筑龙首页

[分享]"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?

发表于2018-09-25     794人浏览     2人跟帖    复制链接  只看楼主

筑龙币+0

蒋德华

来源:漫谈结构设计
作者:山豆根
"山竹"过后第五天,五公里长的西涌海滩几乎完全被摧毁,岸上多家民宿全部受损,“山竹”造成累计经济损失已达52亿,造成5省1200余间房屋倒塌。
直接原因:1,原来的西涌沙滩大约只有10米宽。“山竹”过后,被海浪硬生生地拓宽为十八九米,像是被推土机一铲而过。另一边,海浪就像一把巨斧,狠狠劈过后,海滩四周的民宿便塌陷了下去,足有四五米深,损毁不计其数。
2,因为“山竹”太过凶猛,木麻黄(大树)被连根拨起,横七竖八地倒在了沙滩上,有些更是成了台风的“帮凶”,压垮了四周的建筑。
间接原因:山竹。

由于没有详细的统计数据,对于倒塌的房子,照片上看主要是民宿,厂房等。具体结构形式暂不得而知(若有好心网友了解,可以将相关资料和照片发于本公众号),下面通过一个案例来分析我们结构师设计的房子到底该不该倒塌?

"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_1
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_3
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_4
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_5
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_6

首先分析之前,我们先对这次山竹的风载进行换算(摘自于CABR 建筑抗风研究所   李宏海、陈凯博士  《结构能抗几级风——结构工程师应当知道的风速常识之一》):

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012定义基本风速为“按当地空旷平坦地面上(B类地貌)10m高度处10min平均的风速观测数据,经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速”。

而台风登陆时,是从海面吹来的,其地貌相当于荷载规范中的A类地貌;而风速时距,则采用的是2min时距。所以“台风登陆时的最大风速”,指的是A类地貌条件下2min平均最大风速。

可见,荷载规范的“基本风速”和“台风登陆时的最大风速”还不能直接比较,我们还需要了解二者是如何换算的。

第一步,需要将2min平均最大风速换算为10min平均最大风速。根据世界气象组织的指南,对于登陆台风,大致可按下式换算:
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_7

第二步,需要将A类地貌下10m高风速转换为B类地貌10m高度。荷载规范给出的A类地貌10m高度的风压高度变化系数为1.28,对应到风速换算系数为(1.28)^0.5=1.13,因此有:
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_8

这样,我们就可以将“台风登陆时的最大风速”换算为B类地貌10m高度的10min平均最大风速了。

以今年第22号台风“山竹”为例,9月16日它在广东台山海宴镇登陆时的中心附近最大风力为45m/s。换算为10min平均最大风速约为

"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_9

再换算到B类地貌是

 

"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_10

然后根据伯努利方程换算出实际风为:为:

w0=37.6^2/1600=0.8836KN/m2

而根据规范50年一遇的设计风压值为:0.75KN。


"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_11

显而易见,实际山竹明显大于设计风压,我们的房屋是很危险。但是我们考虑到荷载分项系数1.4等因素的存在,实际到底会如何呢,通过一个6层的框架结构房屋来验算复合,看到底会怎么样?


基本假定:本次验算空白对照,因为没有地震发生,我们计算不考虑地震荷载,其他活载,恒载等一模一样,只对风压0.88KN/m2(山竹)和设计风压(0.75)进行区分。
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_12
平面图
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_13
三维模型

结果对比:1,强度对比,对设计完配筋对比(由于此次山竹的风载是实际数据,不再考虑风载分项系数):

"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_14
0.75风压
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_15
0.88风压

结论,以上对比可知,由于实际设计时基本风压0.75*1.4(分项系数)=1.05>0.88,所以,强度计算时应该没有问题,配筋还可以适当的降低。
2 通过风荷载引起的最大反力,剪力,基地倾覆弯矩,最大位移以及层间位移角等方面进行逐一对比:
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_16
0.88kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_17
0.75kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_18
0.88kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_19
0.75kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_20
0.88kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_21
0.75kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_22
0.88kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_23
0.75kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_24
0.88kn/m2
"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_25
0.75kn/m2

结论:山竹作用实际风压0.88>0.75kn/m2,所以必然引起风载增大,底部倾覆弯矩和剪力增大17%,同样,柱顶位移增大17%,位移角增大为1/531,并且超过规范限值(1/550)。

 

总体结论:

1,此次山竹过后,对于正规设计院设计的房屋,强度基本没有问题,大家可以放心;

2,不足就在于位移角超限,但是不会引起倒塌。结果是结构整体刚度偏弱,可能产生弹塑性变形,局部会引起围护结构的破坏或者轻微的裂缝,影响不会大;

如果用户发现自己住房等有问题,可以找结构工程师核实后,更换(窗户等)或者修复处理即可。


3,按照规范,大于150m的建筑物进行舒适度验算。本例虽然不符合要求,也进行了对照,0.75的设计值时,柱顶加速度0.1m/s2,满足要求;山竹来时,柱顶加速度0.14m/s2,基本达到规范要求限值。实际中一些高层建筑引起住户的恐慌和不适感,极大可能就是舒适度不够引起的。对于如今高昂的房价,老百姓一辈子的积蓄换来的住宅,我们设计时还是应该对此严格一些,也算是响应“人民对于日益增长的对美好生活的向往”(可能我们设计师做不了主,烦请开发商们积极响应国家号召,造福百姓)。

"山竹"过后,房屋到底该不该倒塌?_26

此外,在实际设计过程中,必然会考虑地震的作用。根据《抗震规范》得知当地地震烈度为7度,0.1g;所以实际结构是在综合考虑地震,风载等作用下的包络值,而且跟据抗震“延性设计”的理念,建筑物的性能必然会更好,即便位移角超限,也不会引起太大的影响。

 

(图片来自网络,如有侵权,联系删除)

分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 发表于2018-09-25  | 只看该作者      

2

满足设计要求的房屋一般没啥问题吧

 发表于2018-10-04  | 只看该作者      筑龙币+20

3

文中提到按规范设计的房屋不会倒塌,前提是施工质量要有保证率。

登录后才能评论,评论超过10个字,有机会获得筑龙币奖励!

猜你爱看

筑龙学社APP扫码

立即免费下载资料

扫码安装筑龙学社
随时随地学习