山墻疏透率對(duì)大跨度煤棚風(fēng)荷載的影響研究

肖希

摘 要：為解決在大跨度煤棚中，復(fù)雜氣流和結(jié)構(gòu)相互作用使得風(fēng)荷載傳遞過(guò)程較為復(fù)雜問(wèn)題，研究山墻疏透率對(duì)大跨度煤棚風(fēng)荷載的影響。計(jì)算獲得極值風(fēng)壓系數(shù)、整體風(fēng)力系數(shù)以及風(fēng)荷載體型系數(shù)，獲取能夠反映風(fēng)荷載變化的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果可知，提高山墻疏透率，能夠促進(jìn)大跨度煤棚內(nèi)外空氣流通，實(shí)現(xiàn)氣體的交換，使得煤棚風(fēng)吸力得到有效降低。山墻疏透率增加，煤棚中內(nèi)壓更加影響風(fēng)壓分布，產(chǎn)生正值內(nèi)壓，但是當(dāng)煤棚山墻處于背風(fēng)風(fēng)向角時(shí)，煤棚中形成負(fù)值內(nèi)壓，造成主體風(fēng)荷載出現(xiàn)極大力矩。

關(guān)鍵詞：山墻疏透率；大跨度煤棚；風(fēng)荷載；風(fēng)吸力；正值內(nèi)壓

中圖分類(lèi)號(hào)：TU393.3；TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(chǔ)煤需要與建造工藝限制，煤棚一般采用寬敞的開(kāi)敞建筑結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不存在明顯阻力，氣流會(huì)從煤棚之中自由穿梭，所形成的空氣動(dòng)力與繞流情況極其復(fù)雜［1-2］。這種情況就要求煤棚具有較為穩(wěn)定的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，但是這也為煤棚建造帶來(lái)較大挑戰(zhàn)。有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種考慮風(fēng)向角和周邊建筑影響的大跨度氣膜煤棚風(fēng)荷載特性試驗(yàn)，從大跨度煤棚風(fēng)荷載特性角度完成相關(guān)的分析研究［3］；提出基于破壞概率的大跨度柱面網(wǎng)架不規(guī)則結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)易損性分析方法，該方法具有較為深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義［4］。

在上述研究方法的基礎(chǔ)上，使用疏透網(wǎng)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?duì)于煤棚風(fēng)荷載特性的影響，為今后煤棚建造提供更多的數(shù)據(jù)支持。

1 大跨度煤棚風(fēng)荷載影響分析

1.1 研究對(duì)象確定

以一個(gè)圓柱面煤棚為研究對(duì)象，該煤棚的縱向長(zhǎng)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(gè)天窗，天窗高度為3 m，每個(gè)煤棚之間并列排布，每2個(gè)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(lèi)型。實(shí)際制備試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭糜陲L(fēng)洞之中，模型與不同疏透率板材情況如圖1所示。

2 結(jié)果分析

2.1 大跨度煤棚整體風(fēng)力系數(shù)

分析計(jì)算不同風(fēng)向角工況之下，煤棚整體風(fēng)力系數(shù)變化情況，試驗(yàn)結(jié)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(shù)呈現(xiàn)出明顯降低趨勢(shì)。山墻疏透率超過(guò)35%的情況下，90°正面迎風(fēng)為山墻最不利風(fēng)向。

由圖2（b）可知，75%疏透率（山墻接近完全敞開(kāi)）時(shí)大跨度煤棚模型的屋蓋阻力系數(shù)明顯更高；由此可以確定，該種阻力系數(shù)之下，山墻疏透率不會(huì)直接對(duì)大跨度煤棚的風(fēng)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(shù)更高。經(jīng)分析，屋蓋升阻力系數(shù)受山墻疏透率影響的機(jī)理比較復(fù)雜，假如山墻不適用完全封閉方式，風(fēng)向發(fā)生改變時(shí)各種疏透率下的山墻阻力系數(shù)呈現(xiàn)出一致趨勢(shì)。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(fēng)向屋蓋升力主要集中在30°～45°風(fēng)向角之處。

2.2 體型系數(shù)分析結(jié)果

圖3為不同山體疏透率下，大跨度煤棚模型不同風(fēng)向角下的體型系數(shù)變化情況。

由圖3可知，風(fēng)向角大于15°時(shí)，不同疏透率下的大跨度煤棚山墻體型系數(shù)始終大于0。山墻疏透率較大情況下，風(fēng)向角未超過(guò)90°時(shí)，模型體型系數(shù)始終保持正值，當(dāng)風(fēng)向角大于90°時(shí)，模型體型系數(shù)轉(zhuǎn)為負(fù)值。風(fēng)向角為0°時(shí)，來(lái)流動(dòng)壓完全成為測(cè)量壓力值，因此，體型系數(shù)為正值，但是風(fēng)向角增大，山墻和來(lái)流之間形成夾角，流動(dòng)壓不能向測(cè)量壓轉(zhuǎn)換，體型系數(shù)也轉(zhuǎn)為負(fù)值。

2.3 負(fù)風(fēng)壓極值風(fēng)壓系數(shù)分析結(jié)果

分析不同疏透率下，大跨度煤棚在不同風(fēng)向角下負(fù)風(fēng)壓極值的風(fēng)壓系數(shù)變化，大跨度煤棚的風(fēng)壓系數(shù)變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fù)風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值更高，所以山墻疏透率較高或者完全敞開(kāi)，會(huì)導(dǎo)致大跨度煤棚出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。

3 結(jié)語(yǔ)

研究通過(guò)計(jì)算各類(lèi)系數(shù)獲得山墻疏透率對(duì)于大跨度煤棚風(fēng)荷載造成的影響，由此出發(fā)能夠在今后的建設(shè)中找出改善大跨度煤棚結(jié)構(gòu)，提升煤棚穩(wěn)定性的方法。實(shí)際情況下，大跨度煤棚周?chē)鷷?huì)存在不同形式的建筑結(jié)構(gòu)與其他環(huán)境干擾因素；后續(xù)研究還可以計(jì)算更多風(fēng)振系數(shù)分析煤棚中風(fēng)荷載的變化。

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收稿日期：2023-10-19；修回日期：2024-02-18

作者簡(jiǎn)介：肖 希（1987-），男，高級(jí)工程師，研究方向：工業(yè)建筑、鋼結(jié)構(gòu)及大跨度工程;E-mail：xx139397@

163.com。

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