大跨度结构广泛应用于具有紧急避难功能的大型公共建筑中，对维持城市功能的正常运行至关重要。
这类结构通常采用轻质、大跨度的屋顶系统，其几何形状复杂，有时表现为具有不同高度差的阶梯式平屋顶。雪荷载被广泛认为是影响大跨度屋顶结构安全的主要环境因素，尤其是在屋顶高度差异处风引起的雪流动和堆积尤为关键。
O'Rourke等人通过对多层平屋顶上大量雪流动事件的统计分析发现，约75%的雪灾事故发生在屋顶高度变化处；这一机制与上层屋顶的雪被风侵蚀以及下层屋顶的气动阴影区内雪的沉积密切相关。该研究系统地阐明了阶梯式平屋顶上雪流动的形成机制，并指出，当时的建筑规范主要通过经验公式来描述这种非均匀雪荷载，但这些公式难以准确捕捉实际的雪堆分布模式（O'Rourke等人，1985年）。
随着极端气候事件的频率增加，屋顶雪荷载评估方法也在不断发展。为了解决第一代欧洲规范EN 1991-1-3中暴露系数未能充分考虑风速效应的问题，近期研究提出了基于物理的暴露系数模型，这些模型考虑了冬季平均风速和屋顶尺度等参数，以更好地描述风驱动的雪侵蚀和再分布过程。同时，概率方法也被用来重新校准屋顶形状系数，以实现屋顶雪荷载与地面雪荷载之间的一致超过概率。然而，这些以规范为导向的模型仍主要基于宏观统计关系，无法明确反映特定屋顶几何形状和附加组件（如雪栅栏）对雪流动和局部堆积过程的影响（Croce等人，2021年；Kringlebotn Thiis等人，2022年）。
在以往的研究中，大多数学者在风洞中进行了可控边界条件下的缩比模型试验，以研究风驱动的雪分布特性。一些实验使用了收集的自然雪（Lü等人，2012年）或人工雪（Liu等人，2019a年，2019b年）；然而，这类方法需要严格的实验室条件，因此难以推广。许多研究采用替代材料来模拟风驱动的雪流动，例如硅砂（Wang等人，2021年；Liu等人，2019a年，2019b年；Wang等人，2019a年，2019b年，Wang等人，2019c年，Wang等人，2020年；Zhou等人，2016a年，Zhou等人，2016b年）、小苏打（Liu等人，2019a年，2019b年）和聚苯乙烯泡沫（Flaga和Flaga，2019年）。
使用替代材料的实验涉及多个相似性标准，准确再现风驱动的雪流动仍然具有挑战性；尽管如此，这些测试仍能为理论分析提供有价值的见解（Wang等人，2019a年，2019b年，2019c年）。大多数研究通过在屋顶模型上预先铺设雪来模拟风力作用下的雪再分布（Cao等人，2021年；Wang等人，2024年；Zhang等人，2021a年，2021b年）。
然而，在复杂的屋顶几何形状上均匀铺设雪往往不切实际。因此，为了更真实地模拟暴风雪条件下复杂屋顶上的雪荷载形成和分布，有必要进行模拟降雪过程的实验研究。
在公路和铁路雪堆缓解措施中，雪栅栏和雪墙等物理屏障已被广泛用于控制路基和路堑上的雪堆积。然而，这些设施在屋顶雪堆缓解中的应用和研究仍处于探索阶段。关于建筑用雪栅栏的现有研究较少，大部分成果集中在交通工程领域。Zhao、Liu、Su、He和Ma等人通过风洞试验和数值模拟系统研究了雪栅栏参数、风条件和栅栏布局对雪分布模式的影响，形成了较为成熟的交通工程知识体系（Anno，1984年；Yan等人，2018年；Zhao等人，2012年；Liu等人，2016年；Wang等人，2024年；Zhou等人，2023年；Su & Jiang，2017年；Liu等人，2021年；Ma等人，2024年；Zhou等人，2021年）。
然而，这些研究主要集中在路堤、路堑或铁路基础设施上，其结论不能直接应用于屋顶雪荷载问题。
总之，尽管阶梯式平屋顶上的雪流动在规范和学术研究中受到了关注，但关于雪缓解装置如何调节复杂屋顶系统上非均匀雪分布的实验研究仍然有限。为填补这一空白，本研究通过风洞试验系统研究了阶梯式平屋顶上的雪分布不均现象及雪栅栏的缓解效果。具体来说：（i）分析了未安装栅栏时阶梯式平屋顶上的雪分布模式；（ii）定量评估了雪栅栏在减少雪荷载不均匀性方面的有效性；（iii）通过系统改变栅栏高度和间距来研究其影响，从而为风作用下的雪荷载设计提供了实验证据。
现行规范通常使用经验形状系数或简化模型来描述阶梯式平屋顶上的雪流动，难以明确考虑雪栅栏等附加组件如何改变近壁剪切和沉积区域。为了克服这一限制，本可控风洞实验通过控制降雪、控制进气和可控栅栏参数，建立了中心线分布、雪覆盖面积比和屏蔽比之间的定量关系，为工程参数选择提供了可追溯的证据。
