濱海城市建筑臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的新特點(diǎn)及防御對(duì)策

濱海城市建筑臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的新特點(diǎn)及防御對(duì)策

廈門位于太平洋和南海，每年夏天和秋天都會(huì)受到風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)的襲擊。亞熱帶季節(jié)的風(fēng)性氣非常明顯。根據(jù)新國(guó)家認(rèn)可的《建筑結(jié)構(gòu)負(fù)荷規(guī)范》（gb5009-2001），廈門的基本風(fēng)壓為50年一遇。1基本風(fēng)壓與臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的關(guān)系表1是廈門市氣象臺(tái)提供的最近50年襲擊廈門地區(qū)的臺(tái)風(fēng)資料.其中“國(guó)家舊規(guī)范”指《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GBJ9-87),“國(guó)家新規(guī)范”指《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB5009-2001).表中風(fēng)力等級(jí)是指英國(guó)人蒲福(Beaufort)制定的以地面10m高處的風(fēng)速為劃分標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力等級(jí),而“臺(tái)風(fēng)”的定義按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是指“熱帶氣旋中心附近最大平均風(fēng)力12級(jí)或以上”.從表1可看出:(1)在近50年內(nèi),襲擊廈門地區(qū)的臺(tái)風(fēng)高達(dá)8次之多,這在我國(guó)東南沿海經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市中名列前茅.(2)國(guó)家新頒布的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中50年一遇的10min平均最大風(fēng)速還略小于舊規(guī)范的取值(同時(shí)也小于50年來所發(fā)生臺(tái)風(fēng)的最大值),因此,假如按建筑工程的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年考慮,廈門地區(qū)的現(xiàn)行設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓并未比舊規(guī)范提高,這是與新頒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系列規(guī)范的編制原則相違背的,也是不太合理的.(3)每次臺(tái)風(fēng)襲擊廈門地區(qū),都帶來巨大的日降雨量,并引發(fā)山洪爆發(fā),但是降雨量的大小與臺(tái)風(fēng)的風(fēng)力等級(jí)并無直接關(guān)系.(4)襲擊廈門地區(qū)的臺(tái)風(fēng)持續(xù)時(shí)間均較長(zhǎng),日降雨量大小與臺(tái)風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短有一定的相關(guān)性,一般是持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),日降雨量也越大.與30年前臺(tái)風(fēng)災(zāi)害相比,隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,廈門市高層建筑、高柔構(gòu)筑物、大跨度長(zhǎng)懸臂公共建筑等對(duì)風(fēng)荷載較敏感的工程結(jié)構(gòu)也日益增多,廈門地區(qū)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害出現(xiàn)了許多新的特點(diǎn),99149914(1)建筑物的地基基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)均無明顯損壞;凡是經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)和施工的建筑工程,無一幢房子倒塌,甚至連嚴(yán)重?fù)p壞都很少.這種現(xiàn)象可從兩方面來解釋:一是本次臺(tái)風(fēng)雖然瞬時(shí)極大風(fēng)速高達(dá)47.1m/s,但對(duì)工程結(jié)構(gòu)起破壞作用的10min平均最大風(fēng)速并不高,僅25.3m/s,與之相應(yīng)的理論風(fēng)壓為0.4kPa,不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于老規(guī)范中30年一遇的設(shè)計(jì)風(fēng)壓0.75kPa,甚至也低于10年一遇的設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓0.5kPa,因此9914(2)建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)遭受到一定程度的破壞,而附屬于建筑主體結(jié)構(gòu)上的構(gòu)筑物則遭受較嚴(yán)重破壞.近二十年來,廈門市的許多高層建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)有的采用玻璃幕墻或金屬幕墻、石幕墻,也有許多多層、高層建筑的外門窗采用鋁合金門窗,在9914然而對(duì)于附屬于建筑主體結(jié)構(gòu)上的構(gòu)筑物,如屋頂?shù)呐R時(shí)搭蓋、裝飾構(gòu)件、懸挑較大的雨蓬和遮陽板、依附在主體結(jié)構(gòu)上的廣告牌等,在本次臺(tái)風(fēng)中卻遭受了嚴(yán)重的破壞.其原因主要是這些附屬構(gòu)筑物,大都未經(jīng)過正規(guī)的抗風(fēng)設(shè)計(jì),或設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周,或無現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范可供遵循,當(dāng)然也有許多屬違章搭蓋;其次是這些附屬構(gòu)筑物(構(gòu)件)的施工質(zhì)量十分低劣,尤其是與主體結(jié)構(gòu)的連接部分存在較多問題,留下抗風(fēng)的安全隱患.這種現(xiàn)象,是50年代至70年代的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害中少見的,不能不引起政府建設(shè)行政主管部門的重視和相關(guān)工程設(shè)計(jì)、施工人員的深思.(3)大跨度輕型屋蓋遭受嚴(yán)重破壞.最為嚴(yán)重的是廈工1(4)臺(tái)風(fēng)造成的經(jīng)濟(jì)損失日益增多.5903總之,建筑工程主體結(jié)構(gòu)基本無礙,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)輕度損壞,附屬構(gòu)筑物和大跨度輕型屋蓋嚴(yán)重破壞,這就是廈門市991420年的節(jié)點(diǎn)期我國(guó)自從1976年唐山7.6級(jí)大地震之后,從國(guó)務(wù)院到地方各級(jí)政府都十分重視抗震防災(zāi)工作,并已建立了一套比較完備的抗震防災(zāi)管理體制;政府在抗震防災(zāi)方面的科研投入也是相當(dāng)大的,例如閩南防震減災(zāi)綜合示范研究共投入了1600多萬元.目前在全國(guó)各土木類高等院校中幾乎都有專門的研究機(jī)構(gòu)或人員從事工程抗震方面的理論或試驗(yàn)研究.此外,經(jīng)過二十多年的努力,與工程抗震相關(guān)的國(guó)家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方規(guī)程也已大量頒布實(shí)施,廣大工程技術(shù)人員對(duì)抗震知識(shí)的理解和掌握程度已有很大的提高.2003年,建設(shè)部還頒發(fā)了第117號(hào)部長(zhǎng)令,要求6度以上地震區(qū)城市都要編制抗震防災(zāi)規(guī)劃.目前,福建省的漳州、泉州市已編制完成,廈門與福州市正在編制之中.然而,相比之下,沿海城市的抗風(fēng)防災(zāi)工作,卻比抗震防災(zāi)工作要落后得多,尤其是在技術(shù)管理層面上更是如此.事實(shí)上,地震雖然是易損性較高的自然災(zāi)害,但地震的危險(xiǎn)性卻很低,其發(fā)生的概率遠(yuǎn)比臺(tái)風(fēng)小得多.我們平常所說的抗震設(shè)防基本烈度地震,其50年超越概率僅10%,相應(yīng)的重現(xiàn)期是475年;而罕遇地震的50年超越概率僅2.5%,其重現(xiàn)期是1975年.相比之下,就廈門市而言,12級(jí)以上臺(tái)風(fēng)的重現(xiàn)期大約是40~50年;就福建省全省范圍而言,其重現(xiàn)期則更短.也就是說,目前我國(guó)東南沿海城市正在建設(shè)的各類房屋建筑,在其設(shè)計(jì)使用期限內(nèi),至少會(huì)遭遇一次12級(jí)以上的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的襲擊,而低于12級(jí)的強(qiáng)熱帶風(fēng)暴則幾乎每年都會(huì)遇到,只是強(qiáng)度大小不一樣而已.因此,筆者認(rèn)為,對(duì)福建沿海城市來說,在自然災(zāi)害中臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的危害性(=危險(xiǎn)性×易損性)可能要比地震的危害性更嚴(yán)重,而實(shí)際情況也確實(shí)如此,如表2所示.因此提出如下建議:(1)要加大濱海城市抗風(fēng)防災(zāi)工作的宣傳力度,提高全社會(huì)對(duì)抗風(fēng)防災(zāi)工作重要性的認(rèn)識(shí),抓緊編制城市抗風(fēng)防災(zāi)規(guī)劃,或城市建設(shè)綜合防災(zāi)規(guī)劃.(2)要盡快建立城市綜合防災(zāi)管理機(jī)構(gòu),對(duì)預(yù)防和減輕城市各類自然災(zāi)害實(shí)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理,做到防災(zāi)和救災(zāi)資源的優(yōu)化配置、科研經(jīng)費(fèi)的合理分配和使用,同時(shí)政府還應(yīng)逐年增加在抗風(fēng)防災(zāi)方面的財(cái)政投入.(3)盡快出臺(tái)相關(guān)的地方性法規(guī)或規(guī)章,為做好濱海城市抗風(fēng)防災(zāi)工作提供法規(guī)支持和政策方面的保障.(4)要通過專項(xiàng)科學(xué)研究,不斷提高城市抗風(fēng)防災(zāi)的技術(shù)水平.粵閩浙滬蘇等東南沿海各城市之間要加強(qiáng)抗風(fēng)防災(zāi)技術(shù)協(xié)作和信息交流,成立相應(yīng)的學(xué)術(shù)組織,定期召開學(xué)術(shù)研討會(huì),尤其是要加強(qiáng)與我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)之間的抗風(fēng)學(xué)術(shù)和技術(shù)交流.(5)組織編制國(guó)家或地方的《建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》,以便明確抗風(fēng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期換算系數(shù),統(tǒng)一規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)架的屋面風(fēng)荷載計(jì)算原則(含剛性屋蓋和大跨度柔性屋蓋,后者目前尚無規(guī)范可循,而日本、美國(guó)等均有相關(guān)技術(shù)規(guī)定(6)根據(jù)國(guó)家規(guī)范的規(guī)定和國(guó)內(nèi)外風(fēng)工程研究的成果,通過對(duì)城市現(xiàn)有房屋高度、密度和地形地貌的調(diào)查,編制濱海城市地面粗糙度類別分區(qū)圖,并定期修改或更新,以供廣大工程設(shè)計(jì)人員參考使用.因?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中有兩個(gè)重要的參數(shù),即風(fēng)壓高度變化系數(shù)和梯度風(fēng)高度,兩者均與地面粗糙度類別密切相關(guān).廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行具體建筑工程設(shè)計(jì)時(shí),有時(shí)很難判定工程場(chǎng)地的地面粗糙度類別,甚至?xí)蛉硕?從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)風(fēng)荷載取值差異很大,或者造成工程投資上的的浪費(fèi),或者降低結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的安全性.因此有必要統(tǒng)一做出濱海城市地面粗糙度類別的分區(qū)圖來,尤其是象廈門市這樣的海島型城市更是如此(7)要加強(qiáng)對(duì)高層建筑密集區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究.因?yàn)榫嚯x較近的高層建筑之間會(huì)產(chǎn)生相互干擾的群體效應(yīng),這種局部風(fēng)荷載的變化要比單幢高層建筑時(shí)復(fù)雜得多.它不但對(duì)主體結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)有影響,而且對(duì)外墻面上的覆面設(shè)計(jì)、搭蓋物、觀光電梯、屋頂設(shè)計(jì)也有顯著影響(8)沿海城市和地區(qū)應(yīng)通過積累風(fēng)速資料,比較準(zhǔn)確地制定基本風(fēng)壓等值線圖,以彌補(bǔ)國(guó)家基本風(fēng)壓圖比例尺太小、精度偏低的不足.(9)在進(jìn)行濱海城市建設(shè)實(shí)踐中,還應(yīng)注意:第一,對(duì)建造在山腰或山頂?shù)慕ㄖ?一定要考慮局部地形條件對(duì)風(fēng)壓高度變化系數(shù)的影響,具體方法可按上述國(guó)家規(guī)范第7.2.2條對(duì)基本風(fēng)壓進(jìn)行修正.據(jù)筆者所知,許多結(jié)構(gòu)工程師在開展工程設(shè)計(jì)時(shí),只按照現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行常規(guī)的抗風(fēng)計(jì)算,而常常忽略局部地形條件對(duì)風(fēng)壓高度變化的影響,這可能會(huì)使結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性降低,為工程埋下安全隱患.第二,在進(jìn)行建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),局部風(fēng)壓體型系數(shù)一定要按規(guī)范考慮足夠,特別是對(duì)屋面角部、檐口、雨蓬、