“山竹”台风对港深粤建筑外墙的影响(二)---建筑幕墙能否抵御台风“山竹”

2018.09.27 06:09
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台风“山竹”呼啸而来,扬长而去,留下一片狼藉与疑虑。各受灾地区的幕墙、门窗都遭到不同程度的破坏。这些问题产生的原因到底是天灾还是人祸,“山竹”台风的风速是否超过了幕墙设计采用的50年一遇最大风速;建筑业主们关心的自家幕墙能承受多少级的台风,是否可以找到答案。我们从各地区的基本风压推算设计值与台风风速之间的关系,推算规范要求的抗风压设计是否能抵御“山竹”的袭击,推算各地区基本风速及可承受台风等级。


◆ 基本风压与风速:


《建筑结构荷载规范 GB 50009-2012》中关于基本风压的解释为:风荷载的基准压力,一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据,经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速,再考虑相应的空气密度,按贝努利(Bernoulli)公式确定的风压。根据贝努利公式计算香港、深圳、广州的基本风压对应风速如下:



注: Bernoulli公式 -- 基本风压(ω0)=1/2*空气密度(ρ)*风速²(υ0²)


◆ 不同时距的风速计算:


基本风压为按当地空旷平坦地面10m高度处10min平均的风速观测,即在地面粗糙度为B类,高度10m位置,10min内的平均风速。气象报告中的风速为时距两分钟的风速,因此,我们根据“各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值”(如下图)算出香港、深圳、广州2min时距下的风速如下:



图片取自:张相庭·工程结构风荷载理论和抗风计算手册




◆ 规范设计值与“山竹”风速对比:


台风为从海面吹向陆地的风,地位粗糙度相当于荷载规范中的A类地貌。《建筑结构荷载规范 GB 50009-2012》中,10m位置A类地区风压高度变化系数为1.28,B类为1.0,即ω0A=1.28ω0B,代入贝努利公式:1/2*ρ*υ0 A²=1.28*1/2*ρ*υ0B²,得出υ0 A²=1.28 *υ0 B²,最终推导A类、B类地貌基本风速的比值系数为υ0 A/υ0 B=1.28^0.5=1.13,再将风速转换为A类地区风速如下: 



“山竹”登陆时中心最大风速为45m/s, 小于香港、深圳最大可承受的风速。另根据台风路径图显示,广州最大风速在24.5-28.4m/s,小于广州最大可承受的风速。综上:规范设计值可满足“山竹”的要求。台风半径图如下:


图片取自中央气象台·台风网


◆ 规范设计值与“山竹”风速实际测量值:


根据网络发布的数据:广州陆地测得最大风速为37.3 m/s,深圳最大风速为52.7 m/s,香港最大风速约为48.6m/s。幕墙进行构件承载力设计时,风荷载会乘以分项系数1.4,按前文推导方法,风速设计值约放大18%,计算如下:


将设计放大值考虑进去后,三地规范设计值均能抵抗“山竹”台风最大风速。


◆ 各基本风压与可承受台风风速对照表


各地区的建筑采用多大的基本风压进行设计,此地区的建筑就可以抵抗此风压对应的台风等级。采用上述的计算方法,将各地的基本风压换算成台风登陆时的最大风速,即可知道该地区的建筑可以抵抗的台风等级。


建筑抵抗台风等级表


值得注意的是,当风速超过了表中所列的风速等级,建筑也不一定会发生破坏,从表“各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值”中可以看出,瞬时风速要比2min时距风速大,故建筑所能抵抗的瞬时风速,要比表中的等级要高。另外,“山竹”台风走访中发现很多损坏为负风压造成,幕墙设计过程中应关注负风压情况下的相关材料选择和结构验算。

 

参考资料:


GB50009-2012《  建筑结构荷载规范》


张相庭工程结构风荷载理论和抗风计算手册 

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