台风“摩羯”海南高层建筑风灾调研

台风“摩羯”于9月6日16点20分前后在海南省文昌市翁田镇沿海登陆，登陆时为超强台风级，中心附近最大风力17级以上（62米/秒），中心最低气压为915百帕。 台风“摩羯”具有强度高且持续时间长、破坏力大等特点，其超强台风的等级持续时间达到64小时，成为自1949年以来登陆我国的最强秋台风。 台风“摩羯”已在海南造成重大人员伤亡和财产损失。 据报道，截至9月7日，台风“摩羯”已在海南造成4死95伤，房屋建筑、交通设施、通信设施等均受到不同程度的破坏，直接经济损失至少590亿元。

重庆大学风工程团队黄国庆教授组队前往海南省海口市、澄迈县和文昌市开展为期4天（9月10-13日）的台风“摩羯”风灾调查。本次风灾调查主要针对国家重点研发计划“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”的课题“台风、洪涝巨灾主要承灾体脆弱性研究”中的房屋建筑特别是高层建筑开展风灾调查。结合台风移动路径，调查了30个受灾点，其中房屋建筑20个（含高层建筑和低矮建筑等）。海口市和澄迈县的主要调查点详见图1。本次调查采用方式包括手持设备现场测量、无人机拍摄、手机拍摄以及访问受灾者等。

图1 台风“摩羯”风灾调查路线

下面首先阐述高层建筑风灾情况，然后结合主要调查结果对风灾做整体分析，最后给出结论和建议。

本次调查的高层建筑包括城市住宅、酒店、商务楼以及商业综合体。这些结构基本采用框架-剪力墙结构，主体结构未受到台风破坏，围护结构破坏较为严重，因此本次调查侧重于围护结构。根据围护结构损伤程度不同，分为轻微(2%<损失率<15%)、中等(15%<损失率<50%)和严重(损失率>50%)三类，其中损失率为损失的构件数量与构件总数量的比值。

住宅

为了解海口市住宅灾损情况，调查组根据网络媒体相关报道以及台风“摩羯”行进方向选取了碧**滨江****等7个小区开展了调研。受灾住宅楼名称、位置和高度见表1。此外调查组通过收集散落或门窗上的玻璃残骸，把受灾房屋采用的玻璃类型进行了反推，详见表1。

表1 受灾住宅楼简介

调研发现，台风“摩羯”作用下住宅墙面的门窗和屋面的瓦片等围护结构易发生严重破坏。首先同一小区不同栋住宅会发生不同程度的围护结构破坏，如有的楼栋的围护结构发生了严重破坏，而有的楼栋的围护结构受影响较小（图2）。调查组认为造成这一区别的首要原因在于：台风下住宅群干扰效应强，局部流场复杂，致使部分区域流场具有加速效应，部分区域流场具有减缓效应。受这一因素影响，同一栋住宅的不同墙面也会发生不同程度的破坏，如有的墙面发生了严重的窗户玻璃破坏，而有的墙面的窗户玻璃损失较小（图3）。

图2 同小区不同楼栋的风灾情况

图3 同楼栋不同墙面的风灾情况

总的来说，这些部分小区楼栋角隅区域门窗较墙面中部破坏更为严重，这主要是流场在角隅区域容易发生分离，从而导致过大的吸力（图4）。调查发现住宅墙面的窗户破坏主要包括玻璃破碎和窗户边框断裂两种模式（图5左）。破坏的门窗随后形成了大量的玻璃碎片，特别当采用钢化中空玻璃时。同时，多数小区地面有树枝、瓦片、木条、树枝以及大量玻璃碎片，因此造成玻璃破碎的因素除了强风压作用外，还包括飞射物冲击作用以及强风压和飞射物冲击耦合作用（图5右）。因此，飞射物潜在数量的差距可能也是造成上述区别较大的损伤程度的原因之一。通过走访部分小区业主了解到，房屋卧室的窗户为开发商安装，而封阳台的玻璃大多是业主自己安装，这两种玻璃型号不同，抗风能力差异较大，这也是导致同一栋住宅不同墙面发生不同程度破坏的原因之一。

图4 墙面区域破坏情况

图5 窗户破坏和可能飞射物

酒店、商务楼和商业综合体

调查组选取丽****酒店等4个酒店、商务楼和商业综合体开展调研。受灾楼房名称、位置和高度见表2。此外表2中列出的幕墙类型是调查组通过收集散落的或建筑物上的幕墙残骸进行反推确定的。

表2 受灾商务楼、酒店和商业综合体简介

台风作用下，酒店、商务楼和商业综合体的风灾破坏与前述住宅有相似之处，为避免重复，下面侧重介绍丽****酒店、雅****B座和绿****1、3号楼。

 丽****酒店

丽****酒店正面（东北侧）铝板造型幕墙特别角隅处在台风“摩羯”作用下严重破坏（图6）。墙面破坏原因可能是铝制造型幕墙在持续台风作用下发生松动，然后在强风作用下脱落。

图6 丽****酒店风灾情况

 雅****B座

雅****有A、B两座写字楼。B座玻璃幕墙破损严重，其中南侧墙面破损严重，特别是靠近街道一侧；东侧墙面轻微破损，其余两面基本完好。A、B两座的平台扶手采用双层夹胶玻璃，已全部破碎（图7）。南侧墙面和扶手的玻璃破坏除了强风作用外，玻璃残骸、木条等飞射物等冲击也有着重要影响（图7）。

图7 雅****B座风灾情况

现场调查发现A和B两座的风灾破坏差异很大。A座外墙几乎无破坏，而B座南侧玻璃幕墙破坏严重。产生的原因推断为台风“摩羯”伴随的局部强风如龙卷风加上裹挟的大量飞射物对B座南侧进行了冲击，从而导致B座南侧玻璃幕墙破坏严重（图8），具体原因还需进一步调查。

图8  雅****A、B座风灾对比

绿****1、3号楼

图10 绿****3号楼风灾情况

我们将前述高层建筑以及五源河体育馆的破坏情况沿着台风路径标注在地图（见图11）上面。可以看到北侧的建筑的破坏数量显著高于南侧，这是由于台风“摩羯”是逆时针旋转，台风路径北侧风速要高于南侧风速，从而北侧的发生破坏的概率要高一些。此外，可以看到建筑的破坏面基本对着旋转的台风，因而更易受到台风及其携带的飞掷物冲击的破坏。

图11 主要建筑风灾破坏分布图

调查组在前述高层建筑中破坏最严重的楼房墙面进行统计分析，获得了各个墙面围护结构的损失率（损失的围护结构数量/围护结构总数量），见表3所示。此外，通过中再巨灾风险管理股份有限公司提供的台风“摩羯”风速数据，调查组获取了台风过程10分钟平均风速的最大值（见图12）。从该风速数据中，获取了11个高层建筑的台风风速，具体详见表3所示。为调查楼房破坏率与风速的关系，图13给出了相应的关系图。从表3和图13可以看出，总体上随着风速增加，围护结构损失率增加。一个特例是碧**中央*****13号楼，该楼在高风速下发生的损失率仅为9%，这可能是由于流场干扰效应和门窗抗力差异较大所导致的，具体原因还需进一步调查。

图12台风“摩羯”风速分布图

表3 主要受灾楼栋围护结构损失率及相应风速

图13 楼房墙面围护结构损失率与台风“摩羯”风速关系图

通过本次风灾调查，得到如下的结论和建议：

(1) 在进行房屋布局时，需要仔细考虑风环境和建筑布局的关系，尽量避免建筑间距离过小，防止风速放大，此外，要避免相对低矮建筑位于周围高层建筑形成的窝风区。

(2) 玻璃选用时，对风害易发区（如雨棚、角隅、江景和海景房大型落地窗等）尽量选取夹胶玻璃，减少破碎玻璃飞射带来的次生灾害。

(3) 在台风发生前，做好各类防护措施：

① 利用木板从外面把玻璃门窗封闭好，防止门窗被飞射物破坏，木板周边尽量固定;

② 将胶带贴在玻璃内侧分担部分载荷，并防止破碎玻璃散落，注意胶带尽量用偏硬（弹性模量高）的胶带，普通软质透明胶带意义不大；

③ 提高门窗的气密性，减少强风灌入；

④ 将门窗把手固定牢靠，防止把手处破坏；

⑤ 将房屋内的门关闭，减少室内空气的流动；

⑥ 加强屋面瓦片、光伏板、室外空调等连接，防止在强风中被吹落；

⑦ 及时清除地面石子、修剪树枝，以减少飞射物产生。

应该指出，由于风灾的复杂性和时效性，本次调查难以收集足够的信息。灾害信息的不完备可能影响文中描述和分析的精确性，文中描述和分析如有不妥，还请读者指正。