山墻疏透率對大跨度煤棚風荷載的影響研究

肖希

摘 要：為解決在大跨度煤棚中，復雜氣流和結構相互作用使得風荷載傳遞過程較為復雜問題，研究山墻疏透率對大跨度煤棚風荷載的影響。計算獲得極值風壓系數、整體風力系數以及風荷載體型系數，獲取能夠反映風荷載變化的關鍵參數。根據模擬試驗結果可知，提高山墻疏透率，能夠促進大跨度煤棚內外空氣流通，實現氣體的交換，使得煤棚風吸力得到有效降低。山墻疏透率增加，煤棚中內壓更加影響風壓分布，產生正值內壓，但是當煤棚山墻處于背風風向角時，煤棚中形成負值內壓，造成主體風荷載出現極大力矩。

關鍵詞：山墻疏透率；大跨度煤棚；風荷載；風吸力；正值內壓

中圖分類號：TU393.3；TP391.9

文獻標志碼：A文章編號：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

由于儲煤需要與建造工藝限制，煤棚一般采用寬敞的開敞建筑結構，這種結構不存在明顯阻力，氣流會從煤棚之中自由穿梭，所形成的空氣動力與繞流情況極其復雜［1-2］。這種情況就要求煤棚具有較為穩定的抗風結構，但是這也為煤棚建造帶來較大挑戰。有學者設計了一種考慮風向角和周邊建筑影響的大跨度氣膜煤棚風荷載特性試驗，從大跨度煤棚風荷載特性角度完成相關的分析研究［3］；提出基于破壞概率的大跨度柱面網架不規則結構風災易損性分析方法，該方法具有較為深遠的指導意義［4］。

在上述研究方法的基礎上，使用疏透網板搭配蓋板等材料建造大跨度煤棚，疏透板上的孔洞能夠幫助空氣流通?；诖朔治霾煌柰嘎蕦τ诿号镲L荷載特性的影響，為今后煤棚建造提供更多的數據支持。

1 大跨度煤棚風荷載影響分析

1.1 研究對象確定

以一個圓柱面煤棚為研究對象，該煤棚的縱向長度、橫向跨度以及垂直矢高分別為275、149、46 m，為提升采光效果，在煤棚頂部位置布置一個天窗，天窗高度為3 m，每個煤棚之間并列排布，每2個煤棚之間的間距為10 m［5-6］。山墻疏透率分別為0%（全封閉）、15%、35%、50%（半封閉）、75%5種類型。實際制備試驗模型置于風洞之中，模型與不同疏透率板材情況如圖1所示。

2 結果分析

2.1 大跨度煤棚整體風力系數

分析計算不同風向角工況之下，煤棚整體風力系數變化情況，試驗結果如圖2所示。

由圖2（a）可知，疏透率越大，大跨度煤棚的山墻阻力系數呈現出明顯降低趨勢。山墻疏透率超過35%的情況下，90°正面迎風為山墻最不利風向。

由圖2（b）可知，75%疏透率（山墻接近完全敞開）時大跨度煤棚模型的屋蓋阻力系數明顯更高；由此可以確定，該種阻力系數之下，山墻疏透率不會直接對大跨度煤棚的風荷載造成影響。

由圖2（c）可知，０％山墻疏透率（完全封閉）與其他山墻疏透率大跨度煤棚模型相比，０％山墻疏透率的最不利升力系數更高。經分析，屋蓋升阻力系數受山墻疏透率影響的機理比較復雜，假如山墻不適用完全封閉方式，風向發生改變時各種疏透率下的山墻阻力系數呈現出一致趨勢。由圖 ２（ｃ）能夠看出，在15%～75%山墻疏透率下，大跨度煤棚的最不利風向屋蓋升力主要集中在30°～45°風向角之處。

2.2 體型系數分析結果

圖3為不同山體疏透率下，大跨度煤棚模型不同風向角下的體型系數變化情況。

由圖3可知，風向角大于15°時，不同疏透率下的大跨度煤棚山墻體型系數始終大于0。山墻疏透率較大情況下，風向角未超過90°時，模型體型系數始終保持正值，當風向角大于90°時，模型體型系數轉為負值。風向角為0°時，來流動壓完全成為測量壓力值，因此，體型系數為正值，但是風向角增大，山墻和來流之間形成夾角，流動壓不能向測量壓轉換，體型系數也轉為負值。

2.3 負風壓極值風壓系數分析結果

分析不同疏透率下，大跨度煤棚在不同風向角下負風壓極值的風壓系數變化，大跨度煤棚的風壓系數變化情況，實驗結果如圖4所示。

由圖4可看出，在存在周邊干擾和不存在周邊干擾情況下，山墻疏透率越大，煤棚負風壓系數絕對值更高，所以山墻疏透率較高或者完全敞開，會導致大跨度煤棚出現不穩定情況。

3 結語

研究通過計算各類系數獲得山墻疏透率對于大跨度煤棚風荷載造成的影響，由此出發能夠在今后的建設中找出改善大跨度煤棚結構，提升煤棚穩定性的方法。實際情況下，大跨度煤棚周圍會存在不同形式的建筑結構與其他環境干擾因素；后續研究還可以計算更多風振系數分析煤棚中風荷載的變化。

【參考文獻】

［1］ 王文玥，陳琳琳，崔會敏，等.大跨度度煤棚內混合對流傳熱特性的數值模擬研究［J］.工程力學，2021，38（S1）：66-71.

［2］ 胡洋.大跨度度干煤棚預應力鋼結構施工模擬仿真計算與施工技術研究［J］.施工技術，2021，50（8）：128-131.

［3］ 王浩，李宇青，姜會民，等.考慮風向角和周邊建筑影響的大跨度氣膜煤棚風荷載特性試驗研究［J］.石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2022，35（2）：20-25.

［4］ 柴云霏，范存新.基于破壞概率的大跨度度柱面網架不規則結構風災易損性分析［J］.結構工程師，2022，38（3）：67-74.

［5］ 田樂，王育紅.輕鋼與泡沫混凝土組合墻體抗剪承載力有限元分析［J］.粘接，2022，49（6）：111-114.

［6］ 鹿維丹，郝燃.用Nataf變換的超高層建筑屋頂結構風荷載預測［J］.計算機仿真，2021，38（5）：362-365.

［7］ 袁養金，戴益民，許靈波，等.直流風洞中大比例風場模擬試驗［J］.湖南科技大學學報（自然科學版），2021，36（3）：50-57.

［8］ 楊劍，陳煜，徐楓，等.考慮地形和土地覆蓋影響的參數化臺風風場模擬［J］.自然災害學報，2021，30（1）：47-59.

［9］ 劉娜，張風麗，李志坤，等.基于SAR與NL數據的建成區提取及其在WRF風場模擬優化中應用［J］.遙感技術與應用，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］ 蘇寧，彭士濤，洪寧寧.山墻疏透率對并列布置雙煤棚風荷載的影響［J］.振動與沖擊，2021，40（22）：275-282.

［12］ 吳秀峰，白小龍，杜丙勛，等.折邊鋁合金薄板的抗風性能試驗及分析［J］.力學季刊，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

作者簡介：肖 希（1987-），男，高級工程師，研究方向：工業建筑、鋼結構及大跨度工程;E-mail：xx139397@

163.com。

引文格式：肖 希.山墻疏透率對大跨度煤棚風荷載的影響研究［J］.粘接，2023，51（3）：161-164.