幕墻門窗破壞后內(nèi)壓變化規(guī)律的研究

幕墻門窗破壞后內(nèi)壓變化規(guī)律的研究

1單風(fēng)壓系數(shù)sl從屬表面1.1屋頂局部部位第7.3.3條。建設(shè)部第號公告《建筑結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)范》。驗(yàn)算圍護(hù)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度時(shí),可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)：a)外表面(1)正壓區(qū):按表7.3.1采用;——對墻面,取-1.0;——對屋面局部部位（周邊和屋面坡度大于10o的屋脊部位），取-2.2;——對檐口、雨篷、遮陽板等突出構(gòu)件，取-2.0;注：對墻角邊和屋面局部部位的作用寬度為房屋寬度的0.1或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。b)內(nèi)表面對封閉式建筑物，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。注：上述的局部體型系數(shù)μsl(1）是適用于圍護(hù)構(gòu)件的從屬面積A小于或等于1m2的情況，當(dāng)圍護(hù)構(gòu)件的從屬面積大于或等于10m2時(shí)，局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl(10）可乘以折減系數(shù)0.8，當(dāng)構(gòu)件的從屬面積小于10m2而大于1m2時(shí)，局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl(A）可按面積的對數(shù)線性插值，即：μsl(A）=μsl(1）+[μsl(10）-μsl(1）]logA1.2局部風(fēng)壓體型系數(shù)sl的折減系數(shù)GB50009—2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中2.1.19條對從屬面積定義：“從屬面積是在計(jì)算梁柱構(gòu)件時(shí)采用，它是指所計(jì)算的構(gòu)件負(fù)荷的樓面面積，它應(yīng)由樓板的剪力零線劃分，在實(shí)際應(yīng)用中可作適當(dāng)簡化?！本植匡L(fēng)壓體型系數(shù)μsl的折減系數(shù)是在計(jì)算幕墻、門窗的梁柱構(gòu)件時(shí)采用，如支承面板的橫梁、立柱、中梃、索等。局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl的折減系數(shù)對數(shù)插值見表1。1.3下三角形分布a)橫梁:就是指均布在橫梁風(fēng)荷載上下梯形分布面積（三角形分布時(shí)取三角形面積）相加之和；b)立柱：就是指立柱兩側(cè)風(fēng)荷載作用矩形分布面積相加之和。1.4組合窗中挺風(fēng)荷載面積計(jì)算門窗中挺、橫梁從屬面積的取值可參照GB7106—2002附錄A圖A1～圖A5的計(jì)算簡圖。其受力桿件風(fēng)荷載計(jì)算的從屬面積Q：一般情況下可簡化為矩形、梯形、三角形相互相加之和。示意如下：左右連窗橫梁風(fēng)荷載從屬面積根據(jù)分配荷載計(jì)算：a)分布荷載：從屬面積S分=Q1+Q2+Q3;b)中挺傳給橫梁風(fēng)荷載P;c)中挺風(fēng)荷載2P從屬面積S中=Q4+Q5。組合窗中挺風(fēng)荷載從屬面積根據(jù)分配荷載計(jì)算：a)中挺分布風(fēng)荷載：從屬面積S分=Q1+Q2+Q3+Q4;b)左橫梁傳給中挺風(fēng)荷載P1,2P1從屬面積S中2=Q6+Q5;c)右橫梁風(fēng)荷載傳給中挺風(fēng)荷載P2=P3+P4;2P3風(fēng)荷載從屬面積S分右=Q1+Q2+Q3+Q4;小中挺風(fēng)荷載4P4從屬面積S分=2Q9。2群體干擾增加系數(shù)mf建筑相互干擾的影響2.1風(fēng)力相互干擾當(dāng)多個(gè)建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨(dú)建筑物的體型系數(shù)p0乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗(yàn)資料確定；必要時(shí)宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)得出。2.2周圍建筑物干擾因素當(dāng)建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時(shí)，由于旋渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風(fēng)壓會顯著增大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。對比較重要的高層建筑，建議在風(fēng)洞試驗(yàn)中考慮周圍建筑物的干擾因素。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料(張相庭《工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，1998，第72～73頁)，提供的增大系數(shù)，是根據(jù)國內(nèi)試驗(yàn)研究報(bào)告取較低的下限而得出，其取值基本上與澳大利亞規(guī)范接近。當(dāng)與鄰近房屋的間距小于3.5倍的迎風(fēng)面寬度且兩棟房屋中心連線與風(fēng)向成45°時(shí)，可取大值；當(dāng)房屋連線與風(fēng)向一致時(shí)，可取小值；當(dāng)與風(fēng)向垂直時(shí)不考慮；當(dāng)間距大于7.5倍的迎風(fēng)面寬度時(shí)，也可不考慮。2.3風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)就雙塔樓的結(jié)構(gòu)來說，其中間距離一般不超過50m，難以達(dá)到建筑上“樓高∶樓間距=1∶1.2～1.5”的要求。當(dāng)風(fēng)繞過前一幢樓而吹向后一幢時(shí)，兩樓間的狹窄區(qū)域就會發(fā)生流體干擾，使周圍的風(fēng)環(huán)境大為惡化。以“9·11”事件中被毀的那兩幢411.5m高的世貿(mào)雙塔樓為例，兩座大廈間僅有一條狹窄通道，海風(fēng)從中穿過，有時(shí)會形成時(shí)速高達(dá)120公里的“人造旋風(fēng)”，其威力相當(dāng)于12級臺風(fēng)。為減輕高樓的負(fù)面風(fēng)效應(yīng)，國際上通常在建筑物的規(guī)劃設(shè)計(jì)初期，進(jìn)行風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)。所謂風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)，就是按比例將建筑物和周圍環(huán)境做成模型，然后將它們放到能夠模擬自然風(fēng)的建筑風(fēng)洞中，觀察建筑出現(xiàn)前后風(fēng)速和風(fēng)向的變化。單體建筑或整個(gè)小區(qū)都可以通過風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行風(fēng)環(huán)境評價(jià)，通過科學(xué)布局消解負(fù)面影響，如圖1、圖2所示。然而，國內(nèi)在這方面的系統(tǒng)研究和測試幾乎還是空白。目前開發(fā)商們更多地只注重建筑物本身的安全，對大樓建成后的風(fēng)環(huán)境改變卻不甚關(guān)心，國家也尚未出臺具體要求。而在國外，一般規(guī)定由高樓引發(fā)的風(fēng)提速，最多不能超過原來的1.5～1.8倍。周邊建筑群對本建筑的風(fēng)荷載影響:群體建筑相互干擾影響可通過下式計(jì)算:μsm=μsl·mBF式中:μsm——群體體型系數(shù)；μsl——單體體型系數(shù)；mBF——相互干擾增大系數(shù)。2.4群體建筑的相互干擾系數(shù)《工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊》提供的相互干擾增大系數(shù)mBF，見表2。2.5建筑組成的影響結(jié)果周邊建筑對本建筑的影響見附圖。根據(jù)GB50009—2001規(guī)定,風(fēng)向原則上應(yīng)以該地區(qū)最大風(fēng)的風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn),但也可取其主導(dǎo)風(fēng)；由于南京地區(qū)最大風(fēng)的風(fēng)向不易確定,所以取其主導(dǎo)風(fēng)向。當(dāng)與鄰近房屋的間距小于3.5倍的迎風(fēng)面寬度且兩棟房屋中心連線與風(fēng)向成45°時(shí)，可取大值；當(dāng)房屋連線與風(fēng)向一致時(shí)，可取小值；夏季主導(dǎo)風(fēng)向：東風(fēng)、東南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向：東風(fēng)、東北風(fēng)。現(xiàn)以東風(fēng)、東南風(fēng)、東北風(fēng)分別考慮周邊建筑對本建筑的影響，取最不利的結(jié)果。a)東風(fēng)時(shí)周邊建筑對本建筑的影響，見圖3。最不利條件：d=73203mm,θ=14°用插值查表得mBF=1.15+(1.25-1.15)×4/10=1.19b)東南風(fēng)時(shí)周邊建筑對本建筑的影響，見圖4。最不利條件：d=73203mm,θ=31°用插值查表得：c)東北風(fēng)時(shí)周邊建筑對本建筑的影響，見圖5。最不利條件：d=54771mm，θ=27°用插值查表得：綜合由以上計(jì)算結(jié)果取:3結(jié)構(gòu)受內(nèi)外壓共同作用而產(chǎn)生的破壞GB50009—2001中7.3.3條說明對封閉式建筑物，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。對封閉式建筑物，考慮到建筑物內(nèi)實(shí)際存在的個(gè)別孔口和縫隙、，以及機(jī)械通風(fēng)等因素，室內(nèi)可能存在正負(fù)不同的氣壓，參照國外規(guī)范，大多取±(0.2～0.25)的壓力系數(shù)，現(xiàn)取±0.2。GB50009—2001出于安全的考慮，對封閉式建筑物取±0.2的內(nèi)壓，適當(dāng)?shù)脑黾影踩?，?nèi)壓計(jì)算僅限于圍護(hù)構(gòu)件。內(nèi)壓不受從屬面積的影響。而實(shí)際上當(dāng)發(fā)生大風(fēng)時(shí)，由于窗戶局部破壞，建筑物突然不封閉，內(nèi)壓急劇增大，此時(shí)房屋的內(nèi)壓系數(shù)就不是這個(gè)數(shù)值。在門、窗被強(qiáng)風(fēng)吹開或受損等突變事故發(fā)生時(shí)，在建筑物上形成開孔，風(fēng)從開孔突然涌入，建筑物脈動(dòng)內(nèi)壓急劇增大，使結(jié)構(gòu)受內(nèi)外壓共同作用而更容易遭受風(fēng)致破壞。因此對于重大工程的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)，需考慮到使用過程中強(qiáng)風(fēng)下突然開孔的瞬間所產(chǎn)生的內(nèi)壓脈動(dòng)。房屋結(jié)構(gòu)受內(nèi)外壓共同作用而導(dǎo)致破壞的實(shí)例時(shí)有報(bào)道。1996年11月6日的南印度洋颶風(fēng)期間，印度沿海受影響地區(qū)的很多房屋因通風(fēng)裝置和窗戶的破壞使颶風(fēng)從開孔涌入內(nèi)部，增大了內(nèi)壓，使山墻倒塌，屋面破壞。1992年美國佛羅里達(dá)地區(qū)的Andrew颶風(fēng)期間也出現(xiàn)過內(nèi)外壓共同作用使房屋面破壞。1994年國內(nèi)17號臺風(fēng)在浙江溫州登陸，使該地區(qū)房屋受損嚴(yán)重，災(zāi)后調(diào)查表明，窗戶破壞產(chǎn)生突然開孔后內(nèi)外壓共同作用是房屋破壞的一個(gè)主要原因。HenryLiu和K.H.Rhee通過模型風(fēng)洞試驗(yàn)得到的結(jié)果明，當(dāng)迎風(fēng)面障礙物產(chǎn)生的氣流漩渦脫落頻率接近突然開孔建筑的赫姆霍茨(Helmholtz)頻率時(shí)，內(nèi)壓響應(yīng)比赫姆霍茨(Helmholtz)共振引起的內(nèi)壓響應(yīng)大，出現(xiàn)雙共振現(xiàn)象。一般認(rèn)為突然開孔建筑物屋面破壞機(jī)理為房屋受內(nèi)外風(fēng)壓的共同作用，其中包括屋蓋外表面氣流分離引起的吸力效應(yīng)。玻璃外窗、幕墻的玻璃爆裂飛濺之后，建筑物出現(xiàn)破洞，風(fēng)將由破洞直入建筑物內(nèi)造成強(qiáng)大內(nèi)壓，強(qiáng)風(fēng)的外壓、內(nèi)壓共同作用，掀翻屋頂、墻壁倒塌，如圖6示意。由于建筑物幕墻、門窗破壞產(chǎn)生突然開孔，在內(nèi)外風(fēng)壓共同作用下，與四周封閉時(shí)的屋面響應(yīng)進(jìn)行對比研究，有下列主要結(jié)果：a)從加速度功率譜曲線可以看出，突然開孔時(shí)的能量增大很顯著，并且突然開孔時(shí)激起屋面的高階振動(dòng)；b)四周封閉和突然開孔模型各測點(diǎn)的加速度均方根值都隨風(fēng)速的增大而增大，相同風(fēng)速下，突然開孔模型各測點(diǎn)的加速度均方根值是四周封閉模型的2倍左右；c)四周封閉和突然開孔模型各測點(diǎn)的位移平均值都隨風(fēng)速的增大而增大，相同風(fēng)速下，突然開孔時(shí)的位移平均值是四周封閉時(shí)的5～10倍；d)四周封閉和突然開孔模型各測點(diǎn)的位移均方根值都隨風(fēng)速的增大而增大，相同風(fēng)速下，突然開孔時(shí)的位移均方根值是四周封閉時(shí)的2倍左右；e)大跨度柔性屋面結(jié)構(gòu)的荷載風(fēng)振系數(shù)在屋面各節(jié)點(diǎn)數(shù)值分布不均勻，中間大，四周小。突然開孔模型的荷載風(fēng)振系數(shù)比四周封閉模型大，最大比值為1.22;f)突然開孔的荷載風(fēng)振系數(shù)比四周封閉模型大，最大比值為1.16。事實(shí)上,風(fēng)災(zāi)中巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失主要由強(qiáng)風(fēng)作用下門窗突然破壞,而導(dǎo)致建筑物內(nèi)壓的急劇變化，引起內(nèi)壓突增,致使建筑風(fēng)損和風(fēng)毀。但和發(fā)達(dá)國家相比，我國在這方面抗