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2023年7月25日,山東煙臺遭遇暴雨天氣,煙臺火車站內大風將雨幕吹得傾斜,像是一片翻涌的水霧。風雨中,火車站二樓平臺上,一對母女被大風吹得站立不穩,孩子蹲在地上,母親一度被風吹得直打滑。
前面還有幾十米就是玻璃(詞條“玻璃”由行業大百科提供)護欄,十分危險!正在行李寄存處躲雨的旅客見此情景果斷沖出去,合力冒雨將母女二人拉到屋里,同時乘務員也用盡所有力氣頂住門!短短幾秒鐘,大家被淋得渾身濕透,但幸好都返回到安全的位置……
試想一下,如果建筑結構、金屬屋面的設計不合理,吹倒的可能就不光只是行人,還有可能把金屬屋面的頂給“揭”了,那就不是摔傷,擦傷了.......更是會造成人生安全和生命財產的大損失。
因此,中國幕墻網www.gdjiasi.com認為:國標中專門對此類建筑的荷載要求有著嚴格的標準要求,尤其是金屬屋面系統的設計中,風荷載是對其作用時間最長,破壞最久的主要荷載態,要考慮不同季節下及極端天氣下,季風與陣風對金屬屋面帶來的巨大影響,才能完美的實現建筑安全。
然而,網上有很多懂建筑、搞結構的網友紛紛表示:山東煙臺火車站的結構形式,就決定了它會發生伯努利效應,而這種效應將使得入口處風速增加,從而產生“風洞”效應……
1、伯努利原理
伯努利效應,這個名詞相信很多人都聽過,這是一種現象,流體流過狹窄的通道時,會在窄處速度加快。這其實是由氣壓、流速所決定的。
伯努利效應示意圖
這個現象可以利用流體力學的有關原理,精確的推導出相關的方程,這就是伯努利原理。通俗的理解:從大口進入的流體,單位時間內都得從狹窄口出來,由于通道面積變小,那么只能速度增加了。
2、火車站的風口結構
根據上述伯努利原理,風速變大,那么必然是通道變狹窄,事發地的火車站恰好就滿足這一條件。煙臺火車站呈現一個巨大的通道,類似于馬鞍面的通道兩側微微上翹。因此,在這個通道的兩側,其橫截面積顯然是大于中間凹陷下去的橫截面積。
風道變狹窄的火車站結構
煙臺火車站的場外站臺屋面馬鞍形造型,當氣流從通道的一側進入火車站后,由于通道逐漸變的(相對)狹窄,根據伯努利原理,氣流的速度就增加起來了。鐵路客服之所以說跟設計無關,應該是沒學過流體力學。
3、風口結構的增速大小
既然這種兩側大中間小的通道結構,必然會在通道內形成較大的風速,那么這個風速究竟有多大?是否能夠達到事發地吹倒人的程度?中國幕墻網www.gdjiasi.com的讀者可以估算一下。
根據媒體報道,事發時的風力大概是7-9級,對應的風速大概是14m/s-24m/s。八級大風的時候,人已經難以行走了,能把人吹倒的風,應該是9級以上。根據伯努利方程,必須知道兩個位置的靜壓,才好計算。
目測這個煙臺火車站大通道,面積比大概是1:1.3,那么通道內的最大速度就是入口處速度的1.3倍。這樣的話,風速就變成了18.2-31.72m/s,風力等級變為8-11級,整體上提升了1-2級。如果通道外剛剛好是8級大風,人行走困難,那么通道內就變成了9級以上,到達了吹倒人的程度。
以煙臺火車站為例可以鮮明的看出,在項目的建設與安全中,地理環境與設計造型之間的關系非常重要;其次是極端大風天氣對公共建筑,尤其是車站類“開放型”場所的考核和傷害都非常大。
不可否認的是,火車站除了是連接全國的交通中樞,同樣也是煙臺的門面和地標,更是外地人對煙臺的“第一印象”。所以,煙臺站建在了距離大海不遠的地方,景色還是很迷人的,規模大,氣勢足,給煙臺的是形象增色不少。甚至有網友說,煙臺的靈魂就是大海和港口,一個擁有大海的火車站,就是真正的煙臺之眼。
山東煙臺火車站,距離大海很近
屋蓋到海岸線大約400多米
公共場所的建筑,設計的時候還是需要考慮這種因素的。煙臺火車站的巨大通道設計,恰恰就起到了加速風速的作用。
山東煙臺火車站多名乘客被狂風吹倒,感覺有點不可思議,看到其地理位置和場外站房的屋蓋照片恍然大悟。山東煙臺火車站外部站房的設計,本身結構上沒什么問題,但是在一些偶然因素共同作用下,在大風天的時候,對于外部站房中部地面的行人,真的存在一定的安全風險。
1、山東煙臺火車站地理位置特殊,場外站房屋蓋高度較大,本身風荷載較大。
其靠近大海,周邊沒有密集的高聳建筑物遮擋,風壓高度變化系數比較大。這種地形和位置,從國家規范GB50009-2012《建筑結構荷載規范》查詢,屬于A類地面粗糙度(詞條“地面粗糙度”由行業大百科提供)(近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區)。
場外站房的落地位置的在二樓,高度略高一點,目測二樓層高6米,這個站房是一個高度較大的敞口鋼結構屋蓋,目測頂部檐口高度25米左右,兩者相加,站房屋蓋頂部檐口距離主干道高度大約30米。
高度30米,A類地面粗糙度,查規范得知,風壓高度變化系數1.67。簡單理解為,相比于煙臺市遠離海岸線有密集建筑群的主城區15米以下位置(風壓高度變化系數0.65),煙臺火車站場外站房位置位置的風荷載是2.57倍(1.67/0.65=2.57),本身的風荷載就比同城區其他位置大了很多。
GB50009-2012《建筑結構荷載規范》關于風荷載的章節
2、煙臺地區的風荷載,在國內算中等偏大的。
GB50009-2012《建筑結構荷載規范》查詢,煙臺市10年一遇的風荷載是0.40KN/m2。結構設計一般取50年一遇的風荷載,討論風荷載對行人的影響,應該取一個經常會發生的概率,10年一遇風荷載情況。同時,規范規定的風速,是10米高度10分鐘的平均年最大風速。
GB50009-2012《建筑結構荷載規范》查詢煙臺風荷載
結論:新聞中煙臺火車站的情形,正是在:地理位置+“所謂的不合理設計”+極端天氣的三重加持下,才出現的。
建筑設計首重安全、結構合理性與應用性——在實際應用中,因總包與項目施工合作上的因素,往往會帶來一些項目細節上的問題。然而細節決定了成敗,事故一但發生,將為自己的企業品牌和個人事業都帶來滅頂之災。一筆筆,一件件的事故案例歷歷在目,從源頭抓起,從設計與安全出發,嚴格安裝施工環節,做好完工檢測與交付。
那么,怎樣保障在極端天氣與惡劣環境下的項目安全?設計合規、施工合理,選材合適才是保證項目質量的關鍵,也只有這樣的高質量建筑工程,才能在極端天氣、惡劣環境下成為庇護人民生命、財產安全的“英雄”,成為老百姓心中的建筑之光。