沿海低層房屋臺(tái)風(fēng)災(zāi)害特點(diǎn)分析

王偉國(guó)

0 引言

我國(guó)東南沿海是一個(gè)臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)，平均每年遭受臺(tái)風(fēng)襲擊3次以上。我國(guó)東南沿海又是一個(gè)多山的地區(qū)，山地丘陵面積約占總陸地面積的70%。這些山地丘陵地區(qū)的建筑物多以低層房屋為主，建筑空間大多呈錯(cuò)落、松散狀分布，建筑體型也呈現(xiàn)參差不齊、起伏變化等特點(diǎn)。這種布局和體型的建筑區(qū)域風(fēng)環(huán)境與平原地區(qū)的建筑風(fēng)狀況有著較顯著的區(qū)別，導(dǎo)致強(qiáng)風(fēng)作用下這些地區(qū)的風(fēng)災(zāi)狀況及致災(zāi)原因與一般城市或平原區(qū)域呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。

本文在對(duì)我國(guó)東南沿海地區(qū)多次臺(tái)風(fēng)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對(duì)該地區(qū)量大面廣的低層房屋的受災(zāi)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)歸納，對(duì)導(dǎo)致這種災(zāi)害的主要原因進(jìn)行了分析探討，可為這類房屋的災(zāi)害預(yù)測(cè)、預(yù)警和災(zāi)前防范等提供參考。

1 房屋倒塌特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)0414號(hào)“云娜”臺(tái)風(fēng)和 0608號(hào)“桑美”臺(tái)風(fēng)等多次風(fēng)災(zāi)進(jìn)行調(diào)查和研究，結(jié)果顯示強(qiáng)風(fēng)作用下沿海地區(qū)的低層房屋主要呈現(xiàn)以下破壞特點(diǎn):

1)走向與風(fēng)向平行的山岙、山谷口的房屋更易于倒塌。浙江黃巖市頭陀鎮(zhèn)林公村一幢兩層兩間的磚混結(jié)構(gòu)房屋在0414號(hào)“云娜”臺(tái)風(fēng)中該房屋粉碎性倒塌。調(diào)查分析顯示，該房屋單獨(dú)處于空曠的田野中，其西北面為山谷口，山谷走向與0414號(hào)“云娜”臺(tái)風(fēng)風(fēng)向大致平行。浙江溫嶺市普岙村地處山岙中，山岙口朝向正好和“云娜”臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)力時(shí)的風(fēng)向基本一致，此次臺(tái)風(fēng)共造成全村32間房屋倒塌;1985年6號(hào)臺(tái)風(fēng)在浙江溫嶺石塘鎮(zhèn)登陸時(shí)，該村也有大量房屋倒塌。

2)位于迎風(fēng)或側(cè)風(fēng)山坡附近、空曠田野的孤立房更易于倒塌。0414號(hào)“云娜”臺(tái)風(fēng)和 0608號(hào)“桑美”臺(tái)風(fēng)災(zāi)害調(diào)查顯示，倒塌房屋中位于這些抗風(fēng)不利地段的房屋占30%以上。例如浙江溫嶺市大溪鎮(zhèn)流慶村的一幢兩層兩間石板房位于山坡接近山腳位置，且為孤立房，“云娜”臺(tái)風(fēng)中發(fā)生整體倒塌。

3)長(zhǎng)細(xì)比過(guò)高或頂部局部凸出的房屋更易于倒塌。通過(guò)對(duì)浙江省臺(tái)州市路橋、溫嶺、臨海三地的抽樣調(diào)查顯示，“云娜”臺(tái)風(fēng)倒塌的房屋中，一間或兩間單獨(dú)成幢層數(shù)較高的房屋分別占三地倒塌房屋總數(shù)的53.1%，53.1%和36.1%;三間以上一幢的倒塌房屋中，部分是由于其中一間高出其余幾間，在強(qiáng)風(fēng)襲擊下，凸出一間類似于單間孤立房屋，很容易倒塌，并壓垮相鄰房屋。例如路橋北街道升谷寺村一幢10多間的二層建筑，其中中間一間加高為四層，結(jié)果四層部分被風(fēng)吹倒，并壓垮西邊兩間二層房屋。

4)結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造不合理的房屋大量倒塌?！霸颇取迸_(tái)風(fēng)和“桑美”臺(tái)風(fēng)災(zāi)害調(diào)查顯示，石板、磚石、磚木結(jié)構(gòu)房屋因整體性差、抗風(fēng)剛度弱，倒塌的比例占到全部倒塌房屋的70%以上。許多倒塌的房屋在構(gòu)造上也有較大缺陷，如屋蓋與承重體系間未做牢固連接，由此造成屋蓋首先破壞;磚混結(jié)構(gòu)不設(shè)圈梁、構(gòu)造柱，墻體開窗面積過(guò)大，從而大大減小了房屋的整體性和抗倒塌能力等。

2 致災(zāi)原因分析

20世紀(jì)90年代末以來(lái)，隨著沿海高標(biāo)準(zhǔn)海塘的建成使用，房屋倒塌已成為這些地區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害人員傷亡的主要原因。例如0414號(hào)“云娜”臺(tái)風(fēng)造成浙江全省2萬(wàn)多間房屋倒塌;0608號(hào)“桑美”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)在浙江溫州登陸，浙江全省因?yàn)?zāi)死亡人數(shù)眾多。以下對(duì)引起房屋倒塌的主要致災(zāi)原因及機(jī)理進(jìn)行分析和探討:

1)房屋選址不當(dāng)。山地丘陵地區(qū)的地形地貌比較復(fù)雜，常由山坡、山腳、山谷、山岙等組成?，F(xiàn)有研究表明，當(dāng)來(lái)流風(fēng)流經(jīng)山谷、山岙時(shí)，如果來(lái)流風(fēng)向與山谷走向基本平行或成小角度斜交時(shí)，風(fēng)力將會(huì)出現(xiàn)明顯匯聚和增強(qiáng)現(xiàn)象;而當(dāng)來(lái)流風(fēng)迎山坡爬高時(shí)，在迎風(fēng)山坡、山脊處將形成風(fēng)速及風(fēng)力增強(qiáng)的現(xiàn)象。位于這些抗風(fēng)不利地段的房屋要承受比其他地段房屋更大的風(fēng)荷載作用，因此更易于發(fā)生破壞和倒塌。2)房屋布局不合理。許多倒塌的房屋處于空曠田野、山坡或山腳的孤立位置或處于村鎮(zhèn)邊緣，沒(méi)有和相鄰房屋形成一個(gè)整體的布局。處于這些位置的房屋由于缺乏成片建筑之間的相互遮擋效應(yīng)，一般情況下比建筑群內(nèi)的房屋承受更大的風(fēng)荷載，因此更易受臺(tái)風(fēng)襲擊而倒塌。研究表明，按一定規(guī)則和間距排列的建筑群，當(dāng)相鄰建筑間距與建筑高度基本接近時(shí)，氣流將在相鄰建筑之間形成一個(gè)穩(wěn)定的渦，而上方氣流則直接從屋頂擦過(guò)。此時(shí)建筑物之間的相互遮擋較為顯著，對(duì)抗風(fēng)較為有利。3)房屋體型欠佳。許多房屋的高寬比(長(zhǎng)細(xì)比)過(guò)大，如單間造到3層～4層，或其中一間局部凸出。研究發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的情況下，低矮雙坡屋面房屋的屋面風(fēng)壓及風(fēng)載體型系數(shù)大小隨著房屋高寬比的增大有較明顯的增大。因此，高寬比過(guò)大的房屋所受的風(fēng)力比正常房屋更大，而另一方面，這種房屋本身的剛度及整體性一般也較為薄弱，因此更易于變形和倒塌。4)房屋的結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)造形式不合理、材料質(zhì)量差、施工不規(guī)范、管理不善等也是造成房屋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力差、安全性能低、易于倒塌的主要原因。

另外，一些經(jīng)過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)的民用房屋或工業(yè)廠房的倒塌還可能與設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)載體型系數(shù)、風(fēng)壓峰值系數(shù)(陣風(fēng)系數(shù))的取值不完善等因素有關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)東南沿海地區(qū)是一個(gè)臺(tái)風(fēng)多發(fā)的地區(qū)，該地區(qū)分布著大量的民用低層房屋和低層工業(yè)廠房等。本文研究發(fā)現(xiàn)，倒塌的房屋多位于風(fēng)力匯聚的山岙、山谷口，或位于迎風(fēng)及側(cè)風(fēng)山坡附近、空曠田野或村鎮(zhèn)邊緣，或?yàn)閱为?dú)一間或兩間，成幢、長(zhǎng)細(xì)比過(guò)高或局部凸出的房屋;石板、磚石、磚木結(jié)構(gòu)房屋因整體性差、抗風(fēng)能力弱，倒塌的比例占到一大半。造成這類房屋風(fēng)致破壞和倒塌的主要原因，除了結(jié)構(gòu)形式、建筑構(gòu)造不合理，建筑材料、施工質(zhì)量差等原因外，還與選址不當(dāng)、房屋布置不合理、長(zhǎng)細(xì)比過(guò)高等因素直接有關(guān)。

[1] GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] 臺(tái)州市建設(shè)規(guī)劃局.0414號(hào)臺(tái)風(fēng)“云娜”臺(tái)州民房倒塌調(diào)查報(bào)告[R].2004.

[3] 孫炳楠，付國(guó)宏.9417號(hào)臺(tái)風(fēng)對(duì)溫州民房破壞的調(diào)查[A].結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究及進(jìn)展——第七屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].重慶:重慶大學(xué)出版社，1995.

[4] 陳水福，呂少琳.低層雙坡房屋屋面風(fēng)荷載的數(shù)值研究——坡角和高寬比影響的分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2006，40(10):1738-1742.

[5] 王 輝，陳水福，唐錦春.低層坡屋面群體建筑表面風(fēng)壓的數(shù)值模擬[J].工程力學(xué)，2003，20(6):135-140.

[6] 馬永紅.面對(duì)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)村鎮(zhèn)民房結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案[J].山西建筑，2008，34(5):122-123.