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“山竹”登陆•●、台风肆虐,高层建筑真的不会倒吗?
编辑: 成都设计院       时间:2018-11-16字体:[] 行业动态

  9月16日,超强台风“山竹”正式登陆广东台山,登陆后将继续向西偏北方向移动?穹绫┯曛,深圳国银民生大厦等超高层建筑发生部分幕墙掉落,楼房内亦有明显晃动感。台风肆虐,高层建筑真的不会倒吗?建造过程中,专业人士有哪些预先的应对?

  中国东南沿海省份,每年均要遭受强台风的袭击,损害严重。面对超强风球,高层建筑的抗风设计有其需要关注的重点,并以此卫护建筑及居民安全。

  

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  台风“山竹”云图 ©earth

  01 台风时外维护结构损坏的主要原因

  强台风登陆时,建筑外维护结构损坏的主要原因有以下五项:

  1. 由于风力太大,高层建筑,特别是高层钢结构建筑层间侧移过大;

  2. 群楼的狭管效应引起;

  3. 风致效应引起;

  4. 面板强度不够引起;

  5. 设计不合理(包括:造型奇特•●、迎风面太大•●、玻璃没有夹胶等)。

  02 抗风应考虑对建筑物造型的控制

  风是紊乱和随机的,风对建筑物的作用十分复杂,规范中关于风荷载值的确定,适用于大多数体型较规则•●、高度不太大的单幢高层建筑。对风敏感的高层钢结构建筑,及高层钢结构建筑群,其体型宜做专项设计。

  单体建筑的体型系数应尽量小。其体型应有利于建筑物减少受风面积,从而减少风荷载对建筑物的影响。单体建筑要有合理的流线,使风产生不了风旋涡,避免建筑物产生风振,即使产生涡流,也要能减少建筑物的摇摆振动

  建筑群应综合考虑群体内建筑物的体型。建筑群中的建筑单体造型,对群体效应•●、狭管效应•●、风场流向等均有较大影响。复杂的建筑体型,很可能会对相邻建筑产生不利影响,还会影响风的流向,加上建筑密度大,鳞次栉比,易引发狭管效应,使城市街道风速加大,危及行人和行车安全。特别是当强台风来袭时,狭管效应会使高层建筑的部分外墙表面因风速过大而产生巨大负压,玻璃幕墙或大块墙板像雪崩一样脱落,高档门窗等也会突然崩塌•●、坠落伤人。

  

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  避免设计立面造型复杂的高层建筑

  03 避免出现狭管效应

  城市高楼间的狭窄地带风力特强,易造成灾害,城市“峡谷风”是各大城市面临的新问题。风洞试验经过数值模拟后发现,平地上3—4级的风,在城市高楼之间,经过“狭管效应”放大后,可达10级以上,刮起六七级大风时,狭管效应能使通过高楼之间的瞬间风力达到12级。“狭管效应”的威力大小,与一个城市高层建筑的数量•●、间距•●、建筑物的位置有着密切关联。高层建筑物越多•●、体积越大•●、间距越近,出现“狭谷效应”的机会越大。

  密集高层建筑群造成的狭管效应•●、风致干扰效应等原因均会造成局部瞬时风压增大。此种状况下玻璃破坏表现为中空玻璃内•●、外二层同时破坏。

  处于“狭管效应”位置的玻璃,若反向安装,台风时损失严重。单片玻璃位于外侧,夹胶层在内侧,外侧玻璃面板易发生碰撞损坏,破损的玻璃碎片,还会击破其他玻璃。应采用夹胶中空玻璃,且夹胶玻璃位于外侧。

  

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  04 优化结构构件

  高层建筑一般是结构柔度大,自振频率比较低,如果与风振频率接近,在风的作用下振幅就会很大(共振)。改变自振频率有很多办法,最直接的办法就是通过优化结构构件(梁•●、柱•●、剪力墙•●、支撑)的尺寸和布置,把结构的自振频率控制在合理的范围内,使得建筑在风的作用下保持较好的舒适性。

  

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  抗风结构设计

  05 减小高层建筑在风荷载下的水平侧移

  增设加强层,对解决高层建筑抗风问题十分有效。设置水平加强层后,将引起结构主要内力重分布,使结构构件更能发挥抗侧潜能,从而减少层间侧移。

  加强层设置要综合考虑数量•●、位置•●、伸臂结构形式•●、伸臂结构刚度等因素。宜在适当的楼层设置适宜刚度的水平伸臂构件。太柔作用不明显,太刚又会刚度突变,不利于抗震。必要时,也可同时设置周边水平环带构件。

  

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  厦门世茂海峡大厦,两栋超高层钢结构建筑(总高度300米)。“莫兰蒂”台风后,主体结构及幕墙完好无损。

  06 重视幕墙支撑钢结构的设计

  进入21世纪,钢结构大量应用于幕墙骨架。我国已建成的采用焊接钢结构支承的玻璃•●、铝板和石材幕墙,这类工程甚至经历了多次12级到14级强台风的吹袭而完好无损。但应重视以下问题:

  1. 幕墙的大型支承钢结构是钢结构的一部分,应按钢结构规范执行,其结构设计使用年限宜按主体结构考虑。

  2. 焊接是钢结构最可靠的连接方式之一。国外也有许多幕墙的钢横梁•●、钢立柱采用焊接,并非全用螺栓。但应重视高空焊接的质量检测问题。

  3. 支承钢结构同样存在温度应力,存在防火•●、防锈蚀等问题,应重视。

  07 提高幕墙的抗台风能力

  厦门国际中心建筑高度339.88米,是福建省最高的超高层钢结构大楼。在施工期间强台风“莫兰蒂”来袭,幕墙完好无损,部分经验可总结如下:

  1. 结构安全等级按1级进行设计。埋件系统•●、转接件和单元挂件系统•●、龙骨系统•●、横竖框连接•●、上下单元插芯•●、结构胶以及竖向装饰框的连接系统等在结构计算时均提高了安全系数。

  2. 风荷载取值。除了基本风压•●、场地粗糙度•●、抗震设防烈度•●、设计地震基本加速度均按规范给定的参数进行选取外,还严格按照工程的风洞试验报告进行标准风荷载取值,最大设计风荷载WK=6.6kN/m2。

  3. 在提高安全系数的前提下,经过严格计算,幕墙透视部位采用HS10+1.52PVB+HS10+12A+HS10夹胶中空玻璃,层间玻璃采用HS10+1.52PVB+HS10夹胶玻璃。不但中空玻璃的内外片进行了等强度设计,而且夹胶玻璃的采用,大幅度提高了玻璃的安全性。

  4. 采用超高性能硅酮结构密封胶。

  5. 台风来之前,现场清理场地,不再进行施工;对堆放在楼内和风口的材料,集中转移到避风处,保证楼内及风口处无散落材料;对于已经安装的开启窗逐个检查,并全部关闭锁死,保证开启不被风吹落;对最上层单元板块的防跳动装置逐个检查,并全部安装且紧固,保证顶层单元不被掀起掉落;台风到来之前,将所有吊蓝的钢丝绳每隔10米与装饰框捆绑一次,吊篮副绳和生命绳通过地面的打地锚固定。

  

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  08 增加风阻尼器等减震装置

  减小风力对超高层建筑的影响有许多途径,如可以通过改变建筑物的形状,减弱风压造成的影响。最新的技术进展是在超高层建筑设置一种名为“风阻尼器”的装置,能有效地减小强风力使超高层建筑产生的摇晃。风阻尼器的本质就是一套阻尼系统或称消能减振装置。

  另如厦门国际中心,其消能减振方案采用粘滞阻尼墙进行风振控制。X向和Y向共布置68个170T粘滞阻尼墙。以此满足结构舒适度要求。

  

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  台北101风阻尼器

  09 进行风洞试验确定风荷载

  有特殊要求的建筑,抗风设计应专门研究

  

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