開敞式拱形波紋鋼屋蓋結構為無梁無凜無山墻、剛度較小的薄殼拱形屋蓋體系,不同于高層、高聳及封閉大跨度結構,在受到較大風荷載側向作用時,其風致動力響應較為明顯。又因四周開敞,除在表面受到風荷載作用外,風在內部形成一個大的錐形的非定常湍流場,在內外壓共同作用下,風的強大吸力以及脈動風荷載在柔性屋蓋上引起的振動,使得豎向風壓和振動效應非常顯著。

(1)國內對四周開敞的網(wǎng)殼干煤棚進行過不同風向角下體型系數(shù)的風洞試驗研究,如河南南陽鴨河口電廠干煤棚、湖北黃石電廠干煤棚以及河南開封光明電廠干煤棚等,指出風對這類四周開敞的結構作用以吸力為主,網(wǎng)殼前后邊緣流動較易分離,風壓變化梯度較大,風壓極值常出現(xiàn)在四周邊緣處。

(2)周邊建筑對這類開敞網(wǎng)殼結構上風壓分布的影響較大;內部堆積物體相對于結構體積較小的情況下,其對網(wǎng)殼表面風壓分布的影響可以忽略;大氣邊界層風場中的脈動風對屋蓋表面風壓的影響較大;統(tǒng)計試驗結果表明,最不利風向角不一定沿縱向和跨度方向。

(3)西北電力設計院的李紅星等人對一倒塌的四周開敞的儲煤拱形波紋鋼屋蓋進行了分析研究。結果表明,風荷載和風動力作用是造成倒塌的主要原因。

(4)浙江大學的樓文娟等人在《風致內壓及其對屋蓋結構的作用研究現(xiàn)狀評述))一文中指出,己有的災情調查、試驗和理論研究,均表明了建筑物部分敞開或突然開孔時,建筑內部的風致壓力對屋面結構的安全有不可忽視的影響。

(5)北建工的叢峻利用數(shù)值風洞技術,模擬了兩端開敞的落地網(wǎng)殼拱形屋面體型系數(shù),并與歐洲規(guī)范作了比較。

(6)清華大學的譚成冬基于規(guī)范給出的落地封閉拱體型系數(shù),通過頻域分析,對拱型波紋鋼屋蓋結構進行了靜力分析和隨機振動分析,從而得到了結構風振系數(shù)和結構各個位置的位移功率譜、速度功率譜及加速度功率譜;然后又采用時域法研究了拱形波紋鋼屋蓋結構的風致振動響應。

目前,國內關于開敞式拱形波紋鋼屋蓋結構的抗風性能研究還很少,己經(jīng)頒布實施的《拱形波紋鋼屋蓋結構技術規(guī)程》對于風荷載也一般只作靜力驗算,忽略了風的動力響應對結構的影響;國外一些學者只對屋蓋結構在部分開孔情況下的內壓變化作了研究,并且尚未涉及內外壓共同作用下屋面的整體風致效應;對這類柔性屋面,國內外還沒有采用氣動彈性模型試驗對其在內外壓共同作用下的氣動彈性現(xiàn)象和流固藕合效應進行研究。開敞式拱形波紋鋼屋蓋結構的抗風性能在試驗和理論研究上尚停留在現(xiàn)象揭示這一層面上,沒有一個明確的理論框架,缺乏量化和深入的機理研究。因此,明確此類屋蓋上風壓的分布規(guī)律以及風致振動響應特性,是此類屋蓋結構抗風設計急需解決的問題。