建筑幕墻設(shè)計(jì)
風(fēng)荷載是
玻璃幕墻設(shè)計(jì)諸
荷載(作用)中最重要的一項(xiàng)。它的取值直接影響玻璃幕墻的安全，尤其是體型復(fù)雜的高層
建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載更要慎重采用。
《
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》
JGJ102-2003指出，“經(jīng)驗(yàn)表明，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)主要取決于風(fēng)荷載作用，對于體型復(fù)雜的幕墻工程或房屋高度較高（比如超過200m）的幕墻工程，應(yīng)確保風(fēng)荷載作用下的
可靠性”，“一般情況下，對幕墻起控制作用的是風(fēng)荷載。幕墻
面板本身必須具有足夠的
承載能力，避免在風(fēng)荷載作用下破碎。我國沿海地區(qū)經(jīng)常受臺風(fēng)的襲擊，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮有足夠的抗風(fēng)能力。”
鑒于設(shè)計(jì)風(fēng)荷載對玻璃幕墻設(shè)計(jì)的重要性，在臺風(fēng)過后，不少地區(qū)對臺風(fēng)給玻璃幕墻的影響進(jìn)行了調(diào)查和分析，也有不少學(xué)者對玻璃幕墻進(jìn)行了
風(fēng)洞試驗(yàn)和風(fēng)力測試分析，提出了很多論文和報(bào)告，這些論文和報(bào)告對完善玻璃幕墻設(shè)計(jì)風(fēng)荷載起極大作用，但也有些問題需要進(jìn)一步探討，現(xiàn)提出以下幾個問題和全國同行們討論。
一．玻璃幕墻設(shè)計(jì)風(fēng)荷載計(jì)算中，基本風(fēng)壓是取50年一遇的基本風(fēng)壓，還是要提高到取100年的基本風(fēng)壓值
GB50009指出：“對于
圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其重要性與
主體結(jié)構(gòu)相比要低些，仍可取50年一遇的基本風(fēng)壓。”
現(xiàn)在有些地方建設(shè)部
門，以廈門9914號臺風(fēng)、浙江2005年云娜臺風(fēng)的瞬時(shí)風(fēng)速為由，提出要改取100年一遇的基本風(fēng)壓。這是由于當(dāng)?shù)匦侣剢挝徽`導(dǎo)的結(jié)果，廈門9914號臺風(fēng)陣風(fēng)風(fēng)速46米/秒，按廈門1958年~1961年221次風(fēng)過程統(tǒng)計(jì)分析，瞬時(shí)風(fēng)速為10分鐘平均風(fēng)速的1.45倍，按此折算10分鐘平均風(fēng)速為31.72米/秒（按全世界平均值1.5倍折算10分鐘平均風(fēng)速為30.67米/秒），為11級風(fēng)（風(fēng)速28.5~32.6米/秒），不是14級風(fēng)（風(fēng)的等級表只有0~12級，12級為風(fēng)速＞32.6米/秒，沒有14級風(fēng)），按廈門基本風(fēng)壓0.80kN/m2折算風(fēng)速為35.78米/秒，即廈門9914號臺風(fēng)遠(yuǎn)未達(dá)到廈門50年一遇的基本風(fēng)壓；2005年云娜臺風(fēng)，溫州陣風(fēng)風(fēng)速36.9米/秒（按全世界平均值1.5倍折算10分鐘平均風(fēng)速為24.6米/秒），為10級風(fēng)（風(fēng)速24.5~28.4米/秒）未達(dá)到其50年一遇的基本風(fēng)壓0.60 kN/m2（折算基本風(fēng)速31米/秒）；下大陳陣風(fēng)風(fēng)速58.7米/秒（按全世界平均值1.5倍折算10分鐘平均風(fēng)速為39.13米/秒），為12級風(fēng)（風(fēng)速≥32.6米/秒）但未達(dá)到其50年一遇的基本風(fēng)壓1.4kN/m2 （折算基本風(fēng)速47.33米/秒）。說明玻璃幕墻設(shè)計(jì)風(fēng)荷載取50年一遇的基本
風(fēng)壓計(jì)算是可行的。
二．怎樣評價(jià)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告
《
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》
JG102-2003規(guī)定：“玻璃幕墻的風(fēng)荷載
標(biāo)準(zhǔn)值可按風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果確定；玻璃幕墻高度大于200m或體型、風(fēng)荷載環(huán)境復(fù)雜時(shí)，宜進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)確定風(fēng)荷載。”
有的論文提出：“風(fēng)洞試驗(yàn)值比規(guī)范更精確”。“ 風(fēng)洞試驗(yàn)之所以精確，因?yàn)樗嬲M表現(xiàn)出了風(fēng)對于不同建筑物的影響”。上海×××中心“由國際著名風(fēng)工程專家×××主持×××邊界層風(fēng)洞試驗(yàn)室完成的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)翔實(shí)，方法可靠，結(jié)論合理。”這些論點(diǎn)值得商榷。
我們要認(rèn)識到，風(fēng)洞不能自動創(chuàng)造某建筑物所在地點(diǎn)的風(fēng)環(huán)境，并得出建筑物表面各處風(fēng)荷載。建筑物所在地區(qū)的風(fēng)速是通過風(fēng)速儀等儀器長期觀測紀(jì)錄、并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析得出的；對風(fēng)剖面還要用高桅塔或高空氣球來測得不同高度風(fēng)速后進(jìn)行數(shù)理分析、回歸成公式來表述。因此不是風(fēng)洞創(chuàng)造預(yù)定的風(fēng)環(huán)境，而是人根據(jù)長期觀測資料的分析結(jié)果確定風(fēng)環(huán)境有關(guān)參數(shù)，風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)在風(fēng)洞中摸擬大風(fēng)邊界層流場，風(fēng)洞中摸擬的風(fēng)環(huán)境與再現(xiàn)的預(yù)計(jì)風(fēng)環(huán)境近似程度完全取決于人對風(fēng)環(huán)境有關(guān)參數(shù)的理解和運(yùn)用。如果風(fēng)環(huán)境參數(shù)選擇不當(dāng)，則模擬的風(fēng)環(huán)境與預(yù)定情況大相徑庭。同時(shí)還要指出風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果主要是體型系數(shù)—來流風(fēng)壓與建筑表面實(shí)際（壓）吸力的比值，也有的風(fēng)洞試驗(yàn)可在風(fēng)洞中的各高度調(diào)整風(fēng)速來測得不同高度的壓力系數(shù)(即體型系數(shù)與風(fēng)壓高度變化系數(shù)近似乘積)，各處的風(fēng)荷載是將測點(diǎn)的壓力系數(shù)乘以風(fēng)洞對應(yīng)點(diǎn)風(fēng)速換算成實(shí)際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計(jì)算出來的風(fēng)壓，即風(fēng)荷載是計(jì)算值，而不是直接從風(fēng)洞試驗(yàn)中得到，在計(jì)算中采用的風(fēng)環(huán)境計(jì)算參數(shù)取值直接影響風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果。
上海×××中心風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告中“×××對上海風(fēng)環(huán)境進(jìn)行研究后，在其風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告所選用的梯度風(fēng)風(fēng)壓為1.5KPa。這與按規(guī)范GB50009中上海地區(qū)50年回歸期基本風(fēng)壓0.55 KPa，并經(jīng)風(fēng)壓風(fēng)速轉(zhuǎn)換后利用規(guī)范公式7.6.2-2推導(dǎo)的結(jié)果比較，×××的梯度風(fēng)風(fēng)壓結(jié)論介于地粗面糙度A類B類之間，而不是通常認(rèn)為的陸家嘴地區(qū)為地粗面糙度C類。”上海地區(qū)基本風(fēng)壓0.55 KPa是根據(jù)上海氣象臺歷年（50年以上）來的最大風(fēng)速記錄，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定的（規(guī)范對梯度風(fēng)高度分別規(guī)定為hT
a=300m、hT
b=350m、hT
c=400m、hT
d=450m）。上述風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告所選用的梯度風(fēng)風(fēng)壓為1.5KPa，沒有說明梯度風(fēng)高度取多高，梯度風(fēng)風(fēng)速用什么方法（儀器），經(jīng)過多少（幾十）年、取得多少（幾十、幾百、幾千、幾萬-----）個樣本，用什么方法得出的。怎樣得出比規(guī)范更精確的結(jié)論的。
在大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨離地面高度而增大。在大量觀測資料積累的基礎(chǔ)上，基于相似理論得出的近地層的風(fēng)速廓線(剖面) 近似符合指數(shù)規(guī)律，盡管這種方法具有思路清析、概念明確、易于操作的特點(diǎn)，但從對若干個有100m以上的
超高層建筑地區(qū)不同高度最大風(fēng)速記錄統(tǒng)計(jì)分析，100m以上風(fēng)速廓線(剖面)并不符合指數(shù)規(guī)律，而是呈拋物線或多項(xiàng)式曲線分布。風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)一種方法是取全
斷面同一流場速度（流場速度的不
均勻性小于2%），試驗(yàn)的結(jié)果主要是體型系數(shù)（來流風(fēng)壓與建筑表面實(shí)際（壓）吸力的比值），用此體型系數(shù)乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)和用風(fēng)洞對應(yīng)點(diǎn)風(fēng)速換算成實(shí)際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計(jì)算的風(fēng)壓的結(jié)果即為設(shè)計(jì)風(fēng)荷載（陣風(fēng)還考慮
陣風(fēng)系數(shù)）。另一種方法是風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，在風(fēng)洞中試驗(yàn)區(qū)前設(shè)擋板、百頁、擱柵、濾網(wǎng)等使試驗(yàn)區(qū)風(fēng)洞剖面上、下各點(diǎn)風(fēng)速不同，并使風(fēng)洞風(fēng)剖面符合規(guī)定的指數(shù)規(guī)律，試驗(yàn)的結(jié)果測得不同高度的壓力系數(shù)(即體型系數(shù)與風(fēng)壓高度變化系數(shù)近似乘積)，測點(diǎn)的壓力系數(shù)乘以風(fēng)洞對應(yīng)點(diǎn)風(fēng)速換算成實(shí)際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計(jì)算出來的風(fēng)壓，得出風(fēng)荷載值，但是風(fēng)剖面取不同指數(shù)值，會得出不同結(jié)果。例如上海中銀（浦東國際金融）大廈風(fēng)洞試驗(yàn)，同濟(jì)大學(xué)取α=0.16（
基準(zhǔn)點(diǎn)取為350 m、基準(zhǔn)點(diǎn)風(fēng)壓3.8 KPa），得230m處風(fēng)荷載為7KPa，上海建筑科學(xué)研究院取α=0.18（基準(zhǔn)點(diǎn)取為230 m、基準(zhǔn)點(diǎn)風(fēng)壓1.65KPa），得230m處風(fēng)荷載為7.49KPa，如果將上海建筑科學(xué)研究院取α=0.18用算換公式C=（230/10）0.16×（230/10）0.18=0.939，7.49×0.939=7.03≈7.00KPa。上海×××中心‘風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告’報(bào)告的“風(fēng)洞試驗(yàn)值與按規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果不同，按規(guī)范公式計(jì)算風(fēng)壓隨樓層高度而升高，在400米處，即規(guī)范的（C類）梯度風(fēng)高度趨于平穩(wěn)。但風(fēng)洞試驗(yàn)顯示風(fēng)壓在260米處達(dá)到最大，然后開始隨高度上升平穩(wěn)下降”（也有部分風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告有類似報(bào)告）。不過上述‘風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告’未說明風(fēng)洞試驗(yàn)區(qū)風(fēng)洞風(fēng)剖面指數(shù)α取值（按C類還是介于地粗面糙度A類B類之間）。風(fēng)洞試驗(yàn)值與按規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果不同，形成這種差異的原因還不能確定，是來流風(fēng)速對
高層建筑的效應(yīng)就是這樣，還是風(fēng)洞中風(fēng)環(huán)境（有風(fēng)洞壁約束）與自然界風(fēng)環(huán)境（自由流通）的差異形成的，誰更精確要用實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)，即在進(jìn)行過風(fēng)洞試驗(yàn)的建筑上每隔一定高度，同時(shí)設(shè)風(fēng)速儀和風(fēng)
壓板，測出某一高度大氣流場風(fēng)速和同一高度建筑上風(fēng)壓值，積累觀測資料得出更精確的結(jié)論。
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