17 级的超强台风,到底有多大的威力?设计标准扛得住吗?
耀明士力架
2024年09月12日 10:16:19
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来源:愚工解构 公众号 看新闻“今年第11号超强台风“摩羯”9月6日16时20分、22时20分先后在海南文昌市、广东徐闻县登陆,造成严重灾害。”灾害的严重程度,已经在自媒体里充分被记录,超出人的想象。 同时也发现有人对这种提前预警的超强台风,似乎还没有足够的概念和认识。我们就展开聊一聊吧。 超强台风 理解这个级别的威力,要先了解一下风级,之前的风级到顶12级,随着测风仪器持续发展进步,测到了自然界的风实际上可以大大超出12级,于是就把风级扩展到17级。所谓的“台风”是12级以上的风级,这一次的“摩羯”达到了17级,就用“超强台风”来描述,对应的美国飓风等级为四级。

来源:愚工解构 公众号

看新闻“今年第11号超强台风“摩羯”9月6日16时20分、22时20分先后在海南文昌市、广东徐闻县登陆,造成严重灾害。”灾害的严重程度,已经在自媒体里充分被记录,超出人的想象。

同时也发现有人对这种提前预警的超强台风,似乎还没有足够的概念和认识。我们就展开聊一聊吧。


超强台风

理解这个级别的威力,要先了解一下风级,之前的风级到顶12级,随着测风仪器持续发展进步,测到了自然界的风实际上可以大大超出12级,于是就把风级扩展到17级。所谓的“台风”是12级以上的风级,这一次的“摩羯”达到了17级,就用“超强台风”来描述,对应的美国飓风等级为四级。

热带气旋等级(中)      
底层中心附近最大平均风速/(m/s)      
底层中心附近最大风力/级      
飓风等级(美)      
热带低压(TD)      
10.8~17.1      
6~7      
-      
热带风暴(TS)      
17.2~24.4      
8~9      
-      
强热带风暴(STS)      
24.5~32.6      
10~11      
-      
台风(TY)      
32.7~41.4      
12~13      
一级      
强台风(STY)      
41.5~50.9      
14~15      
二级      
超强台风(SuperTY)      
51.0      
16或以上      
三~五级      

严重灾害

屋面破坏

首先是轻型屋面,可能既要承受直接的风压作用,还要面对负压效应,屋顶就容易被这种“吸力”掀翻。


窗户损坏

强风会使得窗户受到外部的巨大压力,如果窗框、玻璃质量不过关,或固定不牢固,窗户很容易被击碎或挤压变形。而且,强风常常裹挟着各种飞物,如树枝、广告牌、碎石等,这些物体在风中的高速运动如同“炮弹”,一旦击中窗户,玻璃很容易被击破。而破碎的窗户会导致风雨直接进入室内,进一步对建筑内部设施和家具等造成破坏。

构筑物设施损坏

强风会对电力线杆、通信塔等设施造成直接冲击,导致其倾倒或断裂。

高层建筑的摇晃

台风期间,高层建筑经常会感到明显的摇晃和振动,短期的超强台风不一定会对建筑结构产生破坏,但摇晃幅度大了,会让装饰墙体出现开裂的情况。

易损坏的设施

广告牌、围墙、路灯等设施由于设计富余度不够,常在强风中倒塌。若施工质量不达标,就更容易倒塌。

风压超载了吗?

所谓的“超载”,意味着超过设计的限值,这样破坏可能变得无法避免。
那海南文昌市的设计基本风压是多少呢?
超强台风17级对应的基本风压又是多少呢?

基本风压的风速

国标《荷载规范》没有海南文昌的,但在《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点(2021年版)》有给出海南文昌市设计基本风压:
对应的风速又是多少呢?根据公式:
 
计算出来的风速为 。荷载规范中的风速是离地10米处、10分钟平均年最大风速(50年一遇)。

17级台风的风速

超强台风登陆时中心附近最大风力有17级以上(62米/秒), 按照国标GB/T19201-2006《热带气旋等级》标准执行,即台风强度为台风底层(10米高度)中心附近最大的2分钟平均风速。
两个风速测量的高度是一样的,但是间隔的时间不一样。转换成同一标注才好继续比较。

两者的关系

2分钟、10分钟两个不同的统计时间间隔,平均风速是什么关系呢?为了科学对比,需要考虑两个影响系数:
  1. 1. 不同的时间间隔影响,根据美标的研究成果,取0.945的经验转化系数。在《荷载手册》中也给出一个换算系数 1/1.16=0.862,本文暂且取0.945。
  2. 2. 海边的影响,根据荷载规范,取1.28的增大系数(10米高度、A类)。
把超强台风的风速 转化以后就是 ,这样就可以和设计规范的数值比较了,是设计规范 的1.24倍。
如果反过来,把规范中的设计基本风速 转化为台风的风速就是 ,对照表格可以发现 ,这个风速是15级的台风标准。
大于这个设计标准的台风,发生的破坏就只能算是天灾了。

安全系数

在荷载规范中,风的作用属于活荷载,以前规范的组合系数是1.4,2022年后提高到1.5。
对上面的设计基本风速 进行乘以1.4, ,再转化成对应的台风平均风速: ,对应的等级就是17级。
所以房屋结构一般不会在这种极端天气下出现倒塌事故,但房屋的明显晃动和较大的变形位移,还是会给人带来短期的不舒服和不安全感。
设计基本风速      
组合系数      
台风风速      
台风级别      
36.9      
1.4      
68.6      
17级      

台风下的自我保护

不像是地震,台风完全可以提前预警,有充足的时间提前准备、降低风险:
  1. 1. 固定加固门窗,台风来的时候,不要靠近门窗;
  2. 2. 检查屋顶是否有松动;
  3. 3. 清理室外阳台没有固定的物品;
  4. 4. 对潜在的泄露点进行封堵;
  5. 5. 准备随身应急物品。

总之,不把它当回事,肯定不行。看这种气候变化趋势,恶劣的极端天气,感觉会越来越多。


参考资料:《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点(2021年版)》,《建筑结构荷载规范》GB50009,《建筑结构荷载设计手册(第四版)》,《热带气旋等级》 GB/T19201-2006(注:文中配图并非全部都是这次摩羯台风引起的,也不是全部发生在海南)

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doushengf
2024年09月20日 08:12:50
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wanshuns
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jianzhudj
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jzhdajia
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