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文章来源：CECS抗风减灾与风能利用
—2024.9.6—
海南台风“摩羯”灾害
风灾调研(三）
Wind disaster investigation
中小型屋面专题
2024年9月6日在文昌市翁田镇沿海地区登陆的台风“摩羯”，具有强度极高、破坏力极大、生命财产损失极大的特征。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）风灾调研工作组派出13名调研人员，开展了为期9天的灾后现场调研。本期汇报聚焦于中小型屋面的风灾调研情况。摩羯往期灾调文章详见“风灾调研|2024.9.6 海南台风“摩羯”灾害（一、二）（点击下方图片阅读）
1. 调查路线
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34个地点开展了灾后调查（图2），其中与中小型屋面专题相关的地点20个（图2中红色标注位置）。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 台风移动路径和不同时间段的风场特性
图2 调研路线及现场调查灾情点分布图
2. 风灾破坏调查情况
此次灾调的中小跨度屋面，包括金属屋面、瓦片屋面、膜结构屋面和玻璃屋面这四类屋面类型，其中金属屋面15个、瓦片屋面4个、膜结构屋面1个和玻璃屋面1个，共计21个调研对象。此次调查的重点是分析屋面的破坏特征，包括屋面破坏区域、节点的失效模式，以及由风灾引发的次生灾害情况。通过这些分析，旨在深入了解不同屋面类型在极端天气条件下的性能表现和潜在的脆弱性。
灾调中金属屋面节点类型主要涉及：螺钉式、咬合式。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。另一方面，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。
图3 金属屋面节点类型
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破坏特征
台风摩羯过后，本次金属屋面的15个调查对象，其屋面的迎风前缘均受到损坏，严重时甚至发生整体风揭破坏，涉及港口仓库、制药厂房、混凝土搅拌站厂房、汽车站屋面、污水处理厂、充电站、物流中心、农贸市场、燃气公司、建筑材料工程以及禽类养殖基地等厂房。金属屋面的风致破坏主要发生在屋盖迎风前缘区域发生局部风揭破坏，面板材料具有严重锈蚀的现象。下图为一新能源公司厂房的风致破坏，屋盖迎风前缘区域均发生局部风揭破坏。
图4 破坏案例
其余金属屋面破坏案例调研现场
图5 破坏案例
失效特征与分析
螺钉式金属屋面在强风作用下，其螺钉周围出现面板撕裂和弯折，最终导致面板被风掀起并发生风揭破坏。
图6 螺钉式节点失效模式
对于咬合型金属屋面，连接金属板的支架发生了旋转形变和弯曲，局部风揭撕裂区域甚至产生断裂。
图7 咬合式节点失效模式
图8 咬合式节点失效模式
次生灾害
台风过后，仓库内的物资遭受了严重的浸水和风致飞射物损坏，导致大量物资受损。这种情况不仅对物资本身造成了损失，并对仓库的结构安全产生潜在威胁。
图9 仓库内物品暴露于外界环境
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铺设有瓦片的建筑坡屋盖，在强风作用下屋脊周围的瓦片大面积脱落，形成的风致飞射物，散落在建筑物周边的马路上。
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图10 瓦片屋面大量破坏
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台风作用下，海南某税务局的顶部膜结构被严重撕裂破坏，或被撕裂悬挂在金属网架上，或被吹走而不知所踪。
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图11 膜结构屋面撕裂破坏
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海南某国际创意港为满足采光和美观要求，在该建筑中庭屋面采用阳光顶；在此次台风中，玻璃屋面遭受风致飞射物撞击而破碎，导致商场内部漏水。
图12 玻璃屋面破裂
3. 灾调小结
本专题汇报了中小型屋面的风灾调研结果，此次调研对象包括金属屋面、瓦片屋面、膜结构屋面和玻璃屋面。灾后调研显示，直接灾害是中小型屋面的破坏，尤其是金属屋面的迎风前缘区域，频繁出现风揭破坏。主因诱因包括：螺钉或支架周边的面板因变形和撕裂而导致的局部损害，以及面板腐蚀引起材料性能下降。在极端情况下，这些因素可能引发整个屋面结构的风揭破坏，乃至建筑整体结构的损毁。而瓦片屋面、膜结构屋面和玻璃屋面在迎风前缘区域也发生了风揭破坏。屋面破坏后进一步造成次生灾害，即屋面板发生破坏后作为风致飞射物对人员安全、室内重要物资财产造成严重威胁；而灾后重建时进一步引起工业停工停产，直接或间接地造成了严重的经济损失。调研结果强调了，在设计和建造中小型屋面时，需要考虑屋面风荷载、金属材料锈蚀以及温度疲劳效应对其抗风性能影响，并采取适当的连接技术和材料以提高屋面的抗风性能。同时也指出需考虑长期混合风气候下金属屋面抗风设计、以及在灾后重建和日常维护中对屋面系统的检查和加固的重要性，以减少未来风灾可能导致的损失。
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
参加本次专题的风灾实地调研小组成员总计12人：
刘敏（副教授） 黄国庆（教授） 吴凤波（副教授） 高涛（中冶检测认证有限公司 高级工程师）王泽（博士生） 郭汶俊（科研助理）张鸿昊（科研助理） 陈威（硕士生） 杨振宇（硕士生） 方邵东（硕士生） 刘晓兵（硕士生） 龚江山（硕士生）。
往
期
精
彩
《风灾调研|0024.9.6 海南台风“摩羯”灾害（二） ——大型屋盖专题》
《风灾调研|2024.9.6 海南台风“摩羯”灾害（一）》
《风灾调研 | 2024年3月31日江西南昌极端天气（二）》
《风灾调研 | 2024年3月31日江西南昌极端天气（一）》
《风灾调查 | 2022年6月19日广东佛山龙卷风风灾调查》
《龙卷风分级标准及我国龙卷风灾害分布情况》
已发表论文
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；副主任委员、重庆大学杨庆山教授任兼任秘书长。
“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
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