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海南台风“摩羯”肆虐后，大型与中小型建筑屋盖风灾调研实录

发布于：2024-09-25 10:47:25 来自：建筑结构/结构新鲜事

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本文转载自公众号 CECS抗风减灾与风能利用

1. 风灾背景

2024年9月6日16时20分，台风“摩羯”在海南省文昌市翁田镇东侧沿海地区登陆，登陆等级为超强台风，中心附近最大风力 17级 （62米/秒），中心最低气压915百帕。“摩羯”登陆后穿过海口市移入琼州海峡，于6日22时20分前后在广东省徐闻县角尾乡再次登陆（17级，58米/秒），随后移入北部湾海面。7日15时30分前后，“摩羯”在越南广宁省南部沿海第三次登陆（17级，58米/秒），本次登陆后强度迅速减弱，8日05时已减弱为热带风暴级。图1展示了台风“摩羯”移动路径图。

图1. 台风“摩羯”移动路径图（海南省气象局）

据媒体报道， 台风“摩羯” 是继2014年“威马逊”之后 登陆我国的最强台风 ，也是新中国成立以来登陆我国大陆地区的 最强秋台风 。该台风的主要特点是路径稳定、快速加强、超强台风级别维持时间长、结构对称紧凑、破坏力极大。据海南省防御台风“摩羯”应急指挥部统计，截至9月7日15时，台风“摩羯”在海南省共造成19个市县52.61万人受灾，紧急避险转移31.26万，因灾死亡4人，受伤95人。

2. 调查安排

本次台风灾害发生后，中国工程建设标准化协会“抗风减灾与风能利用”专业委员会负责风灾调研的工作组迅速响应，第一批调研人员于9月8日上午抵达海南省，开展现场灾后调查工作。调查的主要目的是了解台风作用下工程结构的实际破坏情况，结合风速、风向、台风路径等环境信息，能够更好地理解设备在极端天气下的受力情况和损坏机制，进而揭示相应的风致破坏机理，为我国抗风减灾工作提供真实、准确、可靠的参考信息。

根据公共媒体上关于台风风灾破坏的消息，小组将第一阶段调研的范围锁定在位于海南岛东北端的木兰湾（图2a），以调查该地的 风力发电机破坏 。调研小组从三亚凤凰国际机场出发，沿海南岛东侧海岸线北上，途径台风登陆点，于9月8日下午抵达木兰湾（图2b）。现场调研方式包括手持设备及无人机拍摄、现场测量、访问目击者等。

(a)

(b)

图2. 台风“摩羯”风灾调研范围和调查路径

3. 初步调查结果

3.1 各类建（构）筑物、植被风灾破坏总体情况

调研小组的调查路径为海南岛东侧环岛高速路段，沿途多为树木倒伏、弯折，公路牌、围栏被吹折、吹飞等破坏情况（图3）。在台风路径上的调研点A（图2）发现 一输电塔整体脱离原来的基座 ，塔身结构部分破坏但整体未变形； 钢结构厂房 屋顶材料被撕裂、吹飞；部分钢柱折断，整体结构变形、坍塌；大片树木呈现交错、不规则倒伏。该点附近还存在大量结构残骸等风驱飞掷物，破坏情况如图4所示。

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图3. 灾后现场情况（实地拍摄）

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图4. 调研点A灾后现场情况（实地拍摄）

3.2 风力发电机风灾破坏

3.2.1 风力发电机背景信息

本次风力发电机（下文简称风机）风灾破坏的调研地点是坐落在木兰湾的文昌风电厂。如图2所示，木兰湾位于海南岛东北角，距台风登陆点直线距离仅约50公里。公开资料显示，文昌风电厂属于华能集团旗下华能海南发电股份有限公司，当前正在开展“以大代小”增容改造项目。该改造项目拟拆除31台1.5MW（兆瓦）风机及1台2MW风机，保留2台2MW风机，新建16台6.25MW抗台型风机。据调研小组现场观察，台风“摩羯”登陆前，文昌风电厂共安装了15台风机，各风机位置如图5所示。其中，WT-13与WT-15风机为2MW型号，其余为6.25MW型号。（注：本文中风机编号WT-1 ~ WT-15由调研小组所设，与风电厂官方风机编号不同）

图5. 台风“摩羯”登陆前风力发电机布置图

3.2.2 风力发电机整体破坏情况

如图6所示，台风“摩羯”共造成了文昌风电厂内 8台6.25MW风机倒塌 （WT-4,5,7,8,10,11,12,14），其余7台风机无明显结构破坏。 风机的主要破坏形式为风机塔筒屈曲失稳，而未见叶片断裂脱落、基础松动等现象。 图7和图8分别展示了WT-12和WT-14风机的破坏细节。

截至本文发稿，调研小组仍在对风机破坏情况开展详细测量，具体测量结果将在后续文章中进行报道。值得注意的是，本次倒塌的风机均为6.25MW的抗台型风机，而2台2MW风机未遭受显著破坏。

（a）

（b）

（c）

图6. 文昌风电厂风机破坏总体情况

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图7. WT-12风机破坏细节

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图8. WT-14风机破坏细节

综上所述，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。本阶段的灾后实地调查工作由重庆大学土木工程学院郭汶俊（科研助理）、杨振宇（硕士生）开展，调查手段与数据分析方法由李潇教授进行指导。由于时间与调研人员能力限制，目前的分析结果可能存在错漏之处，敬请各位读者批评指正。

大型屋盖专题

随后，中国工程建设标准化协会“抗风减灾与风能利用”专业委员会风灾调研工作组第二批5名调研人员与华诚博远教授级高工向阳，连同第一批2名人员，共同开展了为期6天的现场灾后调查工作。本章汇报大型屋盖风灾调研情况。

1. 调查路线

结合现场走访和中央台风气象网获得的不同时段风场特征和移动路径（如图1所示），此次灾调共开展了29调查点（图2），与大型屋盖结构相关的调查点3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、访问目击者等。

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

此次风灾调查中， 受灾的大型屋盖包括钢结构和膜结构 。下面分别进行阐述。

2.1

灾情点2破坏情况

2-1五源河体育场

五源河体育场属于大跨张拉索膜结构，屋面辅以金属围护结构。调研显示，膜结构大面积损坏，金属围护部分存在风揭破坏现象 （图3）。现场调查发现，体育场内足球场和跑道位置散落了大量金属围护结构部件，这些部件为强风作用下金属围护结构发生风揭破坏后形成的飞射物。通过分析风致飞射物吹落的散落方向和五源河文体中心迎风前缘金属围护结构的破坏模式，笔者初步确定了屋盖发生风灾时的风向，见图3。据此，膜结构处于下风向，而金属围护结构处于上风向，一旦金属围护结构发生风揭破坏，其飞射物可能划伤或割破膜结构。尽管目前尚无证据说明膜结构和金属围护结构的先后破坏顺序，但此次灾调结果显示需要特别注意风致飞射物对膜结构屋面的潜在威胁。

（a）场馆位置关系

（b）场馆整体破坏特征

（c）局部构造特征

图3 灾情点2体育场现场情况

2.2

灾情点3破坏情况

2-2五源河文体中心

五源河文体中心为鞍型屋盖，采用带附加装饰板的金属围护结构。现场调查发现，强风作用下屋面前缘由于强烈的流动分离产生较大极值风压，导致附加装饰层发生破坏，局部区域装饰层下部的金属面板亦发生破坏，导致保温层外露（图4）。

图4 灾情点2文体中心现场情况

2.3

灾情点12破坏情况

观澜湖免税城

观澜湖免税城屋顶采用了张拉膜结构和气枕式膜结构。现场调查发现，部分张拉膜结构发生撕裂破坏，部分气枕式膜结构上表面膜发生破坏或泄气导致充气不足。

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图5 灾情点12现场情况

2.4

灾情点17破坏情况

奥飞恒温羽毛球馆

琼山区国兴奥飞恒温羽毛球馆是充气式膜结构 ，这种结构通过送风系统让室内气压上升到一定压力后，使结构内外产生压力差，以抵抗外力。现场调查时，该羽毛球馆工作人员提到，台风袭来时场馆内充气膜结构晃动幅度非常大。尽管该结构在台风作用下呈现出较为显著的结构响应，但是调查表明强风下仅造成了两根索拉断（图6），并未产生较严重破坏现象。

图6 灾情点17现场情况

结

语

我们的研究团队对大型屋盖的风灾抗性进行了调研，重点关注金属围护结构和膜结构。结果显示，金属围护结构的前缘在台风中易受损，建议加强防护。膜结构则需防范风中飞射物的撞击，尤其是大跨张拉索膜和气枕式膜结构。设计时应避免在其上方增加其他结构或设施，以减少破坏风险。充气膜结构虽不易破坏，但在强风中易晃动，影响使用安全和舒适性，需考虑稳定性设计。

风灾实地调研小组成员：向阳（华诚博远教授级高工）刘敏（副教授）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）。

中小型屋盖专题

随后，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。本章汇报聚焦于中小型屋面的风灾调研情况。

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

2.1 金属屋面

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

2.2 瓦片屋面

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

2.3 膜结构屋面

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

2.4 玻璃屋面

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。

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）。