摘 要

空间网架悬挑围护结构由于其对空间的利用率高，方便美观的优点，在各类建筑中使用得越来越多。近年来，空间网架结构悬挑围护结构发生风致破坏的案例并不少见，不仅造成了巨大的经济损失，甚至严重危害有关人员的生命安全，空间网架悬挑围护结构的抗风能力有待提高。因此，对空间网架悬挑围护结构的风致破坏研究十分必要

本文首先对空间网架悬挑围护结构的组成构件进行分析，并通过几个典型的风致破坏案例进行具体分析，总结出防止破坏的原因，并根据这些原因提出一些有效的能提高空间网架悬挑围护结构抗风能力的方法。

对具然后体空间网架悬挑围护结构的风致破坏案例研究总结发现，此类结构的风致破坏主要发生在屋面板与檩条的连接部位，以此部位的屋面板撕裂为主要形式。

最后本文选取传统搭接式自攻螺栓连接的 YX65-400型锰镁铝合金屋面板为研究对象，使用有限元分析程序 ANSYS 分析了其在风荷载作用下的静力性能，得出较为可靠的结论，便能够根据这些结论提出有效的抗风设计方法。

关键词：大跨结构；网架结构；围护结构；风致破坏；悬挑结构

Abstract

Because of its advantages of high utilization rate of space, convenient and beautiful, the cantilever enclosure structure is used more and more in all kinds of buildings.However, the cantilever enclosure structure has the disadvantage of weak wind resistance, and the wind load is mainly considered in the design.In recent years, there are not rare cases of wind-induced damage to the cantilever enclosure of space grid structure, which not only causes huge economic losses, but also seriously endangers the life safety of relevant personnel. The wind-resistant ability of the cantilever enclosure of space grid structure needs to be improved.Therefore, it is necessary to study the wind-induced damage of the cantilever envelope of space grid

This paper first analyzes the components of the space grid cantilever envelope, and through the specific analysis of several typical wind-induced damage cases, summarizes the reasons for preventing damage, and according to these reasons, puts forward some effective methods to improve the wind resistance of the space grid cantilever envelope.

It is concluded that the wind-induced damage of this kind of structure mainly occurs at the connecting part of roof slab and purlin, and the roof slab tear at this part is the main form.

Finally, this paper selects YX65-400 mg-Al roof plate with traditional lapped self-tapping bolt as the research object, and USES the finite element analysis program ANSYS to analyze its static performance under wind load, and draws relatively reliable conclusions, according to which an effective wind-resistant design method can be proposed.

Key Words：long span structure;Grid structure;Envelope structure;Wind-induced damage;The cantilever structure

目录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究的背景与意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文的主要工作 2

第二章 典型悬挑围护结构风致破坏调研分析 2

2.1悬挑围护结构的特点 3

2.2 悬挑围护结构的连接方式 3

2.3悬挑围护结构破坏机理 4

2.3.1流动分离 4

2.3.2内外压力共同作用 5

2.3.3屋面结构在风荷载作用下的动力效应 5

2.4悬挑围护结构风致破坏的形式 5

2.5 武汉天河机场围护结构风致破坏分析 5

2.6小结 6

第三章 钢结构厂房悬挑围护结构抗风分析 6

3.1有限元分析的基本原理 7

3.2 有限元分析基本步骤 7

3.3 具体悬挑围护模型的建立 8

3.4基于有关规范的抗风分析 8

3.4.1风荷载分析 8

3.4.2基于规范的抗风分析 12

3.5有限元分析流程 15

3.5.1模型材料的确定 15

3.5.2单元选择和网格划分 15

3.5.3 接触和边界条件的建立 16

3.5.4 加载方式 16

3.5.5 仿真分析结果 16

3.7抗风设计措施 19

3.8本章小结 19

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 23

第一章 绪论

1.1 引言

长期以来，学者对建筑的主体结构进行了完整而全面的研究，大跨钢结构的受力特性也有了清楚的认识，相关规程也有了极大的完善，对于一线工程人员有很大的帮助，但是，国内外对悬挑围护结构的研究是不足的，相关规范不完善，抗风设计建议少，可供参看的研究不足，现实案例实践表明，悬挑围护结构的破坏并不鲜见，甚至由于抗风设计不足等问题，悬挑围护结构的破坏成为各类建筑破坏的主要形式，近年来，类似工程事故层出不穷。所以本文对空间网架结构的悬挑围护结构风致破坏特点进行研究，了解悬挑围护结构破坏特点，分析悬挑围护结构风致损伤和破坏，提出合理的悬挑围护结构与主体结构连接设计方法保证风致安全，减少经济损失。

为了研究悬挑围护结构的风致破坏内力分布情况，利用有限元分析软件ansys建立悬挑围护结构简化模型，并对该模型施加由相关规范计算出来的风荷载，来研究其抗风性能，研究破坏机理，并将模型进行有关规范验证，将验证结果和有限元分析结果进行对比分析，得出相对可靠的结论。

1.2 研究的背景与意义

风灾是一种规模巨大的自然灾害。且风灾持续时间长又爆发频繁,与其他自然灾害相比往往能造成更大的损害。中国饱受风灾破坏的影响，是世地球上受风灾影响程度最高的几个国家之一, 沿海地区的建筑多次受到台风侵袭,经济损失巨大。长久以来，国内外学者对建筑主体结构的研究充足，而对悬挑围护结构的研究却不足，但是在现实中，各种民用，商用，工业建筑中广泛应用悬挑围护结构, 如机场雨棚、高铁火车站挑檐、工业厂房、体育馆顶棚、会展中心挑台等。此类结构虽然不是建筑的主体结构，不会造成建筑物倒塌，但是对建筑的系统安全和正常使用也有十分重大的影响。近年来, 风力较大地区和沿海地区频频出现台风破坏围护结构的案例, 如2010和2011年以及2013年强风三次破坏北京机场屋面板,造成巨大经济损失; 2007年7月,大风袭击武汉天河机场，T3航站楼屋面板被严重破坏。台风“云娜”于2008年登陆浙江，造成了大面积的钢结构厂房破坏。2007年7月.武汉天河机场航站楼屋面结构被大风掀翻。2012年8月，苏州火车站被台风“海葵”袭击，金属屋面遭到损坏。近年来，诸如此类的风灾破坏越来越多，所以了解风灾的破坏机理，提出有效的方法来减少风灾破坏势在必行。

1.3 国内外研究现状

为了减少大跨屋面的围护结构风致破坏，国内外做了大量的研究，取得了一定的研究成果。如：宣颖等对大跨屋盖的风荷载类型特点进行研究，对金属面的风致破坏和抗风设计方法进行探讨，得到了提高屋面抗风性能的设计方法。