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几类风灾易损建筑台风损伤估计与预测

宋芳芳  
【摘要】: 我国是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一,每年因台风灾害造成的经济损失十分惨重。城市各类建(构)筑物的损坏与倒塌是风灾直接损失的主要组成部分,快速预测和评估城市建(构)筑物遭受风灾后的损伤情况,对城市防灾减灾工作至关重要,也是目前土木工程领域急待解决的一个问题。本文对三类典型的城市风灾易损建(构)筑物进行了台风作用下的响应分析,根据实际风灾破坏现象以及荷载与结构相互作用机理,进行成灾机理分析,并分别定量计算了每一类结构的损伤程度。主要内容包括以下几个方面: (1)基于城市建筑台风损伤机理分析的需要,对台风鹦鹉(No. 0812)和台风黑格比(No. 0814)进行了灾后实地调研。通过调查总结出在台风中容易遭受损伤的建(构)筑物的主要类型,以及主要的损伤模式并分析了原因,最后明确了将轻钢结构工业厂房、户外广告牌以及高层建筑玻璃幕墙三类结构作为本文的主要研究对象。 (2)通过对灾后调查资料和结构破坏现象特点进行分析,得出了台风致结构损伤的4点主要原因,并将台风对建筑结构的作用分为3个方面:外风压、风致内压和风致碎片作用。与现行建筑结构荷载规范中外风压计算方法进行了对比,讨论了台风作用下外风压的计算方法。通过数值风洞方法对多种工况下风致内压分布规律进行了探讨,并提出了台风中风致碎片危险性的分析方法。最后对台风鹦鹉(No. 0812)、台风珍珠(No. 0601)、台风莎莉(No. 9615)和台风黑格比(No. 0814)实测的风速、风向角和风攻角时程数据进行了适当的处理,得到了适用于风灾损伤分析的数据。 (3)对于轻钢结构工业厂房的研究,首先介绍了轻钢结构工业厂房的组成,分析了风灾损伤的主要形式及原因。给出了厂房结构和构件承载力的计算方法,阐述了厂房结构风灾损伤分析方法的步骤,并进行了损伤等级的划分。最后建立了轻钢结构工业厂房模型,并进行了细致的分析,应用台风鹦鹉、珍珠和莎莉的时程数据,实现了轻钢结构工业厂房风灾损伤估计的全过程。 (4)对于户外广告牌的研究,介绍了广告牌的分类,根据调研资料总结归纳出广告牌结构几种主要风灾损伤形式并进行了原因分析,给出了广告牌风灾损伤等级划分的标准。针对每一种损伤原因分析了相应的承载力计算方法。基于台风风压计算的需要,对落地式和屋顶式广告牌进行了风压系数数值模拟。最后以单立柱三面巨型广告牌为例,建立了广告牌有限元模型,进行了台风作用下的风致动力响应分析和静力响应分析,实现了户外广告牌风灾损伤分析的全过程。 (5)对于高层建筑玻璃幕墙风灾损伤的研究,介绍了作为幕墙材料的玻璃的种类和性能,以及目前最为常见的幕墙结构种类。对幕墙风致损伤进行了单片玻璃应力和挠度分析、玻璃幕墙平面内变形能力分析和玻璃幕墙风致碎片损伤分析。基于目前高层建筑在风灾中主要的损伤在于玻璃幕墙风致碎片破坏,最后进行了模型结构玻璃幕墙在台风珍珠和台风莎莉作用下的风致碎片损伤分析。


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