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来源：愚公解构、钢结构设计 公众号，作者：双无余
中央气象台消息，今年第13号台风“贝碧嘉”（强台风级）的中心已于今天（2024年9月16日）7点30分前后在上海浦东临港新城登陆，登陆时中心附近最大风力14级（42米/秒），中心最低气压为955百帕。“贝碧嘉”也超越4906台风“Gloria”，成为75年来登陆上海最强台风。
以上这些预警数据中，如何读懂呢？和结构设计又有什么关联呢？因为有看到网上有不少误解，下面我们就深入聊一聊。“贝碧嘉”的风荷载有没有严重超规范？按规范设计的结构是否安全？
官方播报：登陆时中心附近最大风力14级（42米/秒），成为75年以来登陆上海的最强台风。GB50009-2012《建筑结构荷载规范》规定，上海市50年一遇基本风压0.55KN/m2，约为11级风；100年一遇基本风压0.60KN/m2，也约为11级风。此次台风中心附近风力达到14级（42米/秒），折合风压约1.10 KN/m2，看似远超上海市100年一遇基本风压0.60KN/m2，是否多数结构就不安全了？上海地区，百年一遇的基本风压0.60KN/m2，考虑荷载规范风荷载组合系数1.5，对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构，以及自重较轻的钢木主体结构，风荷载还要增大1.1倍。按现行规范，对风荷载敏感的结构应能承受的风压为0.6*1.5*1.1=0.99 KN/m2，对应的风级为13级台风（对应风压0.86~1.07 KN/m2），非常接近本次“贝碧嘉”14级强台风中心最大风速42米/秒（对应风压约1.10 KN/m2）。正规的结构设计，主结构计算时考虑最大荷载的包络组合，一般都保留10%以上的结构安全富余度。因此，经过正规结构设计的建筑物、构筑物，在此次“贝碧嘉”14级强台风中应该是基本安全的。当然，不排除一些建筑物年久失修，或者以过去相对低一点的规范标准设计，或者施工问题、材料问题等其他不利因素的影响，在本次14级强台风中造成一定程度的损坏或坍塌。读懂台风预警
看懂台风预警背后的关键信息，有时对如何应对会有很大的帮助。那先要了解哪些必要的信息呢？
1. 风力等级
根据风对地面（或海面）物体影响程度而定出的等级，用来估计风速的大小。
蒲福氏风级发明的时候是一种依靠观察海面现象的分级法。各级数根据海情或浪的状况来划分，并没有定明相关联的风速。现在测风仪器能更准确地量出风速，但还是仍然使用风力等级来描述不同的风速。米每秒看起来不够直观，举个例子吧，高速限速：120公里/小时，就是33 米/秒（12级台风）。但是这个风速要有一些前提条件才更有讨论的意义。2. 最大风力
在给定的某一时段内或某一期间内热带气旋底层中心附近所出现的平均风速的最大值。注：最大风力通常以风级表示。
3. 平均风速
在给定的某一时段内的风速的平均值。注：平均风速是风速的一种统计量。在观测规范中，以正点前2min至正点内的平均风速作为该正点的风速。
这里，我们重点关注2分钟的时间段。研究风速，要先确定是多长时间段内的。4. 热带气旋等级划分的原则
热带气旋等级的划分以其底层中心附近最大平均风速为标准。
了解了以上的最大风力，平均风速的基本概念，这一条就更能看明白了。5. 阵风风速
有了以上基本概念，再看台风动态，就能理解得更加透彻一些了。受“贝碧嘉”影响，15日夜间到16日，本市陆地阵风可达9-11级，明天夜里阵风继续增强到13-15级。
房屋结构能抗几级风？
要回答“房屋结构能抗几级风？”之前，还是要理清以下几个概念：1. 基本风压
风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按贝努利（Bernoulli）公式确定的风压。
此处重点关注“空旷平坦地面”，“10分钟的平均风速”。与台风最大平均风速的观测 “2分钟的平均风速”是不同的。一般来说，时距越短，平均风速就越大，时距越长，平均风速也就越小。2. 地面粗糙度
风在到达结构物以前吹越过2k范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。
地表越粗糙，例如大城市市中心，风能被消耗得也越厉害，平均风速也就会更低。海岸附近相反，平均风速就很高。一般空旷平坦地面的B类，海边A类（同为10m高度处的风压高度变化系数）。理清了以上的两个概念，就可以将台风的级别和基本风压进行对比了。以上对比，仅是台风的近中心最大风力，整个台风是很大的，能有几百公里。发展成熟的台风结构主要由以下几个部分组成：- 1. 台风眼（Eye）：台风中心的区域，风速最小，天气较为平静，通常伴有晴朗或少云的天气。台风眼的直径一般在30-60公里左右。
- 2. 眼墙（Eyewall）：围绕台风眼的强风暴带，是台风中最强的部分。眼墙中风速最大，降水最为猛烈，常伴有暴雨和强雷电。
- 3. 雨带（Rainbands）：从眼墙向外延伸的螺旋状云带。这些云带中有强烈的降水和雷暴天气，是台风外围的主要降雨区域。雨带通常呈螺旋状，环绕台风中心。
- 4. 外围气流：这是围绕台风的外围区域，风力较弱，但仍然可能带来较强降水和风暴。这部分区域通常影响范围较广，尽管风力相对较弱，但仍会对沿海地区产生影响。
小结
聊到这里，再看到台风预警信息，应该就可以读懂背后的大概逻辑了。上一篇的文章中虽然理清了一些关于台风的基本概念，但在数值计算对比分析中，犯了一个常识性的平方关系错误。这一篇进行一些数值上的修正。从台风结构的组成也可以看出，在自然灾难力量的面前能够幸存，除了靠技术外，还要靠运气。 但如果把运气的成份也总结成经验，那可能就不合适了。参考资料：《气候可行性论证规范抗风参数计算》QX/T436-2018，《建筑结构荷载规范》GB50009-2012，《热带气旋等级》GB/T19201-2006，《结构能抗几级风？中国规范的风荷载安全吗？风速常识收好不谢！》CABR建筑抗风研究所。
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。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。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：。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. 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. 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，是，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。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：
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）来源：愚公解构 公众号，作者：双无余 ，如有侵权请联系我们。欢迎询价（微信号、手机号）：13701645662https://www.ganggouren.com/2023/12/ylp2020-2/点击下方“阅读原文”，即可访问 钢结构地图：gjgdt.com
