拱形钢结构的风载体型系数相关规范及研究的总结

拱形钢结构的风载体型系数是风荷载计算中的关键参数，直接影响结构在风荷载作用下的受力分析和安全性。以下是基于相关规范及研究的总结：

 1. 风载体型系数的定义与重要性

风载体型系数（μs）是描述建筑或结构在风作用下表面压力分布特性的无量纲系数，反映结构形状、开口率、周围环境等因素对风压的影响。对于拱形钢结构，其体型系数需结合以下因素确定：

 结构几何特征：跨度、矢高、曲率半径、截面形式（平面桁架或立体桁架）。

 环境条件：地面粗糙度、周边建筑群干扰（群体效应）、地形修正（如山区、海岛等）。

 风向与风速：不同风向角下风压分布的差异性。

 2. 规范中的取值方法

根据《建筑结构荷载规范》（GB 500092012）及《工程结构通用规范》（GB 550012021），拱形钢结构的风载体型系数需按以下原则确定：

 (1) 直接查表法

 标准体型：若拱形钢结构的体型与规范中的典型体型（如圆弧拱、抛物线拱、折线拱）相符，可直接查表（如GB 50009表8.3.1）。

   示例：

     对称双曲拱屋盖：风载体型系数可取 ±1.2（正压区）和 1.5~2.0（负压区）。

     单曲拱屋盖：风载体型系数通常为 ±1.0~1.5，具体需结合拱高与跨度比。

 (2) 参考文献或实验数据

 非标准体型：若拱形钢结构为变截面、异形拱或组合拱，需参考类似工程案例或文献数据。

   示例：

     对于波纹钢屋盖（如拱形波纹钢屋盖），风载体型系数可能因波纹加劲而降低，取值范围为 0.8~1.2。

     对于大跨度钢管桁架拱，风载体型系数需结合有限元分析或风洞试验结果。

 (3) 风洞试验法

 复杂或重要结构：若拱形钢结构满足以下任一条件，必须通过风洞试验确定体型系数：

  1. 跨度 > 120m（条目[1]、[9]）；

  2. 结构自振周期 > 1.05s（条目[1]）；

  3. 体型复杂或位于强风区（条目[8]、[11]）。

 3. 围护结构的局部风压系数

拱形钢结构的围护结构（屋面、墙面）需单独考虑局部风压系数（μs1），规范规定如下：

 外表面：

   正压区：按表8.3.1取值（如屋脊正压区μs1=+0.8~+1.2）；

   负压区：

     墙面：1.0；

     墙角边：1.8；

     屋面局部部位（如檐口、屋脊坡度>10°区域）：2.2；

     檐口、雨篷等突出构件：2.0（条目[8]、[11]）。

 内表面：

   封闭式建筑内表面风压系数取 ±0.2（与外表面风压方向相反）。

 4. 特殊情况的修正系数

 (1) 地形修正

 山区：需按GB 500092012第8.2.2条修正风压高度变化系数（η），例如山峰顶部修正系数η=1.2~2.0。

 海岛/远海：按第8.2.3条修正，修正系数η=1.1~1.5（条目[11]）。

 (2) 群体效应

 多栋建筑相邻：需考虑相互干扰效应，体型系数μs乘以干扰系数（1.00~1.20，条目[11]）。

 (3) 风振效应

 动态风荷载：对于跨度>30m或基本自振周期T1>0.25s的拱形钢结构，需乘以风振系数（βz=1.2~1.8，条目[1]、[9]）。

 5. 实际工程应用示例

 案例1：中小跨度拱形钢结构

 背景：某厂房采用跨度30m的平面桁架拱，矢高6m（矢跨比1/5）。

 风载体型系数：

   主体结构：按GB 50009表8.3.1取 μs=1.2（正压区）、μs=1.5（负压区）。

   围护结构：屋面局部区域取 μs1=2.2（屋脊），墙面取 μs1=1.0。

 案例2：大跨度拱形钢结构

 背景：某体育场馆采用跨度120m的立体桁架拱，矢高12m（矢跨比1/10）。

 风载体型系数：

   由于跨度>120m，需通过风洞试验确定体型系数（条目[1]）。

   初步估算：主拱风振系数βz=1.5，围护结构局部系数μs1=2.0（檐口区域）。

 6. 规范依据

 《建筑结构荷载规范》GB 500092012：

   第8.3.1~8.3.4条：体型系数、局部系数、从属面积折减。

   第8.2.2~8.2.3条：地形修正系数。

 《工程结构通用规范》GB 550012021：

   第4.6.4~4.6.5条：统一风荷载放大系数，明确主要受力结构和围护结构的取值原则。

 7. 关键设计建议

1. 中小跨度拱形结构：优先采用规范表格取值，结合风振系数（1.2~1.8）计算动态风荷载。

2. 大跨度或复杂体型结构：必须通过风洞试验确定体型系数，尤其是存在群体效应或强风环境时。

3. 围护结构设计：重点关注局部负压区（如屋脊、檐口），避免因局部失稳导致破坏。

4. 施工阶段验算：临时支撑体系需单独考虑风荷载作用下的稳定性。

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