【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑工程，具体为大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法。
技术介绍
1、等效静力风荷载是联系结构风洞试验和结构抗风设计的桥梁，是结构抗风设计所必需的关键参数。根据风洞试验数据和随机振动理论可以计算出结构在动态风荷载作用下各构件的内力，但是该内力并不能用于指导实际工程设计，因为动力风荷载无法直接加到结构设计软件中，只能提供一个等效的静力风荷载才能为工程设计提供直接指导。由于大跨度屋盖结构的风荷载及风效应十分复杂，具有多荷载形态、多响应振型、多等效目标的特点，不能像高层、高耸结构那样以某一个特定位置的极值响应(如顶部位移、底部弯矩)为等效目标来计算结构的等效静力风荷载。屋盖结构风致振动的复杂性，造成屋盖结构的等效风荷载计算难度较大、精度难以控制、难以为实际工程设计提供权威依据。
2、对于结构抗风设计而言，结构的安全性在根本上是由各个构件的安全性决定，而各个构件是否安全则由其承受的极值内力大小决定，故而，如果能合理计算出风荷载作用下各个构件的等效极值内力，则可以为实际结构抗风安全设计提供最有效、最权威的依据。在这一思路下，如果能用一组静力荷载施加在屋盖结构上，使其产生的各构件内力正好与按照随机振动理论方法计算得到的结构各构件极值内力响应相符或基本相符，那么就可将这组静力荷载作为等效静力风荷载，从而给工程结构抗风设计应用带来很大方便。基于此，本专利技术提出了极值效应等效静力风荷载的概念和应用数值优化原理计算大跨度屋盖结构内力等效静力风荷载的方法，算例表明可以满足工程设计的要求。
技
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术实用性很强，既方便设计使用，又有相当高的精度，可以满足工程设计的需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：以构件极值内力作为等效目标，基于合理有效的目标函数，采用数值优化原理计算屋盖结构极值内力等效静力风荷载，使等效静力风荷载作用下结构各构件的内力响应与理论计算的极值内力相符或基本相符。
3、进一步的，根据风洞试验数据和随机振动理论计算的结构各构件极值内力响应向量为：
4、r＝[r1，r2，...，rm]t。
5、进一步的，所述结构各构件极值内力响应向量公式中元素ri代表第i根各构件的极值内力响应，设拟合内力等效静力风荷载向量为：
6、f＝[f1，f2，…，f3n]t。
7、进一步的，所述最小二乘问题目标函数有两种取法:
8、
9、其中(i≠0)，iij代表第j个自由度方向上作用单位力所引起的第i根各构件的内力。
10、进一步的，由于在实数域上的任意不相容线性方程组都有最小二乘解，因此根据最小二乘原理可得到拟合内力等效风荷载向量。
11、进一步的，令t＝(tij)m×3n，根据线性代数，若iti或ttt可逆，则可得到唯一的最小二乘解：
12、f＝(iti)-1itr或者f＝(ttt)-1ttr。
13、进一步的，若iti或ttt不可逆，用g来表示iti或ttt，则根据moore-penrose方程利用伪逆矩阵求解，即：
14、f＝g+itr，
15、式中g+是g的伪逆矩阵。
16、本专利技术的有益效果：
17、1.各构件的极值内力是结构抗风安全性的根本因素，所提出的极值内力等效风荷载的概念是以最关键的构件极值内力作为等效目标，以此方法得到的等效风荷载是指导结构设计的最有效、最权威的依据。
18、2.该大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法利用数值优化原理建立的极值内力等效静力风荷载计算方法实用性很强，既方便设计使用，又有较高的精度，可以满足大跨屋盖结构工程抗风设计的需求。
19、3.该方法所提出的两种目标函数，具有较高的工程精度，两种函数分别适用于不同的实际工程情况。
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1.大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：以构件极值内力作为等效目标，基于合理有效的目标函数，采用数值优化原理计算屋盖结构极值内力等效静力风荷载，使等效静力风荷载作用下结构各构件的内力响应与理论计算的极值内力相符或基本相符。
2.根据权利要求1所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：由风洞试验数据和振动理论计算的结构各构件极值内力响应向量为：
3.根据权利要求1所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：所述结构各构件极值内力响应向量公式中元素ri代表第i根构件的极值内力响应，有待拟合内力等效静力风荷载向量为：
4.根据权利要求3所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：所述最小二乘问题目标函数有两种取法:
5.根据权利要求1所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：由于在实数域上的任意不相容线性方程组都有最小二乘解，因此根据最小二乘原理可得到拟合内力等效风荷载向量。
6.根据权利要求5所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，
7.根据权利要求4所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：矩阵中Iij代表第j个自由度方向上作用单位力所引起的第i个构件的内力。
8.根据权利要求7所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：若ITI或TTT不可逆，用G来表示ITI或TTT，则根据Moore-Penrose方程利用伪逆矩阵求解，即：
...【技术特征摘要】
1.大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：以构件极值内力作为等效目标，基于合理有效的目标函数，采用数值优化原理计算屋盖结构极值内力等效静力风荷载，使等效静力风荷载作用下结构各构件的内力响应与理论计算的极值内力相符或基本相符。
2.根据权利要求1所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：由风洞试验数据和振动理论计算的结构各构件极值内力响应向量为：
3.根据权利要求1所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：所述结构各构件极值内力响应向量公式中元素ri代表第i根构件的极值内力响应，有待拟合内力等效静力风荷载向量为：
4.根据权利要求3所述的大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法，其特征在于：所述最小二乘问题目标函数有两种取法:
...【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，王子夏，王俊波，梁枢果，郑德乾，吴海洋，张振华，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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