山墙疏透率对大跨度煤棚风荷载的影响研究

肖希

摘 要：为解决在大跨度煤棚中，复杂气流和结构相互作用使得风荷载传递过程较为复杂问题，研究山墙疏透率对大跨度煤棚风荷载的影响。计算获得极值风压系数、整体风力系数以及风荷载体型系数，获取能够反映风荷载变化的关键参数。根据模拟试验结果可知，提高山墙疏透率，能够促进大跨度煤棚内外空气流通，实现气体的交换，使得煤棚风吸力得到有效降低。山墙疏透率增加，煤棚中内压更加影响风压分布，产生正值内压，但是当煤棚山墙处于背风风向角时，煤棚中形成负值内压，造成主体风荷载出现极大力矩。

关键词：山墙疏透率；大跨度煤棚；风荷载；风吸力；正值内压

中图分类号：TU393.3；TP391.9

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0161-04

Research on effect of gable permeability on wind load of long-span coal shed

XIAO Xi

（CCTEG Beijing Huayu Engineering Co.，Ltd.，Pingdingshan 467000，Henan China）

Abstract：In order to solve the problem that the wind load transfer process is complicated due to the complex interaction between airflow and structure in the long-span coal shed，the influence of gable permeability on the wind load of the long-span coal shed was studied.The extreme wind pressure coefficient，the overall wind force coefficient and the shape coefficient of wind load were calculated，and the key parameters that can reflect the change of wind load were obtained.The simulation test results showed that improving the gable permeability promoted the air circulation inside and outside the long-span coal shed，realizing the gas exchange，and effectively reduced the wind suction of the coal shed.When the gable permeability increased，the internal pressure in the coal shed had more impact on the distribution of wind pressure，resulting in positive internal pressure.However，when the gable wall was in the leeward wind direction，the negative internal pressure was formed in the coal shed，resulting in the extreme torque of the main wind load.

Key words：gable permeability;large-span coal shed;wind load;wind suction;positive internal pressure

由于储煤需要与建造工艺限制，煤棚一般采用宽敞的开敞建筑结构，这种结构不存在明显阻力，气流会从煤棚之中自由穿梭，所形成的空气动力与绕流情况极其复杂［1-2］。这种情况就要求煤棚具有较为稳定的抗风结构，但是这也为煤棚建造带来较大挑战。有学者设计了一种考虑风向角和周边建筑影响的大跨度气膜煤棚风荷载特性试验，从大跨度煤棚风荷载特性角度完成相关的分析研究［3］；提出基于破坏概率的大跨度柱面网架不规则结构风灾易损性分析方法，该方法具有较为深远的指导意义［4］。

在上述研究方法的基础上，使用疏透网板搭配盖板等材料建造大跨度煤棚，疏透板上的孔洞能够帮助空气流通。基于此分析不同疏透率对于煤棚风荷载特性的影响，为今后煤棚建造提供更多的数据支持。

1 大跨度煤棚风荷载影响分析

1.1 研究对象确定

以一个圆柱面煤棚为研究对象，该煤棚的纵向长度、横向跨度以及垂直矢高分别为275、149、46 m，為提升采光效果，在煤棚顶部位置布置一个天窗，天窗高度为3 m，每个煤棚之间并列排布，每2个煤棚之间的间距为10 m［5-6］。山墙疏透率分别为0%（全封闭）、15%、35%、50%（半封闭）、75%5种类型。实际制备试验模型置于风洞之中，模型与不同疏透率板材情况如图1所示。

2 结果分析

2.1 大跨度煤棚整体风力系数

分析计算不同风向角工况之下，煤棚整体风力系数变化情况，试验结果如图2所示。

由图2（a）可知，疏透率越大，大跨度煤棚的山墙阻力系数呈现出明显降低趋势。山墙疏透率超过35%的情况下，90°正面迎风为山墙最不利风向。

由图2（b）可知，75%疏透率（山墙接近完全敞开）时大跨度煤棚模型的屋盖阻力系数明显更高；由此可以确定，该种阻力系数之下，山墙疏透率不会直接对大跨度煤棚的风荷载造成影响。

由图2（c）可知，０％山墻疏透率（完全封闭）与其他山墙疏透率大跨度煤棚模型相比，０％山墙疏透率的最不利升力系数更高。经分析，屋盖升阻力系数受山墙疏透率影响的机理比较复杂，假如山墙不适用完全封闭方式，风向发生改变时各种疏透率下的山墙阻力系数呈现出一致趋势。由图 ２（ｃ）能够看出，在15%～75%山墙疏透率下，大跨度煤棚的最不利风向屋盖升力主要集中在30°～45°风向角之处。

2.2 体型系数分析结果

图3为不同山体疏透率下，大跨度煤棚模型不同风向角下的体型系数变化情况。

由图3可知，风向角大于15°时，不同疏透率下的大跨度煤棚山墙体型系数始终大于0。山墙疏透率较大情况下，风向角未超过90°时，模型体型系数始终保持正值，当风向角大于90°时，模型体型系数转为负值。风向角为0°时，来流动压完全成为测量压力值，因此，体型系数为正值，但是风向角增大，山墙和来流之间形成夹角，流动压不能向测量压转换，体型系数也转为负值。

2.3 负风压极值风压系数分析结果

分析不同疏透率下，大跨度煤棚在不同风向角下负风压极值的风压系数变化，大跨度煤棚的风压系数变化情况，实验结果如图4所示。

由图4可看出，在存在周边干扰和不存在周边干扰情况下，山墙疏透率越大，煤棚负风压系数绝对值更高，所以山墙疏透率较高或者完全敞开，会导致大跨度煤棚出现不稳定情况。

3 结语

研究通过计算各类系数获得山墙疏透率对于大跨度煤棚风荷载造成的影响，由此出发能够在今后的建设中找出改善大跨度煤棚结构，提升煤棚稳定性的方法。实际情况下，大跨度煤棚周围会存在不同形式的建筑结构与其他环境干扰因素；后续研究还可以计算更多风振系数分析煤棚中风荷载的变化。

【参考文献】

［1］ 王文玥，陈琳琳，崔会敏，等.大跨度度煤棚内混合对流传热特性的数值模拟研究［J］.工程力学，2021，38（S1）：66-71.

［2］ 胡洋.大跨度度干煤棚预应力钢结构施工模拟仿真计算与施工技术研究［J］.施工技术，2021，50（8）：128-131.

［3］ 王浩，李宇青，姜会民，等.考虑风向角和周边建筑影响的大跨度气膜煤棚风荷载特性试验研究［J］.石家庄铁道大学学报（自然科学版），2022，35（2）：20-25.

［4］ 柴云霏，范存新.基于破坏概率的大跨度度柱面网架不规则结构风灾易损性分析［J］.结构工程师，2022，38（3）：67-74.

［5］ 田乐，王育红.轻钢与泡沫混凝土组合墙体抗剪承载力有限元分析［J］.粘接，2022，49（6）：111-114.

［6］ 鹿维丹，郝燃.用Nataf变换的超高层建筑屋顶结构风荷载预测［J］.计算机仿真，2021，38（5）：362-365.

［7］ 袁养金，戴益民，许灵波，等.直流风洞中大比例风场模拟试验［J］.湖南科技大学学报（自然科学版），2021，36（3）：50-57.

［8］ 杨剑，陈煜，徐枫，等.考虑地形和土地覆盖影响的参数化台风风场模拟［J］.自然灾害学报，2021，30（1）：47-59.

［9］ 刘娜，张风丽，李志坤，等.基于SAR与NL数据的建成区提取及其在WRF风场模拟优化中应用［J］.遥感技术与应用，2022，37（2）：488-498.

［10］ QIU Y，YU R，SAN B，et al.Aerodynamic shape optimization of large-span coal sheds for wind-induced effect mitigation using surrogate models［J］.Engineering structures，2022，253（Feb.15）：113818.1-113818.14.

［11］ 苏宁，彭士涛，洪宁宁.山墙疏透率对并列布置双煤棚风荷载的影响［J］.振动与冲击，2021，40（22）：275-282.

［12］ 吴秀峰，白小龙，杜丙勋，等.折边铝合金薄板的抗风性能试验及分析［J］.力学季刊，2022，43（4）：934-945.

［13］ ZHENG X，YI T H，ZHONG J W，et al.Rapid evaluation of load-carrying capacity of long-span bridges using limited testing vehicles［J］.Journal of Bridge Engineering，2022，27（4）：4022008.1-4022008.12.

收稿日期：2023-10-19；修回日期：2024-02-18

作者简介：肖 希（1987-），男，高级工程师，研究方向：工业建筑、钢结构及大跨度工程;E-mail：xx139397@

163.com。

引文格式：肖 希.山墙疏透率对大跨度煤棚风荷载的影响研究［J］.粘接，2023，51（3）：161-164.