幕墙门窗破坏后内压变化规律的研究

幕墙门窗破坏后内压变化规律的研究

1单风压系数sl从属表面1.1屋顶局部部位第7.3.3条。建设部第号公告《建筑结构调整规范》。验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数：a)外表面(1)正压区:按表7.3.1采用;——对墙面,取-1.0;——对屋面局部部位（周边和屋面坡度大于10o的屋脊部位），取-2.2;——对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取-2.0;注：对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。b)内表面对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取-0.2或0.2。注：上述的局部体型系数μsl(1）是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积大于或等于10m2时，局部风压体型系数μsl(10）可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数μsl(A）可按面积的对数线性插值，即：μsl(A）=μsl(1）+[μsl(10）-μsl(1）]logA1.2局部风压体型系数sl的折减系数GB50009—2001《建筑结构荷载规范》中2.1.19条对从属面积定义：“从属面积是在计算梁柱构件时采用，它是指所计算的构件负荷的楼面面积，它应由楼板的剪力零线划分，在实际应用中可作适当简化。”局部风压体型系数μsl的折减系数是在计算幕墙、门窗的梁柱构件时采用，如支承面板的横梁、立柱、中梃、索等。局部风压体型系数μsl的折减系数对数插值见表1。1.3下三角形分布a)横梁:就是指均布在横梁风荷载上下梯形分布面积（三角形分布时取三角形面积）相加之和；b)立柱：就是指立柱两侧风荷载作用矩形分布面积相加之和。1.4组合窗中挺风荷载面积计算门窗中挺、横梁从属面积的取值可参照GB7106—2002附录A图A1～图A5的计算简图。其受力杆件风荷载计算的从属面积Q：一般情况下可简化为矩形、梯形、三角形相互相加之和。示意如下：左右连窗横梁风荷载从属面积根据分配荷载计算：a)分布荷载：从属面积S分=Q1+Q2+Q3;b)中挺传给横梁风荷载P;c)中挺风荷载2P从属面积S中=Q4+Q5。组合窗中挺风荷载从属面积根据分配荷载计算：a)中挺分布风荷载：从属面积S分=Q1+Q2+Q3+Q4;b)左横梁传给中挺风荷载P1,2P1从属面积S中2=Q6+Q5;c)右横梁风荷载传给中挺风荷载P2=P3+P4;2P3风荷载从属面积S分右=Q1+Q2+Q3+Q4;小中挺风荷载4P4从属面积S分=2Q9。2群体干扰增加系数mf建筑相互干扰的影响2.1风力相互干扰当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数p0乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。2.2周围建筑物干扰因素当建筑群，尤其是高层建筑群，房屋相互间距较近时，由于旋涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大，设计时应注意。对比较重要的高层建筑，建议在风洞试验中考虑周围建筑物的干扰因素。根据国内有关资料(张相庭《工程抗风设计计算手册》，中国建筑工业出版社，1998，第72～73页)，提供的增大系数，是根据国内试验研究报告取较低的下限而得出，其取值基本上与澳大利亚规范接近。当与邻近房屋的间距小于3.5倍的迎风面宽度且两栋房屋中心连线与风向成45°时，可取大值；当房屋连线与风向一致时，可取小值；当与风向垂直时不考虑；当间距大于7.5倍的迎风面宽度时，也可不考虑。2.3风环境风洞试验就双塔楼的结构来说，其中间距离一般不超过50m，难以达到建筑上“楼高∶楼间距=1∶1.2～1.5”的要求。当风绕过前一幢楼而吹向后一幢时，两楼间的狭窄区域就会发生流体干扰，使周围的风环境大为恶化。以“9·11”事件中被毁的那两幢411.5m高的世贸双塔楼为例，两座大厦间仅有一条狭窄通道，海风从中穿过，有时会形成时速高达120公里的“人造旋风”，其威力相当于12级台风。为减轻高楼的负面风效应，国际上通常在建筑物的规划设计初期，进行风环境风洞试验。所谓风环境风洞试验，就是按比例将建筑物和周围环境做成模型，然后将它们放到能够模拟自然风的建筑风洞中，观察建筑出现前后风速和风向的变化。单体建筑或整个小区都可以通过风洞试验进行风环境评价，通过科学布局消解负面影响，如图1、图2所示。然而，国内在这方面的系统研究和测试几乎还是空白。目前开发商们更多地只注重建筑物本身的安全，对大楼建成后的风环境改变却不甚关心，国家也尚未出台具体要求。而在国外，一般规定由高楼引发的风提速，最多不能超过原来的1.5～1.8倍。周边建筑群对本建筑的风荷载影响:群体建筑相互干扰影响可通过下式计算:μsm=μsl·mBF式中:μsm——群体体型系数；μsl——单体体型系数；mBF——相互干扰增大系数。2.4群体建筑的相互干扰系数《工程抗风设计计算手册》提供的相互干扰增大系数mBF，见表2。2.5建筑组成的影响结果周边建筑对本建筑的影响见附图。根据GB50009—2001规定,风向原则上应以该地区最大风的风向为准,但也可取其主导风；由于南京地区最大风的风向不易确定,所以取其主导风向。当与邻近房屋的间距小于3.5倍的迎风面宽度且两栋房屋中心连线与风向成45°时，可取大值；当房屋连线与风向一致时，可取小值；夏季主导风向：东风、东南风，冬季主导风向：东风、东北风。现以东风、东南风、东北风分别考虑周边建筑对本建筑的影响，取最不利的结果。a)东风时周边建筑对本建筑的影响，见图3。最不利条件：d=73203mm,θ=14°用插值查表得mBF=1.15+(1.25-1.15)×4/10=1.19b)东南风时周边建筑对本建筑的影响，见图4。最不利条件：d=73203mm,θ=31°用插值查表得：c)东北风时周边建筑对本建筑的影响，见图5。最不利条件：d=54771mm，θ=27°用插值查表得：综合由以上计算结果取:3结构受内外压共同作用而产生的破坏GB50009—2001中7.3.3条说明对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取-0.2或0.2。对封闭式建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别孔口和缝隙、，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取±(0.2～0.25)的压力系数，现取±0.2。GB50009—2001出于安全的考虑，对封闭式建筑物取±0.2的内压，适当的增加安全度，内压计算仅限于围护构件。内压不受从属面积的影响。而实际上当发生大风时，由于窗户局部破坏，建筑物突然不封闭，内压急剧增大，此时房屋的内压系数就不是这个数值。在门、窗被强风吹开或受损等突变事故发生时，在建筑物上形成开孔，风从开孔突然涌入，建筑物脉动内压急剧增大，使结构受内外压共同作用而更容易遭受风致破坏。因此对于重大工程的结构抗风设计，需考虑到使用过程中强风下突然开孔的瞬间所产生的内压脉动。房屋结构受内外压共同作用而导致破坏的实例时有报道。1996年11月6日的南印度洋飓风期间，印度沿海受影响地区的很多房屋因通风装置和窗户的破坏使飓风从开孔涌入内部，增大了内压，使山墙倒塌，屋面破坏。1992年美国佛罗里达地区的Andrew飓风期间也出现过内外压共同作用使房屋面破坏。1994年国内17号台风在浙江温州登陆，使该地区房屋受损严重，灾后调查表明，窗户破坏产生突然开孔后内外压共同作用是房屋破坏的一个主要原因。HenryLiu和K.H.Rhee通过模型风洞试验得到的结果明，当迎风面障碍物产生的气流漩涡脱落频率接近突然开孔建筑的赫姆霍茨(Helmholtz)频率时，内压响应比赫姆霍茨(Helmholtz)共振引起的内压响应大，出现双共振现象。一般认为突然开孔建筑物屋面破坏机理为房屋受内外风压的共同作用，其中包括屋盖外表面气流分离引起的吸力效应。玻璃外窗、幕墙的玻璃爆裂飞溅之后，建筑物出现破洞，风将由破洞直入建筑物内造成强大内压，强风的外压、内压共同作用，掀翻屋顶、墙壁倒塌，如图6示意。由于建筑物幕墙、门窗破坏产生突然开孔，在内外风压共同作用下，与四周封闭时的屋面响应进行对比研究，有下列主要结果：a)从加速度功率谱曲线可以看出，突然开孔时的能量增大很显著，并且突然开孔时激起屋面的高阶振动；b)四周封闭和突然开孔模型各测点的加速度均方根值都随风速的增大而增大，相同风速下，突然开孔模型各测点的加速度均方根值是四周封闭模型的2倍左右；c)四周封闭和突然开孔模型各测点的位移平均值都随风速的增大而增大，相同风速下，突然开孔时的位移平均值是四周封闭时的5～10倍；d)四周封闭和突然开孔模型各测点的位移均方根值都随风速的增大而增大，相同风速下，突然开孔时的位移均方根值是四周封闭时的2倍左右；e)大跨度柔性屋面结构的荷载风振系数在屋面各节点数值分布不均匀，中间大，四周小。突然开孔模型的荷载风振系数比四周封闭模型大，最大比值为1.22;f)突然开孔的荷载风振系数比四周封闭模型大，最大比值为1.16。事实上,风灾中巨大的人员伤亡和财产损失主要由强风作用下门窗突然破坏,而导致建筑物内压的急剧变化，引起内压突增,致使建筑风损和风毁。但和发达国家相比，我国在这方面抗