风荷载是影响屋顶光伏系统结构设计的关键因素之一。目前,国内外规范针对屋顶光伏系统风荷载的规定还很欠缺。因此,有必要对其风荷载特性及其风致效应的机理展开系统研究,为保证其抗风设计安全性和经济性提供合理的依据。本项目的主要研究内容包括:(1)研究了几何缩尺比、测点数目、移动平均时间等参数的合理取值,建立起可供屋顶系统风荷载识别所用的合理方法和准则,并对可以保证实验可靠性的上述准则进行了验证。(2)考虑了光伏板位置、倾角、间距等关键参数的影响,建立了基于局部风力系数、面积平均风力系数和倾覆力矩系数的屋顶光伏系统风荷载分布理论模型,可为我国屋顶光伏系统风荷载专门条文的制订提供较为系统的基本数据储备。(3)基于本征正交分解分析了影响屋顶光伏系统风荷载特性的气动机理,进行了风荷载取值的屋面分区,提出了降低风荷载的气动措施;基于结构荷载分担机制明确了产生风效应的作用机制,提出了降低风致效应的结构措施。 本项目的重要结果和关键数据包括:(1)指出屋顶系统风荷载识别须建立合理的风洞实验方法和可靠性原则,1:50为合理的几何缩尺比取值,合理减小表面测点数目对结果影响较小,移动平均时间对结果差异影响大;(2)对于独立式和阵列式两种屋顶光伏系统而言,光伏板在屋面的位置、光伏板倾角均为对其风荷载大小影响显著的设计参数,间距对阵列式系统风荷载也有明显影响。倾角越大,风荷载越大;间距越大,风荷载越大。本项目提出的面积平均风力系数拟合公式考虑了倾角和有效面积两个参数,可为实际工程设计所参考。对于倾斜式屋顶光伏系统,其气动中心相对位置均大于0.5;(3)明确了影响屋顶光伏系统风荷载大小的三类气动机理,并指出了建筑物导致的特征紊流是影响其极值风荷载的决定性因素,从而提出了控制其风荷载的女儿墙、分区布设等气动外形控制措施和结构连接优化措施。本项目成果可为相关设计规范提供参考和理论保证,具有非常重要的应用价值和经济意义。 2100433B