開敞式拱形波紋鋼屋蓋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),在受到較大風(fēng)荷載側(cè)向作用時,其風(fēng)致動力響應(yīng)較為明顯。又因四周開敞,除在表面受到風(fēng)荷載作用外,風(fēng)在內(nèi)部形成一個大的錐形的非定常湍流場,在內(nèi)外壓共同作用下,風(fēng)的強(qiáng)大吸力以及脈動風(fēng)荷載在柔性屋蓋上引起的振動,使得豎向風(fēng)壓和振動效應(yīng)非常顯著。

(1)國內(nèi)對四周開敞的網(wǎng)殼干煤棚進(jìn)行過不同風(fēng)向角下體型系數(shù)的風(fēng)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(fēng)對這類四周開敞的結(jié)構(gòu)作用以吸力為主,網(wǎng)殼前后邊緣流動較易分離,風(fēng)壓變化梯度較大,風(fēng)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(jié)構(gòu)上風(fēng)壓分布的影響較大;內(nèi)部堆積物體相對于結(jié)構(gòu)體積較小的情況下,其對網(wǎng)殼表面風(fēng)壓分布的影響可以忽略;大氣邊界層風(fēng)場中的脈動風(fēng)對屋蓋表面風(fēng)壓的影響較大;統(tǒng)計試驗結(jié)果表明,最不利風(fēng)向角不一定沿縱向和跨度方向。

(3)西北電力設(shè)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(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明,風(fēng)荷載和風(fēng)動力作用是造成倒塌的主要原因。

(4)浙江大學(xué)的樓文娟等人在《風(fēng)致內(nèi)壓及其對屋蓋結(jié)構(gòu)的作用研究現(xiàn)狀評述))一文中指出,己有的災(zāi)情調(diào)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(nèi)部的風(fēng)致壓力對屋面結(jié)構(gòu)的安全有不可忽視的影響。

(5)北建工的叢峻利用數(shù)值風(fēng)洞技術(shù),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(xué)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力分析和隨機(jī)振動分析,從而得到了結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動響應(yīng)。

目前,國內(nèi)關(guān)于開敞式拱形波紋鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能研究還很少,己經(jīng)頒布實施的《拱形波紋鋼屋蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對于風(fēng)荷載也一般只作靜力驗算,忽略了風(fēng)的動力響應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響;國外一些學(xué)者只對屋蓋結(jié)構(gòu)在部分開孔情況下的內(nèi)壓變化作了研究,并且尚未涉及內(nèi)外壓共同作用下屋面的整體風(fēng)致效應(yīng);對這類柔性屋面,國內(nèi)外還沒有采用氣動彈性模型試驗對其在內(nèi)外壓共同作用下的氣動彈性現(xiàn)象和流固藕合效應(yīng)進(jìn)行研究。開敞式拱形波紋鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)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(jī)理研究。因此,明確此類屋蓋上風(fēng)壓的分布規(guī)律以及風(fēng)致振動響應(yīng)特性,是此類屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計急需解決的問題。