滨海城市建筑台风灾害的新特点及防御对策

滨海城市建筑台风灾害的新特点及防御对策

厦门位于太平洋和南海，每年夏天和秋天都会受到风暴和台风的袭击。亚热带季节的风性气非常明显。根据新国家认可的《建筑结构负荷规范》（gb5009-2001），厦门的基本风压为50年一遇。1基本风压与台风灾害的关系表1是厦门市气象台提供的最近50年袭击厦门地区的台风资料.其中“国家旧规范”指《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87),“国家新规范”指《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001).表中风力等级是指英国人蒲福(Beaufort)制定的以地面10m高处的风速为划分标准的风力等级,而“台风”的定义按国际标准是指“热带气旋中心附近最大平均风力12级或以上”.从表1可看出:(1)在近50年内,袭击厦门地区的台风高达8次之多,这在我国东南沿海经济较发达的城市中名列前茅.(2)国家新颁布的《建筑结构荷载规范》中50年一遇的10min平均最大风速还略小于旧规范的取值(同时也小于50年来所发生台风的最大值),因此,假如按建筑工程的设计基准期50年考虑,厦门地区的现行设计基本风压并未比旧规范提高,这是与新颁结构设计系列规范的编制原则相违背的,也是不太合理的.(3)每次台风袭击厦门地区,都带来巨大的日降雨量,并引发山洪爆发,但是降雨量的大小与台风的风力等级并无直接关系.(4)袭击厦门地区的台风持续时间均较长,日降雨量大小与台风持续时间长短有一定的相关性,一般是持续时间越长,日降雨量也越大.与30年前台风灾害相比,随着城市建设规模的不断扩大和经济的快速发展,厦门市高层建筑、高柔构筑物、大跨度长悬臂公共建筑等对风荷载较敏感的工程结构也日益增多,厦门地区的台风灾害出现了许多新的特点,99149914(1)建筑物的地基基础和主体结构均无明显损坏;凡是经过正规设计和施工的建筑工程,无一幢房子倒塌,甚至连严重损坏都很少.这种现象可从两方面来解释:一是本次台风虽然瞬时极大风速高达47.1m/s,但对工程结构起破坏作用的10min平均最大风速并不高,仅25.3m/s,与之相应的理论风压为0.4kPa,不但远远低于老规范中30年一遇的设计风压0.75kPa,甚至也低于10年一遇的设计基本风压0.5kPa,因此9914(2)建筑物的围护结构遭受到一定程度的破坏,而附属于建筑主体结构上的构筑物则遭受较严重破坏.近二十年来,厦门市的许多高层建筑的外围护结构有的采用玻璃幕墙或金属幕墙、石幕墙,也有许多多层、高层建筑的外门窗采用铝合金门窗,在9914然而对于附属于建筑主体结构上的构筑物,如屋顶的临时搭盖、装饰构件、悬挑较大的雨蓬和遮阳板、依附在主体结构上的广告牌等,在本次台风中却遭受了严重的破坏.其原因主要是这些附属构筑物,大都未经过正规的抗风设计,或设计时考虑不周,或无现行国家规范可供遵循,当然也有许多属违章搭盖;其次是这些附属构筑物(构件)的施工质量十分低劣,尤其是与主体结构的连接部分存在较多问题,留下抗风的安全隐患.这种现象,是50年代至70年代的台风灾害中少见的,不能不引起政府建设行政主管部门的重视和相关工程设计、施工人员的深思.(3)大跨度轻型屋盖遭受严重破坏.最为严重的是厦工1(4)台风造成的经济损失日益增多.5903总之,建筑工程主体结构基本无碍,外围护结构轻度损坏,附属构筑物和大跨度轻型屋盖严重破坏,这就是厦门市991420年的节点期我国自从1976年唐山7.6级大地震之后,从国务院到地方各级政府都十分重视抗震防灾工作,并已建立了一套比较完备的抗震防灾管理体制;政府在抗震防灾方面的科研投入也是相当大的,例如闽南防震减灾综合示范研究共投入了1600多万元.目前在全国各土木类高等院校中几乎都有专门的研究机构或人员从事工程抗震方面的理论或试验研究.此外,经过二十多年的努力,与工程抗震相关的国家规范、行业标准和地方规程也已大量颁布实施,广大工程技术人员对抗震知识的理解和掌握程度已有很大的提高.2003年,建设部还颁发了第117号部长令,要求6度以上地震区城市都要编制抗震防灾规划.目前,福建省的漳州、泉州市已编制完成,厦门与福州市正在编制之中.然而,相比之下,沿海城市的抗风防灾工作,却比抗震防灾工作要落后得多,尤其是在技术管理层面上更是如此.事实上,地震虽然是易损性较高的自然灾害,但地震的危险性却很低,其发生的概率远比台风小得多.我们平常所说的抗震设防基本烈度地震,其50年超越概率仅10%,相应的重现期是475年;而罕遇地震的50年超越概率仅2.5%,其重现期是1975年.相比之下,就厦门市而言,12级以上台风的重现期大约是40~50年;就福建省全省范围而言,其重现期则更短.也就是说,目前我国东南沿海城市正在建设的各类房屋建筑,在其设计使用期限内,至少会遭遇一次12级以上的强台风的袭击,而低于12级的强热带风暴则几乎每年都会遇到,只是强度大小不一样而已.因此,笔者认为,对福建沿海城市来说,在自然灾害中台风灾害的危害性(=危险性×易损性)可能要比地震的危害性更严重,而实际情况也确实如此,如表2所示.因此提出如下建议:(1)要加大滨海城市抗风防灾工作的宣传力度,提高全社会对抗风防灾工作重要性的认识,抓紧编制城市抗风防灾规划,或城市建设综合防灾规划.(2)要尽快建立城市综合防灾管理机构,对预防和减轻城市各类自然灾害实行统一协调和管理,做到防灾和救灾资源的优化配置、科研经费的合理分配和使用,同时政府还应逐年增加在抗风防灾方面的财政投入.(3)尽快出台相关的地方性法规或规章,为做好滨海城市抗风防灾工作提供法规支持和政策方面的保障.(4)要通过专项科学研究,不断提高城市抗风防灾的技术水平.粤闽浙沪苏等东南沿海各城市之间要加强抗风防灾技术协作和信息交流,成立相应的学术组织,定期召开学术研讨会,尤其是要加强与我国台湾地区之间的抗风学术和技术交流.(5)组织编制国家或地方的《建筑抗风设计规范》,以便明确抗风设计重现期换算系数,统一规定结构构架的屋面风荷载计算原则(含刚性屋盖和大跨度柔性屋盖,后者目前尚无规范可循,而日本、美国等均有相关技术规定(6)根据国家规范的规定和国内外风工程研究的成果,通过对城市现有房屋高度、密度和地形地貌的调查,编制滨海城市地面粗糙度类别分区图,并定期修改或更新,以供广大工程设计人员参考使用.因为工程结构的抗风设计中有两个重要的参数,即风压高度变化系数和梯度风高度,两者均与地面粗糙度类别密切相关.广大结构设计人员在进行具体建筑工程设计时,有时很难判定工程场地的地面粗糙度类别,甚至会因人而异,从而导致设计风荷载取值差异很大,或者造成工程投资上的的浪费,或者降低结构抗风的安全性.因此有必要统一做出滨海城市地面粗糙度类别的分区图来,尤其是象厦门市这样的海岛型城市更是如此(7)要加强对高层建筑密集区风环境的研究.因为距离较近的高层建筑之间会产生相互干扰的群体效应,这种局部风荷载的变化要比单幢高层建筑时复杂得多.它不但对主体结构的抗风设计有影响,而且对外墙面上的覆面设计、搭盖物、观光电梯、屋顶设计也有显著影响(8)沿海城市和地区应通过积累风速资料,比较准确地制定基本风压等值线图,以弥补国家基本风压图比例尺太小、精度偏低的不足.(9)在进行滨海城市建设实践中,还应注意:第一,对建造在山腰或山顶的建筑物,一定要考虑局部地形条件对风压高度变化系数的影响,具体方法可按上述国家规范第7.2.2条对基本风压进行修正.据笔者所知,许多结构工程师在开展工程设计时,只按照现行结构设计软件进行常规的抗风计算,而常常忽略局部地形条件对风压高度变化的影响,这可能会使结构的抗风安全性降低,为工程埋下安全隐患.第二,在进行建筑物围护结构设计时,局部风压体型系数一定要按规范考虑足够,特别是对屋面角部、檐口、雨蓬、