強颱風「彩虹」肆虐時,部分住在高樓層的居民膽戰心驚,因為感覺「樓房在晃動」。許多住高樓層的居民紛紛跑到地下車庫躲避,甚至有市民因為恐懼,不顧狂風肆虐、暴雨傾盆,衝出高樓,結果高樓無恙,自己卻被高空掉落的玻璃砸傷,或摔倒致使骨折。
麥先生就親歷了驚魂的樓房「跳舞」。他滿懷憂慮地問道:「颱風過境時,高樓就開始左右晃動,家裡的吊燈叮咚作響,這是什麼原因?會對樓房結構造成什麼影響?」
風振效應導致高樓晃動
強颱風過境高樓「晃動」,是否正常?湛江市建築設計院院長、國家一級註冊結構師範藝表示,颱風來臨時,在一些樓層較高的建築物內居住的居民感覺到有輕微的晃動,意味著高樓產生了變形(位移),按照現行高層建築混凝土結構技術規程進行的高樓設計,是允許建築在強風作用下產生一定的水平位移的,但位移必須在規定的限值之內。
某建築設計院一位姓梁的結構工程師分析,通過氣象方程式可以計算出,城市高空確實要比近地面的風速大。因此,當狂風吹過時,高層建築受到的影響就更大。麥先生所遇到的情況,建築學上稱為「風振效應」。簡單地說,就是高層建築周圍的風有脈動效應,形成一種漩渦,風與建築物產生摩擦,風越大,摩擦也就越大。
範藝說,建築特別是高層建築,在受風荷載的作用後,其反應是由複雜的綜合因素決定的,受建築所處環境的空曠程度、建築體形、建築高度、建築高寬比、結構動力特性以及是否為建築群等諸多因素的影響。
高樓抗風有標準
據梁工程師介紹,目前湛江建築設計參照的最新標準是國家在2012年5月28日發布、2012年10月1日實施的《建築結構荷載規範》。而高樓抗搖晃的標準,還參照國家的《高層建築混凝土結構技術規程》,其中有變形限值和舒適度標準。
「高層建築在強風作用下會形成風振效應,過大的振動加速度會使人感覺不舒適,這就是風振舒適度的要求。」範藝說,現行設計規範對風振加速度有限制,對高度150米以上的建築有嚴格要求,有人還建議今後對高度100米左右(約30層)的居住建築從嚴考慮風振舒適度的問題。
「離地面的高度愈大,風速也愈大;愈是空曠的地面,風速也愈大。」 梁工程師解釋說,「由於風速、風向的不斷變化,作用在建築物表面上的風壓(吸)力也在不停變化,房屋會產生微小的振動。在高層建築中不可忽略風的動力效應。」
梁工提及一個重要的概念——基本風壓,「就是風吹到建築表面上,產生多大的壓力。」基本風壓也稱風的動壓力,是空氣流動對工程結構所產生的壓力。抗風設計當中用到的風載荷,相當於基本風壓和風壓高度變化係數、風荷載體型係數、和高度風振係數的乘積。
基本風壓值與當地風速大小有關,國家的載荷規範為各城市、地區給出了基本風壓值。一般多層建築取50年一遇最大值確定風速並考慮其他因素,經計算確定風壓;對於高層建築、高聳結構以及對鳳荷載比較敏感的其他結構,要取重現期為100年的風壓值計算,並應符合有關結構設計規範的規定。
住高樓層遇颱風怎麼辦
梁工程師說,在建造高層建築時,風是首先要考慮的要素之一。對於抗風要求,一般建築物要求能夠抗50年一遇的大風;高層建築要求更高,一般是要能夠抵禦百年一遇的大風。
而高空風力增大的另一個原因是高樓林立造成的狹管效應。由於高樓阻擋,如果風的通行面減小一半的話,其穿行速度則會增加約一倍,因此遇到高樓狹小的通道,風就更猛烈了。超高層建築頂部一般都會有位移表現,只是幅度不同。樓層越高,位移幅度越大。
範藝說,在去年「威馬遜」來襲時,我市部分樓房也曾出現晃動現象,市住建局曾召集有關單位專家開會,就有關問題進行研討。此次「彩虹」來襲後,相關單位收集更多樓房晃動的有關情況,今後將在抗風設計的風荷載取值等方面作進一步思考和研究。
颱風時面對高樓搖晃怎麼辦?梁工程師建議,居民面對高樓搖晃,首先不要慌張,其次,高樓在搖晃中會產生一些連帶危險,市民應做好預防工作,如應該對屋內高高立起的家具比如衣櫃等進行固定,將放置於陽臺、窗外的花盆等物品移入室內,關緊門窗,如遇玻璃鬆動或有裂縫,要在玻璃上貼上膠條,不要在玻璃門、窗附近逗留,颱風前轉移至較低樓層的房屋。