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單風壓系數(shù)sl從屬表面1.1屋頂局部部位第7.3.3條。建設部第號公告《建筑結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)范》。驗算圍護構(gòu)件及其連接的強度時,可按下列規(guī)定采用局部風壓體型系數(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，按外表面風壓的正負情況取-0.2或0.2。注：上述的局部體型系數(shù)μsl(1）是適用于圍護構(gòu)件的從屬面積A小于或等于1m2的情況，當圍護構(gòu)件的從屬面積大于或等于10m2時，局部風壓體型系數(shù)μsl(10）可乘以折減系數(shù)0.8，當構(gòu)件的從屬面積小于10m2而大于1m2時，局部風壓體型系數(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：“從屬面積是在計算梁柱構(gòu)件時采用，它是指所計算的構(gòu)件負荷的樓面面積，它應由樓板的剪力零線劃分，在實際應用中可作適當簡化?！本植匡L壓體型系數(shù)μsl的折減系數(shù)是在計算幕墻、門窗的梁柱構(gòu)件時采用，如支承面板的橫梁、立柱、中梃、索等。局部風壓體型系數(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荷載上下梯形分布面積（三角形分布時取三角形面積）相加之和；b)立柱：就是指立柱兩側(cè)風荷載作用矩形分布面積相加之和。1.4組合窗中挺風荷載面積計算門窗中挺、橫梁從屬面積的取值可參照GB7106—2002附錄A圖A1～圖A5的計算簡圖。其受力桿件風荷載計算的從屬面積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：左右連窗橫梁風荷載從屬面積根據(jù)分配荷載計算：a)分布荷載：從屬面積S分=Q1+Q2+Q3;b)中挺傳給橫梁風荷載P;c)中挺風荷載2P從屬面積S中=Q4+Q5。組合窗中挺風荷載從屬面積根據(jù)分配荷載計算：a)中挺分布風荷載：從屬面積S分=Q1+Q2+Q3+Q4;b)左橫梁傳給中挺風荷載P1,2P1從屬面積S中2=Q6+Q5;c)右橫梁風荷載傳給中挺風荷載P2=P3+P4;2P3風荷載從屬面積S分右=Q1+Q2+Q3+Q4;小中挺風荷載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風力相互干擾當多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應；一般可將單獨建筑物的體型系數(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資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出。2.2周圍建筑物干擾因素當建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，由于旋渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風壓會顯著增大，設計時應注意。對比較重要的高層建筑，建議在風洞試驗中考慮周圍建筑物的干擾因素。根據(jù)國內(nèi)有關資料(張相庭《工程抗風設計計算手冊》，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)試驗研究報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。當與鄰近房屋的間距小于3.5倍的迎風面寬度且兩棟房屋中心連線與風向成45°時，可取大值；當房屋連線與風向一致時，可取小值；當與風向垂直時不考慮；當間距大于7.5倍的迎風面寬度時，也可不考慮。2.3風環(huán)境風洞試驗就雙塔樓的結(jié)構(gòu)來說，其中間距離一般不超過50m，難以達到建筑上“樓高∶樓間距=1∶1.2～1.5”的要求。當風繞過前一幢樓而吹向后一幢時，兩樓間的狹窄區(qū)域就會發(fā)生流體干擾，使周圍的風環(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，海風從中穿過，有時會形成時速高達120公里的“人造旋風”，其威力相當于12級臺風。為減輕高樓的負面風效應，國際上通常在建筑物的規(guī)劃設計初期，進行風環(huán)境風洞試驗。所謂風環(huán)境風洞試驗，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的建筑風洞中，觀察建筑出現(xiàn)前后風速和風向的變化。單體建筑或整個小區(qū)都可以通過風洞試驗進行風環(huán)境評價，通過科學布局消解負面影響，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，對大樓建成后的風環(huán)境改變卻不甚關心，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荷載影響:群體建筑相互干擾影響可通過下式計算: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)《工程抗風設計計算手冊》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,風向原則上應以該地區(qū)最大風的風向為準,但也可取其主導風；由于南京地區(qū)最大風的風向不易確定,所以取其主導風向。當與鄰近房屋的間距小于3.5倍的迎風面寬度且兩棟房屋中心連線與風向成45°時，可取大值；當房屋連線與風向一致時，可取小值；夏季主導風向：東風、東南風，冬季主導風向：東風、東北風?，F(xiàn)以東風、東南風、東北風分別考慮周邊建筑對本建筑的影響，取最不利的結(jié)果。a)東風時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)東南風時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)東北風時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，按外表面風壓的正負情況取-0.2或0.2。對封閉式建筑物，考慮到建筑物內(nèi)實際存在的個別孔口和縫隙、，以及機械通風等因素，室內(nèi)可能存在正負不同的氣壓，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?shù)脑黾影踩?，?nèi)壓計算僅限于圍護構(gòu)件。內(nèi)壓不受從屬面積的影響。而實際上當發(fā)生大風時，由于窗戶局部破壞，建筑物突然不封閉，內(nèi)壓急劇增大，此時房屋的內(nèi)壓系數(shù)就不是這個數(shù)值。在門、窗被強風吹開或受損等突變事故發(fā)生時，在建筑物上形成開孔，風從開孔突然涌入，建筑物脈動內(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致破壞。因此對于重大工程的結(jié)構(gòu)抗風設計，需考慮到使用過程中強風下突然開孔的瞬間所產(chǎn)生的內(nèi)壓脈動。房屋結(jié)構(gòu)受內(nèi)外壓共同作用而導致破壞的實例時有報道。1996年11月6日的南印度洋颶風期間，印度沿海受影響地區(qū)的很多房屋因通風裝置和窗戶的破壞使颶風從開孔涌入內(nèi)部，增大了內(nèi)壓，使山墻倒塌，屋面破壞。1992年美國佛羅里達地區(qū)的Andrew颶風期間也出現(xiàn)過內(nèi)外壓共同作用使房屋面破壞。1994年國內(nèi)17號臺風在浙江溫州登陸，使該地區(qū)房屋受損嚴重，災后調(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主要原因。HenryLiu和K.H.Rhee通過模型風洞試驗得到的結(jié)果明，當迎風面障礙物產(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，內(nèi)壓響應比赫姆霍茨(Helmholtz)共振引起的內(nèi)壓響應大，出現(xiàn)雙共振現(xiàn)象。一般認為突然開孔建筑物屋面破壞機理為房屋受內(nèi)外風壓的共同作用，其中包括屋蓋外表面氣流分離引起的吸力效應。玻璃外窗、幕墻的玻璃爆裂飛濺之后，建筑物出現(xiàn)破洞，風將由破洞直入建筑物內(nèi)造成強大內(nèi)壓，強風的外壓、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)外風壓共同作用下，與四周封閉時的屋面響應進行對比研究，有下列主要結(jié)果：a)從加速度功率譜曲線可以看出，突然開孔時的能量增大很顯著，并且突然開孔時激起屋面的高階振動；b)四周封閉和突然開孔模型各測點的加速度均方根值都隨風速的增大而增大，相同風速下，突然開孔模型各測點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的位移平均值都隨風速的增大而增大，相同風速下，突然開孔時的位移平均值是四周封閉時的5～10倍；d)四周封閉和突然開孔模型各測點的位移均方根值都隨風速的增大而增大，相同風速下，突然開孔時的位移均方根值是四周封閉時的2倍左右；e)大跨度柔性屋面結(jié)構(gòu)的荷載風振系數(shù)在屋面各節(jié)點數(shù)值分布不均勻，中間大，四周小。突然開孔模型的荷載風振系數(shù)比四周封閉模型大，最大比值為1.22;f)突然開孔的荷載風振系數(shù)比四周封閉模型大，最大比值為1.16。事實上,風災中巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失主要由強風作用下門窗突然破壞,而導致建筑物內(nèi)壓的急劇變化，引起內(nèi)壓突增,致使建筑風損和風毀。但和發(fā)達國家相比，我國在這方面抗