作为新型空间结构体系，膜结构自20世纪70年代以来以其造型新颖、质轻透光等优点在全球得到了推广百富策略白菜网，成为体育建筑、会展中心、商业设施、交通站场等屋盖的主要选型,具有良好的发展前景，是承担外界荷载的一种常见的空间结构形式。

雪荷载是一种常见的荷载形式，常常会导致大跨度空间结构产生袋状效应。此外由风荷载引起的雪飘现象会造成结构表面积雪的不均匀分布，从而对整个结构的安全性造成危害，为了减少风雪荷载造成的的经济损失和安全问题，考虑采用除雪装置减轻风雪荷载可能引起的工程事故显得额外重【1-5】。

采用融雪线，热空气循环，优化结构形状等方法除雪，虽然是常见的除雪方式且被广泛运用，但缺点过于显著。1如优化结构形状的积雪滑落，安全性低；人工拆除既费力又费钱，局限性还大【6】，采用热处理方法以及曾经在日本运用的电热器的融雪方法需要耗费大量时间也要消耗大量能源等【7-9】。

对此本文提出一种针对膜结构除雪的一种新型除雪装置并对该装置关键施工参数进行确定，通过对马鞍形膜进行分析，比较了马鞍形膜在是否考虑风荷载对膜面积雪区造成的影响，从而提出了一种计算较为简便的喷头布置方法。

本文采取的新型除雪装置装置是一种百富策略白菜网于建筑膜结构的除雪装置，除雪装置的上部结构由喷头、压力检测装置和水管网络布置组成，下部结构由融雪剂控制阀、储存箱、温度检测装置和自吸增压泵组成。如下图2.1所示。

采用融雪剂，温度识别技术和压力检测技术实现智能控制，达到膜面快速融雪的目的。当同时满足温度和压力两个条件时，除雪装置开始工作。将融雪剂吸出，与自来水按一定比例混合，形成融雪液，泵送至喷头进行喷洒。除雪装置包括除雪模式和清洁模式两种模式。除雪模式完成后，膜除雪装置自动进入清洁模式清除灰尘，稀释融雪剂残留的有害离子，也可以手动进入清洁模式在平时清除灰尘。除雪装置的工作原理如图2.2所示。

此外该除雪装置在施工运行中需要确定临界压力值P(kN/m2)和结构积雪区域等关键参数。综合压力临界值和积雪区域位置及大小来确定喷头的布置及其规格。

对于除雪装置而言，除雪装置启动时所需的压力临界值应合理，太高可能会导致除雪不及时从而可能引发一系列的工程事故，太低会造成资源浪费加大成本。依据中国《建筑荷载规范》（GB50009-2012），膜面雪荷载标准值Sk基本公式：

式中：S0为基本雪压k N/m2，积雪分布系数。

积雪分布系数μ可参照规范取值。膜结构不同与其他屋面材料，日本学者Hidenharu Yamaguchi和Tsukasu Tomabechi研究发现，一般干燥地区，湿度小，风速大，滑雪临界角可取21.8o，而湿度大，风力小的地区，滑雪临界角可取28o。当膜面坡度大于滑雪临界坡度时，膜面很难积雪，但也考虑一定雪荷载，积雪分布系数μ可取0.25～0.5。参考Hideharu Yamaguchi的研究可知，外界温度对于膜面滑雪具有重要影响，外界气温在零度以下屋面积雪会受到抗冻力的影响更不易发生滑雪。

综上本文考虑雪荷载的袋状效应和过程式除雪效应，并给予0.8倍的安全系数，同时考虑温度对于屋面积雪的影响，当外界气温在0度以下时，除雪装置开始运行的临界值P1:

除雪装置结束运行的临界值P2:

外界气温在0度以上时，除雪装置开始运行的临界值P3:

除雪装置结束运行的临界值P4:

本文依据膜结构曲面各点坡度，绘制膜面坡度云图，确定积雪区域。膜面坡度计算公式如下：

其中:Xi和Yi、Zi为膜结构在空间坐标系中的坐标值。结合文献【】提出的滑雪临界角度确定积雪区域的坡度临界值。根据风速和风向，确定积雪区域的临界坡度值如下：

喷头数量确定主要考虑积雪区域、喷头规格和喷洒面积等因素。喷头数量n(个)可由式（3.8）估算：

其中:A—积雪区域面积

A0—喷头有效喷散面积

为确定喷头有效喷散面积，本文采用市面常见几种喷头，其各项工作参数见表1。

以两组ansys找形得到的马鞍形膜结构的进行分析，坡度由公式3.4分别计算出沿两个邻边方向的膜面坡度并计算出两者的平均值.由matlab生成坡度图。

由于不考虑风荷载的影响可以以坡度tan28°为积雪区的临界值，既坡度值等于0.577，由第一组膜面坡度小于0.4可知整个膜区域都易积雪。只需根据积雪面积布置4个360°喷头（用√号表示）即可。

对于风雪荷载下马鞍形膜积雪情况，参考了孙芳锦,张大明,殷志祥的研究,雪的沉积主要发生在中央邻近区域;两高点位置风速较大,发生雪的侵

综上为了防止雪荷载对马鞍形膜的破坏，利用新型除雪装置除雪时，在只考虑雪荷载的情况下，求出膜面积雪区的基础上还要考虑风荷载对于膜面积雪的影响，除雪装置喷头的布置在原有布置上，需要额外在马鞍形膜中央邻近区域视当地风荷载条件增加，因此除去布置4个360°喷头（√号表示）外还需在中央临近区域布置4个单方向喷头（0表示）。

对于第二组马鞍型膜面只有其中央临近区域膜面坡度小于0.577易积雪，符合上文所说的马鞍形膜结构中央临近区域在风荷载作用下容易发生雪的沉积，故仅在膜面中央临近区域布置4个单方向喷头（0表示）。

故对于经典的马鞍形膜结构可以采用仅考虑雪荷载作用下积雪区域布置除雪喷头，但需要额外在马鞍形膜中央邻近区域视当地风荷载条件增加喷头布置，这样仅需增添少许喷头费用便可省去大量的CFD建模计算的时间及人工计算成本。

本文为避免雪荷载导致膜结构工程事故，提出了一种新型智能化除雪装置。基于滑雪临界角和膜面坡度，确定了该装置的关键施工参数，方法简便。以马鞍形膜结构工程为例，通过比较是否考虑风荷载对马鞍形膜面积雪区的影响，阐述了该装置的施工参数的具体确定过程，提出了一种可以简化计算的喷头布置方法，最终发现仅需布置少量喷头数量，可实现除雪目的。后续工作将进行除雪装置试验，进一步验证其可行性。