋盖风振响应与等效静风荷载
第7章 球面屋盖风振响应与等效静风荷载
第8章 鞍形屋盖风振响应与等效静风荷载