开敞式拱形波纹钢屋盖结构为无梁无凛无山墙、刚度较小的薄壳拱形屋盖体系,不同于高层、高耸及封闭大跨度结构,在受到较大风荷载侧向作用时,其风致动力响应较为明显。又因四周开敞,除在表面受到风荷载作用外,风在内部形成一个大的锥形的非定常湍流场,在内外压共同作用下,风的强大吸力以及脉动风荷载在柔性屋盖上引起的振动,使得竖向风压和振动效应非常显著。
(1)国内对四周开敞的网壳干煤棚进行过不同风向角下体型系数的风洞试验研究,如河南南阳鸭河口电厂干煤棚、湖北黄石电厂干煤棚以及河南开封光明电厂干煤棚等,指出风对这类四周开敞的结构作用以吸力为主,网壳前后边缘流动较易分离,风压变化梯度较大,风压极值常出现在四周边缘处。
(2)周边建筑对这类开敞网壳结构上风压分布的影响较大;内部堆积物体相对于结构体积较小的情况下,其对网壳表面风压分布的影响可以忽略;大气边界层风场中的脉动风对屋盖表面风压的影响较大;统计试验结果表明,最不利风向角不一定沿纵向和跨度方向。
(3)西北电力设计院的李红星等人对一倒塌的四周开敞的储煤拱形波纹钢屋盖进行了分析研究。结果表明,风荷载和风动力作用是造成倒塌的主要原因。
(4)浙江大学的楼文娟等人在《风致内压及其对屋盖结构的作用研究现状评述))一文中指出,己有的灾情调查、试验和理论研究,均表明了建筑物部分敞开或突然开孔时,建筑内部的风致压力对屋面结构的安全有不可忽视的影响。
(5)北建工的丛峻利用数值风洞技术,模拟了两端开敞的落地网壳拱形屋面体型系数,并与欧洲规范作了比较。
(6)清华大学的谭成冬基于规范给出的落地封闭拱体型系数,通过频域分析,对拱型波纹钢屋盖结构进行了静力分析和随机振动分析,从而得到了结构风振系数和结构各个位置的位移功率谱、速度功率谱及加速度功率谱;然后又采用时域法研究了拱形波纹钢屋盖结构的风致振动响应。
目前,国内关于开敞式拱形波纹钢屋盖结构的抗风性能研究还很少,己经颁布实施的《拱形波纹钢屋盖结构技术规程》对于风荷载也一般只作静力验算,忽略了风的动力响应对结构的影响;国外一些学者只对屋盖结构在部分开孔情况下的内压变化作了研究,并且尚未涉及内外压共同作用下屋面的整体风致效应;对这类柔性屋面,国内外还没有采用气动弹性模型试验对其在内外压共同作用下的气动弹性现象和流固藕合效应进行研究。开敞式拱形波纹钢屋盖结构的抗风性能在试验和理论研究上尚停留在现象揭示这一层面上,没有一个明确的理论框架,缺乏量化和深入的机理研究。因此,明确此类屋盖上风压的分布规律以及风致振动响应特性,是此类屋盖结构抗风设计急需解决的问题。
