单层平面索网幕墙结构的实用抗风设计方法研究

单层平面索网幕墙结构是一种轻型、高透明度的围护结构，常用于现代大空间公共建筑中。此类结构由于其自身质量轻、阻尼小的特性，对风荷载表现出极高的敏感性，因此抗风设计成为其结构设计中最为关键的环节之一。传统的幕墙设计方法存在不完善之处，尤其在面对采用单层索网支撑体系的幕墙结构时，抗风设计理论研究相对薄弱，急需建立一套适合单层索网结构的实用抗风设计方法。 在抗风设计领域，等效静力风荷载方法是一个重要的研究方向。该方法将复杂的动力分析问题简化为设计者容易理解的静力分析问题，通过将风荷载以等效静力的形式作用于结构，使得结构产生的响应与实际风荷载作用下产生的最大动力响应等效。Davenport教授在20世纪60年代提出的基于随机振动理论的经典抖振理论，为等效静力风荷载方法的建立奠定了基础，且该方法已经成为高层、高耸结构抗风设计的理论基础。 当前抗风设计理论主要可以分为三类方法：阵风荷载因子法（GLF法）、惯性力法（IWL法）和LRC法+惯性力法（LRC+IWL法）。阵风荷载因子法通过使用一个峰值响应与平均响应比值的系数（阵风荷载因子），反映结构对脉动风荷载的放大作用，将脉动风荷载转化为等效的静力形式。惯性力法则直接使用结构的等效惯性力来表示等效静力风荷载，从而建立等效静力风荷载与结构惯性力之间的联系。LRC法结合惯性力法则同时考虑了结构的第一振型和等效惯性力的影响。 单层索网幕墙结构由于其独特的几何非线性和风振响应特性，需要在现有等效静力风荷载理论的基础上进行创新和改进。本文通过对比分析现有建筑结构等效静力风荷载的研究方法，结合索网结构的特性，提出了基于第一阶振型惯性力近似表达脉动风对应等效风振力的解析表达式，进而给出了适用于工程设计的实用抗风设计方法，并通过实际算例验证了该方法的有效性。 在实用抗风设计方法的研究中，本文引入了调整系数来考虑多阶振型组合效应以及索网几何非线性因素的影响；引入了转换系数来弥补在使用与频率无关的相干函数代替与频率相关的相干函数过程中产生的偏差。通过正交设计方法，在单层索网幕墙结构工程常用参数范围内进行了系统分析，并提出了相应的实用抗风设计方法。工程算例分析表明，本文提出的抗风设计方法与动力分析结果吻合较好，从而为单层索网幕墙结构的工程设计提供了有力的理论支撑和实践指导。 关键词“单层索网”、“等效静力风荷载”、“风振响应”、“非线性”、“相干函数”，均是与单层平面索网幕墙结构实用抗风设计方法密切相关的专业术语，对于理解本文的研究内容具有重要意义。单层索网的非线性特性以及风振响应是建立抗风设计方法的两个关键点，而等效静力风荷载的解析表达式和荷载风振系数的显式表达式则是实现该方法的数学基础。相干函数作为一种描述结构与风场之间相互作用的函数，对于准确计算等效静力风荷载至关重要。 总结来说，本文通过系统的研究和分析，提出了一套针对单层平面索网幕墙结构的实用抗风设计方法，不仅丰富了幕墙结构抗风设计的理论体系，也为类似结构设计提供了参考和借鉴，对推动现代建筑幕墙技术的发展具有重要的科学价值和工程实践意义。