吳 昆，王少杰，張廣鵬，魏 珉，劉福勝，呂 鑫

拱形塑料大棚風(fēng)致干擾效應(yīng)及風(fēng)壓特性研究

吳 昆1,3，王少杰1,2※，張廣鵬1，魏 珉2，劉福勝1，呂 鑫1

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，泰安 271018； 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，泰安 271018；3. 山東交通職業(yè)學(xué)院，濰坊 261206）

群體布置的拱形塑料大棚（簡稱群棚）棚間存在風(fēng)致干擾效應(yīng)，為了探明群棚干擾效應(yīng)并建立考慮干擾效應(yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù)，基于Reynolds時均N-S方程和Realizable湍流模型，采用經(jīng)驗(yàn)證的數(shù)值風(fēng)洞方法研究了拱形塑料大棚單棚及群棚模型在不同風(fēng)向角、不同棚間距下的表面風(fēng)壓特性。結(jié)果表明：拱棚群體布置引發(fā)干擾效應(yīng)并改變風(fēng)壓特性，該效應(yīng)具體表現(xiàn)為放大效應(yīng)（群棚外圍區(qū)域）和遮擋效應(yīng)（群棚中間區(qū)域）；干擾效應(yīng)受風(fēng)向角及棚間距的影響較明顯，整體隨棚間距增大而減弱，并大致在10 m棚間距時趨于穩(wěn)定。干擾效應(yīng)整體削弱棚區(qū)風(fēng)壓通風(fēng)能力，從利于風(fēng)壓通風(fēng)角度提出了群棚園區(qū)規(guī)劃布局建議，即棚身長軸方向宜與群棚所處地域夏季主導(dǎo)風(fēng)向相垂直并適當(dāng)增加棚間距。最后，以上述研究為基礎(chǔ)，根據(jù)干擾效應(yīng)分區(qū)域給出了群棚（矢跨比=3:8）便于設(shè)計(jì)使用的風(fēng)荷載體型系數(shù)。處于群棚外圍區(qū)域的拱棚，其風(fēng)荷載體型系數(shù)具體為：當(dāng)風(fēng)向角為0時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)面、中間棚頂、背風(fēng)面、兩側(cè)山墻分別為+0.41、-0.78、-0.26、-0.48；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)山墻、棚面分別為+0.36、-0.44。處于群棚中間區(qū)域的拱棚，其風(fēng)荷載體型系數(shù)具體為：當(dāng)風(fēng)向角為0時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)面、中間棚頂、背風(fēng)面、兩側(cè)山墻分別為+0.30、-0.71、-0.26、-0.48；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)山墻、棚面分別為+0.34、-0.35。研究結(jié)論：群體布置的拱形塑料大棚存在風(fēng)致干擾效應(yīng)，設(shè)計(jì)時宜考慮風(fēng)致干擾效應(yīng)引起的棚面風(fēng)壓變化。

荷載；模型；通風(fēng)；拱形塑料大棚；數(shù)值風(fēng)洞；干擾因子；風(fēng)致干擾效應(yīng)；風(fēng)荷載體型系數(shù)

0 引 言

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)、保護(hù)地栽培技術(shù)的迅速發(fā)展，拱形塑料大棚廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，它具有抵抗自然災(zāi)害、防寒保溫、抗旱抗?jié)常ū苡辏?、延長作物生長期等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，深受廣大生產(chǎn)者歡迎。拱形塑料大棚屬于典型的自重輕、結(jié)構(gòu)柔、使用年限短、風(fēng)雪荷載敏感的低矮結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時風(fēng)雪荷載通常是重要控制荷載[1]；近年來，風(fēng)災(zāi)導(dǎo)致拱形塑料大棚破壞事故屢見不鮮[2]。

生產(chǎn)中，拱形塑料大棚多以群體布置，國內(nèi)外學(xué)者[3-7]研究表明，群集建筑物會影響周邊風(fēng)環(huán)境，改變建筑表面風(fēng)壓特性，形成干擾效應(yīng)。此前關(guān)于風(fēng)致干擾效應(yīng)的研究，大多借助風(fēng)洞試驗(yàn)方法，且多針對幾個體形規(guī)則的平屋面結(jié)構(gòu)或高聳結(jié)構(gòu)[8-11]；而對連片低矮的拱形塑料大棚群體結(jié)構(gòu)風(fēng)壓特性研究相對較少。隨著計(jì)算流體動力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了與風(fēng)洞試驗(yàn)對應(yīng)的CFD數(shù)值風(fēng)洞模擬方法，該方法通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示功能，在時間和空間上定量描述流場數(shù)值解，能方便地提供全部流場范圍的詳細(xì)信息，為監(jiān)測復(fù)雜流動提供了直觀有效的工具。近年來基于CFD數(shù)值風(fēng)洞開展風(fēng)工程研究在大跨度結(jié)構(gòu)、平屋面結(jié)構(gòu)、柱面拱形結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式及室內(nèi)通風(fēng)等諸多領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用[12-16]，求解結(jié)果可靠性得到驗(yàn)證。

基于CFD數(shù)值風(fēng)洞，顏衛(wèi)亨等[17]針對野營帳篷進(jìn)行了群體風(fēng)致干擾效應(yīng)研究，提出了遮擋與放大效應(yīng)；但拱形塑料大棚與野營帳篷結(jié)構(gòu)形式、使用功能不同。風(fēng)荷載體型系數(shù)是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，且受干擾效應(yīng)的影響較顯著[18]，中國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）[19]對風(fēng)荷載體型系數(shù)的設(shè)定主要適用于建筑結(jié)構(gòu)，沒有充分考慮拱棚結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB/T 51183-2016）[20]在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）基礎(chǔ)上，根據(jù)溫室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了風(fēng)荷載體型系數(shù)的調(diào)整，但其所涵蓋的棚型和風(fēng)向角仍不夠全面，也沒有考慮風(fēng)致干擾效應(yīng)影響。在國外，澳大利亞/新西蘭《Structural design actions Part 2: Wind actions》(AS/NZS 1170. 2: 2011)[21]規(guī)定：在迎風(fēng)方向兩側(cè)各22.5°、半徑為20倍的受擾建筑高度范圍內(nèi)，且當(dāng)施擾建筑高度不小于受擾建筑時，才允許考慮遮擋影響，并用小于1.0的遮擋系數(shù)s來衡量遮擋程度；但該規(guī)范并未提及放大效應(yīng)影響，偏于不安全。

連片低矮且對風(fēng)敏感的拱形塑料大棚群體，在近地面高湍流度風(fēng)場作用下，其風(fēng)壓特性易受周圍拱棚的干擾，形成風(fēng)致干擾效應(yīng)。為了探明該干擾效應(yīng)，提出考慮干擾效應(yīng)影響的風(fēng)荷載體型系數(shù)，本文以Reynolds時均N-S方程和Realizable模型為基礎(chǔ)，以風(fēng)向角和棚間距為變量（共30種工況），對單棚及群棚模型進(jìn)行了表面平均風(fēng)壓的數(shù)值風(fēng)洞仿真計(jì)算，深入分析了風(fēng)壓特性變化規(guī)律,最后提出了實(shí)用化的設(shè)計(jì)參數(shù)和基于主導(dǎo)風(fēng)向的園區(qū)規(guī)劃布局建議。

1 理論與方法

1.1 計(jì)算原理

受干擾效應(yīng)影響，群棚區(qū)域流場繞流特性復(fù)雜，采用CFD數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究經(jīng)濟(jì)高效。近地面風(fēng)是一種低速、不可壓縮、粘性的牛頓流體，為了研究風(fēng)的湍流在群棚區(qū)域引起的平均流場變化，在對其進(jìn)行數(shù)值分析時，將基本控制方程即瞬態(tài)Navier-Stokes方程做時間平均化處理，得到基于Reynolds的時均N-S方程[22]（式（1）～式（2））。

式中和分別是與湍動能和耗散率對應(yīng)的湍動普朗特?cái)?shù)，G是平均速度梯度引起的湍動能的產(chǎn)生項(xiàng)，1、2為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。Realizable模型可以在雷諾應(yīng)力上保持與真實(shí)湍流的一致，在湍動粘度計(jì)算中考慮了曲率影響，Lateb等[23-24]通過研究證實(shí)該模型能有效適用于邊界層流動、帶分離的流動、旋轉(zhuǎn)均勻剪切流等各種不同類型的流動模擬，且在干擾效應(yīng)數(shù)值計(jì)算中具有良好的適用性。同時考慮壁面存在對流場的影響，采用非平衡壁面函數(shù)（non-equilibrium wall functions）將壁面上的物理量與湍流核心區(qū)變量聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)對Realizable模型的修正。

1.2 干擾因子

為了揭示干擾效應(yīng)并研究變化規(guī)律，衡量其影響程度，引入干擾因子IF[17]，其表達(dá)式見式（5）。

式中sI代表干擾效應(yīng)影響下目標(biāo)拱棚某區(qū)域的風(fēng)荷載體型系數(shù)，sA則代表未受干擾效應(yīng)影響的單棚對應(yīng)區(qū)域的風(fēng)荷載體型系數(shù)，二者的比例關(guān)系體現(xiàn)了風(fēng)致干擾效應(yīng)的影響程度。具體來說，當(dāng)IF絕對值大于1.0時，體現(xiàn)為群棚影響下的放大效應(yīng)，即風(fēng)荷載變大，絕對值越大放大效應(yīng)越明顯；當(dāng)IF絕對值小于1.0時，體現(xiàn)為群棚影響下的遮擋效應(yīng)，即風(fēng)荷載變小，絕對值越小遮擋效應(yīng)越明顯；當(dāng)IF等于1.0時，干擾效應(yīng)消失，風(fēng)荷載與單棚時相同；倘若IF小于0，說明在干擾效應(yīng)影響下風(fēng)向發(fā)生反轉(zhuǎn)。

2 模型建立及其驗(yàn)證

2.1 群棚模型

作為研究案例的拱形塑料大棚原型來自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)承擔(dān)的國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目“拱棚結(jié)構(gòu)與環(huán)境調(diào)控”萊蕪試驗(yàn)站，對應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸為××=40 m× 8 m×3 m（為拱棚長度，為拱棚跨度，為拱棚高度），肩高為1.4 m，矢跨比為3:8，此類棚型在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。群棚模型如圖1所示，采用5行6列對稱布局，拱棚數(shù)量為30個，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際設(shè)定棚間道路寬度L1=2.5 m、L2=9 m，群棚模型在坐標(biāo)軸方向總長度為L=265.5 m。

注：棚間道路寬度LX1=2.5 m、LX2=9 m，模型在坐標(biāo)軸X方向總長度LX= 265.5 m；LYN為棚間距，在不同模型中取值分別為2、4、6、8、10和12 m；風(fēng)向角為0、30°、45°、60°、90°；棚體命名規(guī)則：采用“i-j”表示，如“1-2”表示第1排第2列對應(yīng)的棚體。

2.2 棚身分區(qū)

結(jié)合風(fēng)壓分布規(guī)律及拱棚結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將棚面和兩側(cè)山墻細(xì)分為多個區(qū)域。棚面沿坐標(biāo)軸方向以/43/4為分界線，沿坐標(biāo)軸方向以棚肩、棚頂位置為分界線進(jìn)行分區(qū)，具體如圖2a所示。其中，區(qū)域LT、MT、RT對應(yīng)棚頂，此處常設(shè)有頂部通風(fēng)口；區(qū)域LB、MB、RB和LB￠、MB￠、RB￠對應(yīng)兩側(cè)棚肩以下部位，此處常設(shè)有側(cè)向通風(fēng)口；區(qū)域LM、MM、RM和LM￠、MM￠、RM￠對應(yīng)棚肩上部至棚頂之間。兩側(cè)山墻LG、RG對應(yīng)分區(qū)如圖2b、2c所示。

注：LT、MT、RT指棚頂左側(cè)、中間、右側(cè)區(qū)域，LB、MB、RB指迎風(fēng)向棚肩以下左側(cè)、中間、右側(cè)區(qū)域，LB￠、MB￠、RB￠指背風(fēng)向棚肩以下左側(cè)、中間、右側(cè)區(qū)域，LM、MM、RM指迎風(fēng)向棚肩與棚頂之間左側(cè)、中間、右側(cè)區(qū)域，LM￠、MM￠、RM￠指背風(fēng)向棚肩與棚頂之間左側(cè)、中間、右側(cè)區(qū)域，LG1、LG2、LG3指左側(cè)山墻迎風(fēng)向前側(cè)、中間、后側(cè)區(qū)域，RG1、RG2、RG3指右側(cè)山墻迎風(fēng)向前側(cè)、中間、后側(cè)區(qū)域。LG1、LG2、LG3分別與RG1、RG2、RG3位置對稱。

2.3 計(jì)算參數(shù)

式中湍流積分尺度100(/30)0.5，()為湍流強(qiáng)度，參考日本規(guī)范Ⅱ類地貌取值[27]（式（8））。

2.4 模型驗(yàn)證

柱面殼體與拱棚具有結(jié)構(gòu)相似性，本文結(jié)合柱面殼體風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證CFD分析結(jié)果的可靠性。李元齊等[28-29]分別對柱面模型（對應(yīng)矢跨比為1:3、長跨比為1:1）開展了風(fēng)洞測壓試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了模型表面的平均風(fēng)壓分布特性，研究結(jié)果可用于驗(yàn)證本文拱棚分析方法與結(jié)果的可靠性。按照本文的建模方法，建立同尺寸柱面殼體結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，在B類地貌下采用Realizable模型進(jìn)行CFD分析，獲取了柱面結(jié)構(gòu)3個風(fēng)向角0、45°、90°的表面平均風(fēng)壓分布圖，并與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，詳見表1。

表1 CFD分析與風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)壓分布對比

由表1中各圖對比可直觀看出，在風(fēng)壓分布規(guī)律方面，采用本文CFD分析方法得到的分布規(guī)律與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果無論是在柱面殼體的迎風(fēng)面、背風(fēng)面還是風(fēng)敏感邊角區(qū)域，發(fā)展變化趨勢均一致；在風(fēng)壓系數(shù)方面，CFD分析方法所獲取的數(shù)值更加細(xì)致全面，對比風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，兩者最大正、負(fù)風(fēng)壓系數(shù)一致，分別均為+0.3、-1.0，且數(shù)值梯度變化基本一致。綜合來看，本文CFD分析結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果具有較高吻合度，驗(yàn)證了本文研究方法的可靠性。

3 結(jié)果與分析

3.1 風(fēng)壓分布規(guī)律

干擾效應(yīng)影響棚身風(fēng)壓分布，在風(fēng)向角為0時5-3棚位于群棚迎風(fēng)末排，受干擾效應(yīng)影響明顯，以不同棚間距下對應(yīng)的5-3棚為分析對象，開展與單棚對應(yīng)之平均風(fēng)壓分布規(guī)律的對比分析，如圖3所示。由圖3a單棚平均風(fēng)壓系數(shù)分布圖可明顯看出，等值線排布有序、密集鋪開、左右對稱，基本平行于迎風(fēng)邊緣，整體變化較規(guī)律。其中，區(qū)域LB、MB、RB位于迎風(fēng)面，風(fēng)壓系數(shù)多為正值，最大為+0.30，表現(xiàn)為風(fēng)壓力；棚頂區(qū)域LT、MT、RT及背風(fēng)面區(qū)域LB￠、MB￠、RB￠風(fēng)壓系數(shù)全部為負(fù)值，最大為?0.75，表現(xiàn)為風(fēng)吸力。

圖3 風(fēng)向角為0時棚體平均風(fēng)壓系數(shù)分布圖

由圖3可明顯看出，5-3棚在干擾效應(yīng)影響下其平均風(fēng)壓系數(shù)分布圖明顯區(qū)別于單棚，5-3棚的風(fēng)壓系數(shù)等值線排布稀疏，對稱性差，同一縱向截面對應(yīng)的風(fēng)壓系數(shù)不相等。分區(qū)域開展對比分析：在棚頂中部區(qū)域MT，單棚、5-3棚對應(yīng)的風(fēng)壓系數(shù)分別介于?0.30～?0.75、?0.20～?1.00，后者風(fēng)壓系數(shù)梯度變化大，風(fēng)壓大的區(qū)域面積較小，整體表現(xiàn)為明顯的遮擋效應(yīng)；在迎風(fēng)面及棚頂區(qū)域，單棚風(fēng)壓系數(shù)等值線以水平直線均勻分布為主，而5-3棚局部區(qū)域LT、RT、LB、RB的風(fēng)壓等值線表現(xiàn)為集中排布的同心圓，風(fēng)壓系數(shù)梯度變化明顯，部分區(qū)域甚至大于單棚，存在放大效應(yīng)。

進(jìn)一步分析棚間距YN對5-3棚風(fēng)壓特性的影響可知，干擾效應(yīng)受棚間距的影響較為明顯。當(dāng)YN≤4 m時，5-3棚風(fēng)壓系數(shù)整體小于單棚，以遮擋效應(yīng)為主；當(dāng)YN增至6、8 m時，5-3棚迎風(fēng)區(qū)域LB、RB及棚頂邊緣區(qū)域LT、RT先后出現(xiàn)放大效應(yīng)，最大風(fēng)壓系數(shù)在迎風(fēng)面處由單棚時的+0.30放大至群棚時的+0.50，在棚頂處則由單棚時的?0.75放大至群棚時的?1.05；當(dāng)YN≥10 m時，風(fēng)壓系數(shù)等值線由稀疏變密集，并逐漸趨近于單棚時的狀態(tài)但仍異于單棚，證明干擾效應(yīng)的影響減弱至穩(wěn)定狀態(tài)但仍然存在。

3.2 干擾效應(yīng)分析

3.2.1 風(fēng)向角為0不同棚間距

風(fēng)向角為0時，選取群棚中的1-3、3-3和5-3棚進(jìn)行不同棚間距下的風(fēng)壓特性分析，分別對應(yīng)圖1所示群棚模型的迎風(fēng)前排（第1排）、中間（第3排）及末排（第5排）；圖4為各棚迎風(fēng)面及棚頂各區(qū)域?qū)?yīng)的干擾因子隨棚間距的變化曲線。

由圖4a可知，位于1-3棚迎風(fēng)面的區(qū)域LB、MB、RB對應(yīng)的干擾因子全部大于1.0，即所承受的風(fēng)壓力增強(qiáng)，表現(xiàn)為放大效應(yīng)，其中區(qū)域LB、MB、RB對應(yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù)比單棚最大分別放大1.33、1.18和1.16倍，并且這種放大效應(yīng)在YN較小時有逐漸增強(qiáng)趨勢；相比之下，1-3棚棚頂各區(qū)域?qū)?yīng)的干擾因子全部小于1.0，即棚頂所承受的風(fēng)吸力減弱，表現(xiàn)為遮擋效應(yīng)，例如區(qū)域RT在YN=10 m時相較于單棚最大遮擋了25%。由此可見，1-3棚雖然處于群棚模型的迎風(fēng)最前排，前方無遮擋，但依然受周邊棚體干擾效應(yīng)影響，風(fēng)壓特性異于單棚。從干擾因子隨棚間距的變化規(guī)律來看，當(dāng)YN≥10 m時，各區(qū)域干擾因子均呈現(xiàn)更加趨向于1.0的發(fā)展態(tài)勢，即無論是放大效應(yīng)還是遮擋效應(yīng)都趨于減弱。

圖4 風(fēng)向角為0時部分區(qū)域干擾因子隨棚間距的變化曲線

由圖4b可知，處于群棚模型中間位置的3-3棚，無論YN如何變化，干擾因子全部小于1.0，即遮擋效應(yīng)始終存在。區(qū)域LT、RT、LB、RB位于3-3棚兩端近道路邊緣位置，其干擾因子隨YN增大而增大，遮擋效應(yīng)減弱，并在YN=10 m時趨于穩(wěn)定；棚身中部區(qū)域MT、MB對應(yīng)的干擾因子較兩端區(qū)域進(jìn)一步減小，即遮擋效應(yīng)更加明顯。值得注意的是，當(dāng)YN≤8 m時，區(qū)域MB對應(yīng)的干擾因子小于0，即此處風(fēng)荷載方向相對于單棚發(fā)生了變化，這是因?yàn)槿号锊贾檬沟蔑L(fēng)場湍流度增大，風(fēng)流發(fā)散紊亂形成渦流，致使區(qū)域MB由單棚時的風(fēng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槿号锵碌娘L(fēng)吸力；其中當(dāng)YN≤4 m時，干擾因子絕對值增大即風(fēng)吸力略有增強(qiáng)，當(dāng)YN≥10 m后，干擾因子為正值，區(qū)域MB所承受的風(fēng)荷載變?yōu)轱L(fēng)壓力。

由圖4c可知，位于群棚模型迎風(fēng)末排的5-3棚，其風(fēng)壓特性較單棚模型亦存在明顯變化，且放大效應(yīng)與遮擋效應(yīng)共存。位于棚身近道路邊緣的端部區(qū)域LT、RT、LB、RB，其干擾因子在YN=2 m時全部小于1.0，表現(xiàn)為遮擋效應(yīng)；隨著YN的增大，遮擋效應(yīng)逐漸減弱直至消失，隨即放大效應(yīng)開始顯現(xiàn)并達(dá)到峰值，最終在YN=10 m時趨于穩(wěn)定；其中，區(qū)域LT、RT、LB、RB對應(yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù)比單棚最大分別放大1.16、1.26、1.42和1.26倍。相對于其他區(qū)域，5-3棚棚身中部區(qū)域MT干擾因子變化幅度不大，以遮擋效應(yīng)為主，但遮擋程度弱于3-3棚；區(qū)域MB在YN較小時，同樣出現(xiàn)了與3-3棚相類似的群棚作用下的風(fēng)吸力。

綜上可知，在風(fēng)向角為0時，干擾效應(yīng)在迎風(fēng)前排與末排區(qū)域表現(xiàn)為放大效應(yīng)與遮擋效應(yīng)共存，針對放大效應(yīng)要在群棚結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)時引起足夠重視；而群棚中間區(qū)域則以遮擋效應(yīng)為主。當(dāng)YN=10 m時，干擾效應(yīng)大致趨于穩(wěn)定。

3.2.2 30°、45°、60°風(fēng)向角不同棚間距

有關(guān)研究表明，處于中間區(qū)域的建筑物對面積密度較敏感[7]，故受篇幅所限，對30°、45°、60°風(fēng)向角下干擾效應(yīng)的分析主要圍繞圖1中處于中間區(qū)域的3-3棚展開。3-3棚在不同風(fēng)向角下干擾因子隨棚間距YN的變化曲線如圖5所示。

圖5 3-3棚在不同風(fēng)向角下干擾因子隨棚間距的變化曲線

總體分析圖5可知，在30°、45°、60°風(fēng)向角下，無論YN如何變化，3-3棚棚身各區(qū)域?qū)?yīng)的干擾因子始終小于1.0，即全部表現(xiàn)為遮擋效應(yīng)；在上述各風(fēng)向角下該效應(yīng)分別在YN=10、8和10 m時大致趨于穩(wěn)定，但由于道路寬度L1、L2并未發(fā)生改變，各風(fēng)向來流阻擋仍較嚴(yán)重，所以遮擋效應(yīng)依然明顯存在。針對處于群棚模型中間區(qū)域的棚體，因遮擋效應(yīng)影響其所受風(fēng)荷載值通常小于單棚，在此區(qū)域采用單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)偏于安全。

如圖5a、圖5b所示，在30°、45°風(fēng)向角下，各區(qū)域?qū)?yīng)干擾因子隨棚間距的變化曲線差異較大，部分區(qū)域（如LT）的干擾因子隨YN增大而增大，即遮擋效應(yīng)逐漸減弱；但存在個別區(qū)域（如MT）的干擾因子隨YN的增大而減小，即遮擋效應(yīng)反而增強(qiáng)，這與棚身各區(qū)域在風(fēng)向與間距變化下來流阻擋情況的不同有關(guān)。當(dāng)YN≥6 m時，30°風(fēng)向角下區(qū)域LB，45°風(fēng)向角下區(qū)域LB、MB均在渦流作用下出現(xiàn)風(fēng)向變化，由風(fēng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)吸力。與30°、45°風(fēng)向角相比，60°風(fēng)向角下的干擾因子隨棚間距的變化曲線則呈現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性，由圖5c可知，各區(qū)域遮擋效應(yīng)隨YN增大而逐漸減弱，其中位于迎風(fēng)山墻的區(qū)域LG1、LG2在YN增至10 m時更加趨近于單棚時的狀態(tài)。

綜上可知，在30°、45°、60°風(fēng)向角下，干擾效應(yīng)在群棚模型中間區(qū)域全部表現(xiàn)為遮擋效應(yīng)；在YN較小時遮擋效應(yīng)明顯，隨著YN增大，遮擋效應(yīng)以減弱為主，當(dāng)YN增至10 m時遮擋效應(yīng)依然存在但已趨于平穩(wěn)。

3.2.3 90°風(fēng)向角不同棚間距

圖6a為90°風(fēng)向角單棚風(fēng)壓系數(shù)的分布圖，沿縱軸基本呈對稱分布，棚頂風(fēng)壓系數(shù)全部為負(fù)值，表現(xiàn)為風(fēng)吸力。棚體迎風(fēng)前緣形成小范圍的氣流分離區(qū)，湍流運(yùn)動劇烈，風(fēng)壓系數(shù)最大為-0.9，隨著來流的分離、再附以及動能減小，棚頂風(fēng)壓沿縱軸逐漸減小。圖6b為90°風(fēng)向角位于群棚模型中間區(qū)域的3-3棚對應(yīng)的風(fēng)壓系數(shù)分布圖，由于該棚處于迎風(fēng)向第3排，風(fēng)壓系數(shù)整體較小，梯度變化較弱，遮擋效應(yīng)明顯；研究發(fā)現(xiàn)，由于緊鄰3-3棚兩側(cè)山墻的道路寬度并未改變，致使來流阻擋仍較嚴(yán)重，即使增加棚間距YN，遮擋效應(yīng)依然明顯存在。

圖6 90°風(fēng)向角棚體平均風(fēng)壓系數(shù)分布圖

90°風(fēng)向角下，群棚模型迎風(fēng)前排的風(fēng)壓特性變化最為明顯，故選取3-1棚進(jìn)行討論，對應(yīng)的干擾因子隨棚間距的變化曲線如圖7所示。分析可知，位于3-1棚迎風(fēng)山墻的區(qū)域LG1、LG2及迎風(fēng)前緣的區(qū)域LT、LB、LB￠基本均呈放大效應(yīng)。其中，區(qū)域LG1、LG2對應(yīng)的干擾因子隨棚間距的變化平穩(wěn)，除區(qū)域LG2在YN=2 m時對應(yīng)的干擾因子小于1.0，其他區(qū)域均大于1.0，但放大效應(yīng)并不明顯；相比而言，區(qū)域LT、LB、LB￠在YN較小時呈非常明顯的放大效應(yīng)，當(dāng)YN=2 m時，3個區(qū)域分別被放大1.25、1.42和1.43倍。其原因是在90°風(fēng)向角下，當(dāng)YN較小時在棚區(qū)局部會形成峽谷狀通道，風(fēng)從通道間川流而過，風(fēng)速加快，形成峽谷效應(yīng)[30-31]，使兩側(cè)棚身受到更大的風(fēng)荷載值，導(dǎo)致放大效應(yīng)的出現(xiàn)，并且這種放大效應(yīng)隨YN增大而明顯減弱，當(dāng)YN增至10 m時，干擾因子接近于1.0，放大效應(yīng)基本消失。

圖7 3-1棚在90°風(fēng)向角下干擾因子隨棚間距的變化曲線

綜合而言，90°風(fēng)向角下，當(dāng)YN較小時，會在群棚模型迎風(fēng)首排前緣區(qū)域存在明顯的放大效應(yīng)，威脅結(jié)構(gòu)安全；此效應(yīng)隨YN的增大而減弱，并在YN=10 m時近乎消失。與迎風(fēng)首排不同，在群棚模型迎風(fēng)向中間及后排區(qū)域則存在明顯的遮擋效應(yīng)，整體風(fēng)力作用較弱，即使YN發(fā)生變化，該遮擋效應(yīng)依然明顯存在。

3.3 群棚風(fēng)壓通風(fēng)

風(fēng)壓通風(fēng)是借助風(fēng)力作用造成的室內(nèi)外壓差進(jìn)行空氣交換的技術(shù)措施，屬于自然通風(fēng)的主要方式，是調(diào)控棚內(nèi)溫濕度的有力手段，能有效節(jié)約能源、降低成本、提高產(chǎn)出。通風(fēng)口的設(shè)置位置直接影響群棚風(fēng)壓通風(fēng)，例如《溫室通風(fēng)降溫設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 18621-2002）[32]在自然通風(fēng)系統(tǒng)中規(guī)定天窗的最佳位置應(yīng)設(shè)在屋面最高處（圓弧拱頂或屋脊），宮彬彬等[33]研究也表明拱形溫室拱頂窗口邊界平滑更加適合氣流流動，拱頂開窗在風(fēng)壓通風(fēng)時更加利于熱量散失；受干擾效應(yīng)引起的特征湍流作用，風(fēng)向、風(fēng)力的變化也會直接影響通風(fēng)效果。在風(fēng)壓通風(fēng)的研究中，風(fēng)壓系數(shù)起著重要作用，農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《溫室通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（NY/T 1451-2018）[34]在自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中建議參照風(fēng)力作用下溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位的風(fēng)壓系數(shù)合理布局進(jìn)、出風(fēng)口位置，以增加空氣流量。

以拱棚通風(fēng)口區(qū)域的平均風(fēng)壓系數(shù)隨風(fēng)向角及棚間距的變化分析單棚及群棚的風(fēng)壓通風(fēng)效果。拱棚通風(fēng)口通常設(shè)置在兩側(cè)棚肩以下及棚頂，通過上文分析可知，棚肩以下對應(yīng)的區(qū)域LB、MB、RB在群棚布置下常以遮擋效應(yīng)為主，偶爾還會出現(xiàn)風(fēng)向變化，影響風(fēng)壓通風(fēng)，不便于定量分析；而棚頂區(qū)域LT、MT、RT在各風(fēng)向下始終體現(xiàn)為負(fù)壓，即存在利于風(fēng)壓通風(fēng)的風(fēng)吸力，平均風(fēng)壓系數(shù)越大，風(fēng)吸力越強(qiáng)，風(fēng)壓通風(fēng)效果越好，因此對棚頂?shù)娘L(fēng)壓特性展開分析。

圖8為單棚、不同棚間距下的群棚其棚頂平均風(fēng)壓系數(shù)與風(fēng)向角的關(guān)系曲線，分析可知：單棚在風(fēng)向角為0時其棚頂平均風(fēng)壓系數(shù)最大，約為-0.62，即棚頂所承受的整體風(fēng)吸力最強(qiáng)，隨著風(fēng)向角從0增至90°，平均風(fēng)壓系數(shù)逐漸減小，在90°風(fēng)向角時棚頂整體風(fēng)吸力最弱，這也與圖6a吻合；針對群棚，重點(diǎn)分析YN=2、12 m工況，顯然相對于單棚，群棚布置減小了棚頂平均風(fēng)壓系數(shù)，直接削弱風(fēng)壓通風(fēng)效果，表現(xiàn)為明顯的遮擋效應(yīng)，其遮擋程度在各風(fēng)向角下大約為24%～37%，同時群棚在不同風(fēng)向角下其所展現(xiàn)的風(fēng)壓特性變化規(guī)律與單棚一致，即隨著風(fēng)向角增大，群棚頂部平均風(fēng)壓系數(shù)逐漸減小，風(fēng)吸力整體明顯減弱，其中當(dāng)風(fēng)向角大于30°時，風(fēng)吸力損失尤為明顯。由此可見，無論是單棚還是群棚，當(dāng)來流風(fēng)向與棚身長軸方向趨于垂直時，棚頂風(fēng)壓系數(shù)相對較大，風(fēng)吸力更強(qiáng)，更利于風(fēng)壓通風(fēng)。此外，對比棚間距為2和12 m的群棚模型其平均風(fēng)壓系數(shù)變化規(guī)律可知，隨著棚間距減小，棚頂平均風(fēng)壓系數(shù)變得更小，即風(fēng)吸力更弱，遮擋效應(yīng)更嚴(yán)重。

圖8 單棚及群棚頂部平均風(fēng)壓系數(shù)與風(fēng)向角關(guān)系曲線

綜上可知，群棚布置引發(fā)遮擋效應(yīng)不利于棚區(qū)風(fēng)壓通風(fēng)，來流風(fēng)向與棚間距也會明顯改變?nèi)号镲L(fēng)壓特性，影響通風(fēng)效果。考慮到群棚布置下遮擋效應(yīng)無法規(guī)避，為降低該效應(yīng)對風(fēng)壓通風(fēng)的不利影響，進(jìn)一步增大棚頂風(fēng)吸力，在群棚園區(qū)規(guī)劃布局時，一方面應(yīng)盡量使棚身長軸方向與群棚所處地域夏季主導(dǎo)風(fēng)向垂直，另一方面可適當(dāng)增加棚間距。由于研究的是群棚整體風(fēng)壓通風(fēng)效果，考慮到自然通風(fēng)的復(fù)雜多變，本文僅把棚外空間作為CFD分析的計(jì)算域，并未詳細(xì)考慮棚內(nèi)氣體流動。

4 風(fēng)荷載體型系數(shù)

風(fēng)荷載體型系數(shù)采用面上某點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)與該點(diǎn)所屬面積的乘積，經(jīng)加權(quán)平均得到，其數(shù)值大小受區(qū)域體型、尺寸、風(fēng)向等影響；為便于工程設(shè)計(jì)，通常按照分區(qū)賦值的方式予以確定。《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB/T 51183-2016）有單跨落地單個拱棚風(fēng)荷載體型系數(shù)的取值規(guī)定[20]，但未考慮群體拱棚風(fēng)致干擾效應(yīng)的影響。

4.1 單 棚

結(jié)合本文拱棚結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，根據(jù)研究成果按照分區(qū)理念，在不同風(fēng)向角下，重點(diǎn)確定了單棚兩側(cè)棚肩以下部位（區(qū)域LB、MB、RB、LB￠、MB￠、RB￠）、中間棚頂（區(qū)域LT、MT、RT）和山墻（區(qū)域LG1、LG2、LG3）各細(xì)分區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù)，詳見表2；由于區(qū)域RG與LG對稱，故可參照LG各分區(qū)確定；棚肩以上區(qū)域（LM、MM、RM、LM￠、MM￠、RM￠）體型系數(shù)可參照短軸方向中間棚頂對應(yīng)區(qū)域（LT、MT、RT）確定。

由表2可知，單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)的最大值為-0.71，出現(xiàn)在風(fēng)敏感區(qū)域LT。其原因是斜風(fēng)向時棚頂迎風(fēng)前緣處會出現(xiàn)破壞性極強(qiáng)的錐形渦，產(chǎn)生明顯的流動分離,形成較大的逆壓梯度[35],使區(qū)域LT的風(fēng)荷載體型系數(shù)達(dá)到最大，極易引發(fā)局部破壞，威脅結(jié)構(gòu)安全。為便于單棚結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)使用，參照《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB/T 51183-2016）[20]的分區(qū)賦值方式，將拱棚按照不同區(qū)域予以風(fēng)荷載體型系數(shù)的整體賦值，賦值采用各分區(qū)最大數(shù)值且適當(dāng)兼顧相近風(fēng)向角的情況，具體為：當(dāng)風(fēng)向角為0時，單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)面、中間棚頂、背風(fēng)面、兩側(cè)山墻分別為+0.30、?0.71、?0.26、?0.48；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)山墻、棚面分別為+0.34、?0.35。

表2 單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)

4.2 群 棚

由上文干擾效應(yīng)的分析可知，拱棚受干擾效應(yīng)影響，放大與遮擋效應(yīng)并存，其中群棚外圍區(qū)域存在放大效應(yīng)，而群棚中間區(qū)域則以遮擋效應(yīng)為主，具體如圖9所示。因此，應(yīng)基于干擾效應(yīng)建立拱棚結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載體型系數(shù)，避免風(fēng)致局部破壞，確保群棚結(jié)構(gòu)抗風(fēng)安全。

圖9 風(fēng)致干擾效應(yīng)分布圖

群棚外圍區(qū)域拱棚的風(fēng)荷載體型系數(shù)，詳見表3，其具體確定方法為，以表2單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)為基準(zhǔn)乘以最大放大倍數(shù)（最大干擾因子），當(dāng)風(fēng)向角為0時，區(qū)域LT、RT、LB、MB、RB分別放大1.16、1.26、1.42、1.18和1.26倍；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，區(qū)域LG1、LG2、LG3分別放大1.10、1.06和1.10倍，區(qū)域LT、LB、LB￠分別放大1.25、1.42和1.43倍。

為便于群體拱形塑料大棚的抗風(fēng)設(shè)計(jì)使用，依據(jù)同樣的分區(qū)賦值方法，確定群棚放大效應(yīng)影響區(qū)各拱棚的風(fēng)荷載體型系數(shù)，具體為：當(dāng)風(fēng)向角為0時，群棚風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)面、中間棚頂、背風(fēng)面、兩側(cè)山墻分別為+0.41、?0.78、?0.26、?0.48；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，群棚風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)山墻、棚面分別為+0.36、?0.44。針對處于中間遮擋效應(yīng)影響區(qū)的拱棚，在各風(fēng)向角下均以遮擋效應(yīng)為主，結(jié)構(gòu)所受的風(fēng)荷載減小，采用單棚對應(yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù)偏于安全，可不予調(diào)整。

表3 群棚風(fēng)荷載體型系數(shù)

經(jīng)與單棚及群棚風(fēng)荷載體型系數(shù)對比可知，中國現(xiàn)行《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB/T 51183-2016）[20]提供的數(shù)值整體較保守，在拱棚迎風(fēng)面、背風(fēng)面和山墻區(qū)域尤為明顯；其中需要注意的是，在90°風(fēng)向角下，單棚及群棚棚面端部（區(qū)域LT）的風(fēng)荷載體型系數(shù)均大于規(guī)范正常值，學(xué)者Kim等[36]在連拱溫室的研究中同樣存在此現(xiàn)象，而關(guān)于此類風(fēng)敏感區(qū)域《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB/T 51183-2016）[20]亦有特殊說明，即“溫室屋脊、山墻和側(cè)墻端部及屋檐邊2 m范圍內(nèi)的圍護(hù)構(gòu)件及連接件的風(fēng)荷載計(jì)算時，風(fēng)荷載局部體型系數(shù)可取1.50”。綜合來看，建議在群體拱形塑料大棚主體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)時，風(fēng)荷載體型系數(shù)采用考慮干擾效應(yīng)的分區(qū)賦值方法。

5 結(jié) 論

本文采用經(jīng)驗(yàn)證的CFD分析方法對拱形塑料大棚單棚及群棚模型在不同的風(fēng)向角、棚間距條件下，進(jìn)行了表面平均風(fēng)壓分布的數(shù)值模擬，據(jù)此對拱棚風(fēng)壓特性展開了深入分析，所得主要結(jié)論如下：

1）拱形塑料大棚因群體布置引發(fā)干擾效應(yīng)，該效應(yīng)具體表現(xiàn)為放大或遮擋效應(yīng)，其中群棚外圍區(qū)域存在放大效應(yīng)，而群棚中間區(qū)域則以遮擋效應(yīng)為主。干擾效應(yīng)受風(fēng)向角及棚間距的影響較明顯，整體隨棚間距的增大而趨于減弱，當(dāng)棚間距增至10 m時，干擾效應(yīng)依然存在但已趨于平穩(wěn)。

2）群棚布置引發(fā)遮擋效應(yīng)不利于棚區(qū)風(fēng)壓通風(fēng)，來流風(fēng)向與棚間距的變化也會明顯改變?nèi)号镲L(fēng)壓特性，影響通風(fēng)能力。為充分保證風(fēng)壓通風(fēng)效果，合理實(shí)施通風(fēng)措施，應(yīng)在群棚園區(qū)規(guī)劃布局時，使棚身長軸方向與群棚所處地域夏季主導(dǎo)風(fēng)向垂直，并適當(dāng)增加棚間距。

3）群棚放大效應(yīng)威脅結(jié)構(gòu)安全，不容忽視。在群棚結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)在單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)的基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的最大干擾因子，綜合考慮放大效應(yīng)以確保安全。針對本文所研拱形塑料大棚（矢跨比=3:8），其群棚外圍區(qū)域拱棚的風(fēng)荷載體型系數(shù)可設(shè)定為：當(dāng)風(fēng)向角為0時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)面、中間棚頂、背風(fēng)面、兩側(cè)山墻分別為+0.41、?0.78、?0.26、?0.48；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)山墻、棚面分別為+0.36、?0.44。群棚中間區(qū)域拱棚可采用單棚風(fēng)荷載體型系數(shù)，當(dāng)風(fēng)向角為0時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)面、中間棚頂、背風(fēng)面、兩側(cè)山墻分別為+0.30、?0.71、?0.26、?0.48；當(dāng)風(fēng)向角為90°時，風(fēng)荷載體型系數(shù)在迎風(fēng)山墻、棚面分別為+0.34、?0.35。

本文以實(shí)際工程為背景，僅系統(tǒng)研究了單一矢跨比下拱形塑料大棚的風(fēng)致干擾效應(yīng)及風(fēng)壓特性，后續(xù)有必要系統(tǒng)研究矢跨比的影響規(guī)律；受干擾效應(yīng)影響，群棚尤其是棚間區(qū)域湍流運(yùn)動劇烈，繞流特性復(fù)雜，屬高度非線性問題，建議在CFD分析基礎(chǔ)上開展風(fēng)洞試驗(yàn)研究；鑒于風(fēng)致干擾效應(yīng)的復(fù)雜性，如何綜合考慮結(jié)構(gòu)安全、使用效益等因素建立風(fēng)致干擾效應(yīng)的綜合評價指標(biāo)體系，值得后續(xù)深入研究。

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Wind-induced interference effects and wind pressure characteristics of arched plastic greenhouses

Wu Kun1,3, Wang Shaojie1,2※, Zhang Guangpeng1, Wei Min2, Liu Fusheng1, Lü Xin1

(1.271018; 2.271018; 3.261206)

Wind-induced interference effect commonly occurs among arched plastic greenhouse group. To describe such influence and finally determine the wind load shape coefficients considering the interference effects, we conducted a series of numerical simulations based on computational fluid dynamics (CFD). Combining the Reynolds-averaged N-S equations and the Realizableturbulence model, the surface wind pressure characteristics of the models for single greenhouse and greenhouse group under different wind direction angles and distances were studied separately. In combination with the actual production, 5 rows and 6 columns symmetrical layout was adopted as the greenhouse group’s model with different gap distances (2, 4, 6, 8, 10 and 12 m) and wind direction angles (0, 30, 45, 60 and 90 degrees). In order to achieve quantitative analysis of the wind-induced interference effects, the interference factor was introduced in this paper as an important contrast parameter. According to the characteristics of the greenhouse structure, the greenhouse partition was reasonably set to realize the key research of wind pressure characteristics in wind-sensitive areas. In the numerical wind tunnel simulation, unstructured grids suitable for greenhouse group’s model were used to divide the computational domain. The calculation parameters such as blocking ratio, inlet and outlet conditions, and near-wall treatments and so on were appropriately set. By comparing with wind tunnel test results of similar models, the present numerical simulations were verified. According to the simulation results, the arrangement of greenhouse group causes the wind-induced interference effects, which will change wind pressure characteristics of the greenhouses. The effects can result in amplification effects (the outer area of the greenhouse group) and the shielding effects (the middle area of the greenhouse group), among which the amplification effects threatens the safety of the structure and cannot be ignored. The interference effects is significantly affected by the wind direction angle and the gap distance, and specifically it decreases with the increase of distance, and tends to be stable when the distance between greenhouses is about 10 m. Based on the analysis of the variation law of the mean wind pressure coefficients and wind direction angles on the greenhouse group’s roofs, it is obvious that the interference effects weakens the wind pressure ventilation ability of the greenhouse group as a whole. From the point of view of advantageous to wind pressure ventilation, the suggestions on planning and layout of the greenhouse group are put forward, that is, the long axis direction of the greenhouses should be perpendicular to the dominant wind direction in summer of the area where the greenhouse group is located and the gap distance should be increased appropriately. Finally, according to the wind-induced interference effects, the wind load shape coefficients for arched plastic greenhouses (the rise-span ratio is 3:8) are given, which are convenient for design. The wind load shape coefficients of greenhouses which are located in the outer area of the greenhouse group: At 0 wind direction angle, +0.41 on the windward side, -0.78 on the middle roof, -0.26 on the leeward side and -0.48 on both sides of gables; at 90 degrees wind direction angle, +0.36 on the windward gable, -0.44 on the roof. The wind load shape coefficients of greenhouses which are located in the middle area of the greenhouse group: At 0 wind direction angle, +0.30 on the windward side, -0.71 on the middle roof, -0.26 on the leeward side and -0.48 on both sides of gables; at 90 degrees wind direction angle, +0.34 on the windward gable, -0.35 on the roof. Wind-induced interference effects exists in arched plastic greenhouses arranged in group, and wind pressure changes on the greenhouses caused by wind-induced interference effects should be considered in design.

loads; model; ventilation; arched plastic greenhouses; numerical wind tunnel; interference factor; wind-induced interference effects; wind load shape coefficients

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.021

S625.1

A

1002-6819(2019)-15-0165-10

2019-05-28

2019-07-29

國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-23-C04）；中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2017M622239）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目（2017YFE9135300）

吳 昆，博士生，講師，主要從事園藝設(shè)施風(fēng)工程研究。Email：wukun07@163.com

王少杰，副教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)建筑與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)安全與防災(zāi)診治等研究。Email：tumuwsj@sdau.edu.cn

吳昆，王少杰，張廣鵬，魏 珉，劉福勝，呂 鑫. 拱形塑料大棚風(fēng)致干擾效應(yīng)及風(fēng)壓特性研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(15)：165－174. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.021 http://www.tcsae.org

Wu Kun, Wang Shaojie, Zhang Guangpeng, Wei Min, Liu Fusheng, Lü Xin. Wind-induced interference effects and wind pressure characteristics of arched plastic greenhouses[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 165－174. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.021 http://www.tcsae.org