风灾联合调研|2024.9.16上海台风“贝碧嘉”灾害

学术   2024-09-29 10:50   重庆  

上海台风“贝碧嘉”灾害

风灾调研

2024.09.16

Wind disaster investigation

2024年9月16日7时30分前后,台风“贝碧嘉”以强台风级登陆上海浦东临港新城,成为1949年以来登陆上海的最强台风。在中国工程建设标准化协会“抗风减灾与风能利用”专业委员会(简介见文末)和中国土木工程学会桥梁及结构工程分会的组织协调下,来自重庆大学、同济大学、中冶检测认证有限公司、苏州科技大学的调研人员在9月17至19日在上海市开展了台风“贝碧嘉”的灾后调查工作,获取了丰富的一手资料。本次风灾调研共走访了上海市内的10个区,基本覆盖了全上海市。本次调研的受灾对象分为建筑物、构筑物、非人造物三类(表1),其中建筑物的受灾情况是本次调研的重点。本文主要展示并分析钢结构破坏、膜结构破坏及各类构筑物破坏。钢筋混凝土结构、砌体结构、玻璃幕墙、临时建筑物、非人造物的破坏信息与分析,发表在同济风工程公众号。

本次调研的受灾对象分为建筑物、构筑物、非人造物三类(表1),其中建筑物的受灾情况是本次调研的重点。本文主要展示并分析钢结构破坏、膜结构破坏及各类构筑物破坏。钢筋混凝土结构、砌体结构、玻璃幕墙、临时建筑物、非人造物的破坏信息与分析,发表在同济风工程公众号。

表1 本次风灾调研的各类受灾对象

1.气象背景及调研路线

依据中央台风气象网获得的不同时段风场特征和移动路径(图1),本调研小组对上海市多个地点开展了灾后调查(图2),现场调研方式包括手持设备及无人机拍摄、现场测量、目击者访问。

图1 台风路径信息

图2 调研路线分布图

2.部分建筑物破坏情况

2.1

工业厂房及轻钢结构屋盖

轻钢结构主要应用于工业厂房、临时建筑等,受强风影响较大。轻钢结构由于自重较大,容易受到风荷载的影响,加之屋面板、檩条多为简单搭接、用螺钉紧固,抗风性能较差,因此在局部风灾中,此类结构总会遭受不同程度的风害。金属屋面节点类型主要有螺钉式与咬合式两类(图3):螺钉式通常指采用自攻螺钉、拉铆钉、钩头螺栓等穿透屋面板进行连接的屋面;咬合式连接是指屋面板通过相互咬合的方式进行连接,其中360°锁缝咬合是一种典型的咬合式连接方式。

调研团队主要对临港新区的工业厂房和浦东区西北部沿街的钢结构屋盖进行了实地调查。其中,临港区的各工业厂房结构大致完好,未发现明显破坏。

图3 金属屋面节点类型

2.1.1 屋盖风揭破坏

台风带来的强风对屋顶施加了极大的风荷载,尤其是屋顶边缘和角部,可能会承受更高的局部压力。这种荷载作用会产生拉应力,使得屋顶的固定装置无法承受,导致屋顶板材被掀起。

某轻型钢结构停车场(图4)的金属屋面屋盖迎风前缘区域发生了局部风揭破坏。该停车场屋面板型为50mm厚岩棉夹芯板,通过螺钉与檩条连接。根据初步观察,屋面檩条、天沟等锈蚀较严重,连接强度较弱。本次台风导致靠南侧停车库迎风面屋面板发生大面积风揭破坏,且多数屋面板外侧金属板与内侧芯材已撕裂脱开。然而,紧邻其北侧(下游区域)的停车场屋盖未发生明显破坏。如图5所示,某临时宿舍由于金属压型钢板与檩条用自攻螺钉简单连接,强度较低,产生了风揭破坏。图6某仓库屋盖也遭到了严重破坏。

(a)

(b)

图4 某停车场屋盖风揭破坏

(a)

(b)

图5 某装配式宿舍屋盖风揭破坏

(a)

(b)

图6 某仓库屋盖风揭破坏

2.1.2 外墙以及主体结构破坏

某装配式临时员工宿舍二层的迎风面外墙发生了显著破坏(图7)。该临时宿舍共两层,每层层高约2.5m,长度方向由6块岩棉夹芯板板拼接而成,板厚为75mm,板宽950mm。台风导致靠南侧宿舍二楼迎风侧墙面板发生大面积脱落,且多数墙面板外侧金属板与内侧芯材已撕裂脱开。通过现场调查发现,夹芯板内外层金属板与内侧芯材粘结力较弱,且夹芯板与檩条仅通过少量螺钉固定连接,连接强度较低。

(a)

(b)

(c)

图7 某装配式宿舍外墙围护结构破坏

强风产生的风压会施加屋盖和外墙等围护结构上,进而传递到建筑的框架、柱子和梁等承重结构上。在足够高的风荷载作用下,建筑的承重结构可能会出现变形、倾斜甚至坍塌(图8)。

(a)

(b)

图8 某仓库结构性破坏

2.2

膜结构

膜结构在迎风面积大、易承受较大风荷载的同时,其强度刚度均比较小,较容易受到破坏。台风产生的强风和阵风压力可能导致局部膜材的超负荷,使膜材在边缘、接缝或固定点等高应力集中区域发生撕裂。同时膜结构的张力依赖于其支撑体系(如钢柱、索或桁架等),台风的强风可能对这些支撑结构施加过大的水平或垂直风荷,导致支撑柱弯曲、倒塌或连接件失效,进而使整个结构失去稳定性。图9展示了某休闲广场张拉膜结构的破坏,可见膜材在台风作用下产生明显撕裂。

图9 膜结构破坏

3.构筑物破坏调查情况

台风“贝碧嘉”过境期间,上海市内多处广告牌、红绿灯、路牌路灯等构筑物发生破坏。广告牌和路牌等由于具有较大的迎风面积且承载能力比较小,极易在台风作用下产生破坏,连下部结构一起产生损伤。轻则牌面发生移位或旋转,重则整体失稳。在台风期间,路灯等细长构筑物也容易受到显著的倾覆弯矩与剪力作用,产生倾倒、断裂破坏。

图10 广告牌及路牌破坏

图11 细长构筑物破坏

图12 红绿灯破坏

4.灾调小结

从调查结果来看,台风“贝碧嘉”对上海市区并未造成过大影响。

市区内建筑物、构筑物破坏属于个例,大部分建筑结构完好或仅有附属设施和临时结构受到破坏。轻钢结构主要的破坏形式为屋盖风揭破坏、围护结构以及主体结构破坏。破坏主要原因是金属屋面与檩条之间连接件强度较低、一些厂房围护结构与主体结构之间连接较差。调研发现,临港区的大跨厂房只有局部有风吸破坏,绝大部分完好无损,可见这些区域内的结构基本具有良好的抗风能力。

END

本次灾调受以下科研项目资助:

①国家自然科学基金创新研究群体项目,52221002,高性能钢结构体系与抗风减灾,2023.01-2027.12;

②国家自然科学基金委员会,优秀青年科学基金项目(海外),HW2023009,高柔结构抗风减灾,2024.01-2026.12;

③国家自然科学基金委员会,面上项目,52178457,低矮建筑风洞试验相似律不完备的影响及其补偿,2022-01-2025-12;

④国家重点研发计划,2023YFC3008500,台风、洪涝巨灾链主要承灾体保险关键技术与标准研究及应用示范(课题-台风、洪涝巨灾主要承灾体脆弱性研究),2023.11-2026.10。




参与人员



(按姓氏拼音排序)

项目团队负责人

杨庆山(重庆大学)         
赵   林(同济大学/广西大学)

参加教师

崔   巍(同济大学)         
方根深(同济大学)
高   涛(中冶检测认证有限公司)      
李   潇(重庆大学)
徐   亮(苏州科技大学)   
闫渤文(重庆大学)

硕、博士研究生

蔡靖凯(同济大学)         

李   楚(同济大学)

刘川渟(同济大学)         

梅哲远(同济大学)

冉乔文(重庆大学)         

苏国治(同济大学)

谭俊峰(同济大学)         

王子龙(同济大学)

王一帆(同济大学)         

王冠中(重庆大学)

郑琳干(同济大学)


《风灾调研|2024.9.6海南台风“摩羯”灾害(一)》

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《风灾调研|2024.9.6海南台风“摩羯”灾害(三)——中小型屋面专题》

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《风灾调研 | 2024年3月31日江西南昌极端天气(一)》

《风灾调研 | 2024年3月31日江西南昌极端天气(二)》

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已发表相关论文

Calotescu, I., Li, X., Mengistu, M. T., and Repetto, M. P. (2024). Thunderstorm impact on the built environment: A full-scale measurement and post-event damage survey case study. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 245, 105634.

杨庆山,王雨,回忆,田玉基, 解华, 钱铮, 吴慧群 (2023). 辽宁开原7·3龙卷风致结构破坏调研与分析 [J]. 建筑结构学报, 44 (09): 183-190.

Tamura, Y., Yang, Q., and Wang, Y. (2022). Design of temporary, conditional, general and highly influential buildings for tropical cyclones and severe local storms. Advances in Structural Engineering, 25(16), 3215-3234.

Yang, Q., Gao, R., Bai, F., Li, T., and Tamura, Y. (2018). Damage to buildings and structures due to recent devastating wind hazards in East Asia. Natural Hazards, 92, 1321-1353.

高榕 (2018) 中国龙卷风特性统计分析及灾后建构筑物调查研究 [D]. 北京交通大学.

金玉芬,杨庆山,李启 (2010). 轻钢房屋围护结构的台风灾害调查与分析 [J]. 建筑结构学报, 31 (S2): 197-201+231.


专委会简介

中国工程建设标准化协会“抗风减灾与风能利用”专业委员会,是经中国工程建设标准化协会批准成立的专业性分支机构,依托单位为重庆大学,秘书组设于重庆大学土木工程学院。专委会由122名来自全国不同地区的专家组成,重庆大学周绪红院士任主任委员;17位院士、专家任副主任委员;重庆大学杨庆山教授任副主任委员并兼任秘书长。

“抗风减灾与风能利用”专业委员会的成立是我国防灾减灾救灾及风资源评估和高效利用的双重需要:在抗风减灾方面,围绕结合国家重大需求,开展前瞻性的结构抗风理论研究,并制定相关标准规范用于指导工程实践,为提高防灾减灾救灾提供决策支持,推动构建防灾减灾现代化体系;在风能利用方面,围绕高性能风电基础设施及其高效利用的科学问题和技术难题,在风资源评估与开发、风电工程结构安全保障、风电场智能化运维、深远海开发利用等方面开展调研咨询工作,组织创新理论研究和关键技术攻关,进一步完善标准体系,助推风能利用方面的核心技术发展。通过开展工程建设抗风减灾与风能利用领域的标准编制、学术研究、宣贯培训等相关标准化活动共同推动工程建设抗风减灾与风能利用团体标准的发展,积极为主管部门提供工程建设标准化信息和政策建议,为委员单位及标准化工作者提供标准化咨询服务。


风灾调研工作组简介

中国工程建设标准化协会“抗风减灾与风能利用”专业委员会下设风灾调研工作组。工作组旨在联合协调全国各地的专家学者,开展专业化、组织化、高效化的风灾调研工作,在风灾发生后的第一时间赶赴现场,收集宝贵的第一手资料,为我国抗风减灾理论发展提供关键数据支撑。秘书处挂靠单位重庆大学成立常设工作组。

风灾调研常设工作组


工作组目前正在积极建立全国风灾调研网络,如有合作意向,欢迎联系李潇教授(邮箱:lixiao_seanli@cqu.edu.cn)。


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