臺風(fēng)“山竹”呼嘯而來，揚長而去，留下一片狼藉與疑慮。各受災(zāi)地區(qū)的幕墻、門窗都遭到不同程度的破壞。這些問題產(chǎn)生的原因到底是天災(zāi)還是人禍，“山竹”臺風(fēng)的風(fēng)速是否超過了幕墻設(shè)計采用的50年一遇最大風(fēng)速；建筑業(yè)主們關(guān)心的自家幕墻能承受多少級的臺風(fēng)，是否可以找到答案。我們從各地區(qū)的基本風(fēng)壓推算設(shè)計值與臺風(fēng)風(fēng)速之間的關(guān)系，推算規(guī)范要求的抗風(fēng)壓設(shè)計是否能抵御“山竹”的襲擊，推算各地區(qū)基本風(fēng)速及可承受臺風(fēng)等級。

◆ 基本風(fēng)壓與風(fēng)速：

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB 50009-2012》中關(guān)于基本風(fēng)壓的解釋為：風(fēng)荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0m高度處10min平均的風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計得出50年一遇最大值確定的風(fēng)速，再考慮相應(yīng)的空氣密度，按貝努利（Bernoulli）公式確定的風(fēng)壓。根據(jù)貝努利公式計算香港、深圳、廣州的基本風(fēng)壓對應(yīng)風(fēng)速如下：

注： Bernoulli公式 -- 基本風(fēng)壓（ω0）=1/2*空氣密度（ρ）*風(fēng)速2（υ02）

◆ 不同時距的風(fēng)速計算：

基本風(fēng)壓為按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛?0m高度處10min平均的風(fēng)速觀測，即在地面粗糙度為B類，高度10m位置，10min內(nèi)的平均風(fēng)速。氣象報告中的風(fēng)速為時距兩分鐘的風(fēng)速，因此，我們根據(jù)“各種不同時距與10分鐘時距風(fēng)速的平均比值”（如下圖）算出香港、深圳、廣州2min時距下的風(fēng)速如下：

圖片取自：張相庭·工程結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載理論和抗風(fēng)計算手冊

◆ 規(guī)范設(shè)計值與“山竹”風(fēng)速對比：

臺風(fēng)為從海面吹向陸地的風(fēng)，地位粗糙度相當(dāng)于荷載規(guī)范中的A類地貌。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB 50009-2012》中，10m位置A類地區(qū)風(fēng)壓高度變化系數(shù)為1.28，B類為1.0，即ω0A=1.28ω0B，代入貝努利公式：1/2*ρ*υ0 A2=1.28*1/2*ρ*υ0B2，得出υ0 A2=1.28 *υ0 B2，最終推導(dǎo)A類、B類地貌基本風(fēng)速的比值系數(shù)為υ0 A/υ0 B=1.28^0.5=1.13，再將風(fēng)速轉(zhuǎn)換為A類地區(qū)風(fēng)速如下： 

“山竹”登陸時中心最大風(fēng)速為45m/s， 小于香港、深圳最大可承受的風(fēng)速。另根據(jù)臺風(fēng)路徑圖顯示，廣州最大風(fēng)速在24.5-28.4m/s，小于廣州最大可承受的風(fēng)速。綜上：規(guī)范設(shè)計值可滿足“山竹”的要求。臺風(fēng)半徑圖如下：

圖片取自中央氣象臺·臺風(fēng)網(wǎng)

◆ 規(guī)范設(shè)計值與“山竹”風(fēng)速實際測量值：

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的數(shù)據(jù)：廣州陸地測得最大風(fēng)速為37.3 m/s，深圳最大風(fēng)速為52.7 m/s，香港最大風(fēng)速約為48.6m/s。幕墻進行構(gòu)件承載力設(shè)計時，風(fēng)荷載會乘以分項系數(shù)1.4，按前文推導(dǎo)方法，風(fēng)速設(shè)計值約放大18%，計算如下：

將設(shè)計放大值考慮進去后，三地規(guī)范設(shè)計值均能抵抗“山竹”臺風(fēng)最大風(fēng)速。

◆ 各基本風(fēng)壓與可承受臺風(fēng)風(fēng)速對照表

各地區(qū)的建筑采用多大的基本風(fēng)壓進行設(shè)計，此地區(qū)的建筑就可以抵抗此風(fēng)壓對應(yīng)的臺風(fēng)等級。采用上述的計算方法，將各地的基本風(fēng)壓換算成臺風(fēng)登陸時的最大風(fēng)速，即可知道該地區(qū)的建筑可以抵抗的臺風(fēng)等級。

建筑抵抗臺風(fēng)等級表

值得注意的是，當(dāng)風(fēng)速超過了表中所列的風(fēng)速等級，建筑也不一定會發(fā)生破壞，從表“各種不同時距與10分鐘時距風(fēng)速的平均比值”中可以看出，瞬時風(fēng)速要比2min時距風(fēng)速大，故建筑所能抵抗的瞬時風(fēng)速，要比表中的等級要高。另外，“山竹”臺風(fēng)走訪中發(fā)現(xiàn)很多損壞為負風(fēng)壓造成，幕墻設(shè)計過程中應(yīng)關(guān)注負風(fēng)壓情況下的相關(guān)材料選擇和結(jié)構(gòu)驗算。

參考資料：

GB50009-2012《  建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》

張相庭工程結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載理論和抗風(fēng)計算手冊