【摘 要】本文從一些
風荷載破壞事例出發,對屋面風
荷載設計的一些問題進行探討,提出了一些設計建議。
【關鍵詞】100年重現期,控制性荷載,流動分離,風致耦合振動,組合弧狀屋面。
屋面結構的設計一般僅考慮自重、雪載、施工荷載,而風的作用常被忽略。這是因為在許多場合下,認為風荷載的影響不大或風引起的吸力對屋面結構有利。實地調查結果表明,大型現代建筑在風作用下整體被破壞的例子并不多見,但其局部表面飾物
脫落或屋面局部被掀開以致整個屋面遭受風荷載破壞的例子卻時有發生。尤其是受到臺風、大風襲擊致使整個屋面遭受風荷載破壞事例更多。
一、一些破壞事例
1.2004年14號強臺風“云娜”
2004年8月12日,14號強臺風“云娜”在浙江省溫嶺市石塘鎮登陸,臺風登陸時中心氣壓950百帕,臺洲椒江大陳最大風速達58.7m/s,大大超過12級臺風36.9m/s的上限,臺州市所有市縣區都觀測到12級大風,10級風圈達180公里,其風速之大,殺傷力之強,為浙江省歷史上所罕見。直接經濟損失181.28億元。黃巖江口糧庫屋頂、路橋區金清蓬街兩鎮2.7萬畝蔬菜大棚被掀翻, 驅車城鄉不時可見被掀翻的房屋和倒坍的廣告牌。
2.2002年16號臺風
2002年9月7日中午12時,平陽縣南麂島出現了56.7m/s的大風,洞頭和樂清也分別出現了43m/s和38m/s的當地最大風速。從9月7日凌晨到晚上11時,溫州平均降雨量達到137.4mm。蒼南縣馬站鎮降雨量超過250mm。金鄉鎮全鎮還有30多間房屋和兩間廠房倒塌,初步估算損失超過3000萬元。房子屋頂被臺風掀翻,坍塌部位在樓梯間,從四樓到一樓露出一個大洞。幾乎所有出事房子都是近幾年建造的新房,目前全鎮發現這樣死亡有5人。
3.河南省體育館遭9級風破壞
體育中心東罩棚中間位置最高處
鋁宿板和
固定槽鋼被風撕裂并吹落100m ,三副30㎡的大型
采光窗被整體吹落,雨蓬
吊頂吹壞。而且大部分破壞都是由于負
風壓所引起的,從圖上看來,屋
面板給掀了,
主體結構好像沒什么大礙?根據當初的設計要求,河南省體育中心應能抵抗10級以下大風。按照當天氣象局一觀測點的觀測,通過觀測點的大風最高時速達24.7m/s。
4.風雨逞威上海大劇院部分屋頂險被揉成“紙團”(圖)
2003年8月2日下午1時15分左右,雷暴雨中突如其來的旋風,居然把上海大劇院的屋頂掀去了一大塊。掠過上海大劇院,把劇院東側頂部中間的一大塊
鋼板屋頂生生卷起,移動約20m左右,又砸在劇院頂部中間的高平臺上。屋頂東側中部已露出了約250㎡的一個大“窟窿”。卷起的這一大塊鋼板屋頂,被旋風撕裂成兩段,已揉成皺褶不堪的紙團一般,20多名工作人員合力搬動,也難以移動;3cm寬的避雷
鋼帶,已卷成了麻花形;頂樓平臺上直徑達10cm粗的
不銹鋼防護欄,也有10多m被旋風扭曲。
5.臺風襲擊廣州
海珠區一間汽車修理廠的屋頂被刮倒,屋內一名正在看電視的年輕男子當場被砸死。一陣狂風從屋外刮進來,將頂上的屋頂吹得鼓了起來,接著又迅速壓下來,就在此時,忽然“轟”的一聲巨響,鐵屋頂在壓回原狀的過程中猛地倒塌下來。
6.1989年9月4日美國南加利福尼亞遭受HUgo颶風
實地調查結果表明,49%的建筑物僅有屋面受損損害的情形各異,有局部的屋面覆蓋物或屋面
桁架被吹走或破壞,甚至整個屋面結構被吹走。從破壞部位來看,大多數屋面風致破壞發生在屋面
轉角、邊緣和屋脊等部位。在國內,1994年問號臺風在浙江溫州登陸,給該地區造成巨大損失。災后調查表明,該地區的房屋屋面受損嚴重。這些都表明了屋面與主體結構相比更易產生風致破壞。
二、探討及建議
隨著建筑科技和施工工藝的逐漸進步,大量形式新穎、質量輕、柔性大的大跨度屋面不斷涌現,對屋面風荷載設計帶來新的課題。現對其中一些屋面風荷載設計問題探討及建議如下:
1.臺風地區的屋面
基本風壓的重現期取值按《GB50009》附表D.4提高到100年為宜
2004年云娜臺風襲擊的浙江省椒江大陳地區:實測風速58.7m/s,換算為基本風壓值約為2.15kN/m2,大于《GB50009》附表D.4中浙江省所有地區的100年重現期的基本風壓值。椒江大陳以外相鄰地區實測風速36.9 m/s,換算為基本風壓值約為0.85 kN/m2, 大于《GB50009》附表D.4中浙江溫州地區的100年重現期的基本風壓值。
2002年16號臺風 9月7襲擊浙江省平陽縣南麂島,出現了56.7 m/s米的大風,換算為基本風壓值約為2 kN/m2,大于《GB50009》附表D.4中浙江省所有地區的100年重現期的基本風壓值。浙江溫州的洞頭和樂清也分別出現了43 m/s和38 m/s的當地最大風速。換算為基本風壓值約為1.15 kN/m2和0.9 kN/m2, 大于《GB50009》附表D.4中浙江溫州地區的100年重現期的基本風壓值。
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