【结构咖】“山竹”过后，房屋到底该不该倒塌？

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来源：漫谈结构设计

作者：山豆根

“山竹”过后第五天，五公里长的西涌海滩几乎完全被摧毁，岸上多家民宿全部受损，“山竹”造成累计经济损失已达52亿，造成5省1200余间房屋倒塌。

直接原因：1，原来的西涌沙滩大约只有10米宽。“山竹”过后，被海浪硬生生地拓宽为十八九米，像是被推土机一铲而过。另一边，海浪就像一把巨斧，狠狠劈过后，海滩四周的民宿便塌陷了下去，足有四五米深，损毁不计其数。

2，因为“山竹”太过凶猛，木麻黄（大树）被连根拨起，横七竖八地倒在了沙滩上，有些更是成了台风的“帮凶”，压垮了四周的建筑。

间接原因：山竹。

由于没有详细的统计数据，对于倒塌的房子，照片上看主要是民宿，厂房等。具体结构形式暂不得而知（若有好心网友了解，可以将相关资料和照片发于本公众号），下面通过一个案例来分析我们结构师设计的房子到底该不该倒塌？

首先分析之前，我们先对这次山竹的风载进行换算（摘自于CABR 建筑抗风研究所   李宏海、陈凯博士  《结构能抗几级风——结构工程师应当知道的风速常识之一》）：

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012定义基本风速为“按当地空旷平坦地面上（B类地貌）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”。

而台风登陆时，是从海面吹来的，其地貌相当于荷载规范中的A类地貌；而风速时距，则采用的是2min时距。所以“台风登陆时的最大风速”，指的是A类地貌条件下2min平均最大风速。

可见，荷载规范的“基本风速”和“台风登陆时的最大风速”还不能直接比较，我们还需要了解二者是如何换算的。

第一步，需要将2min平均最大风速换算为10min平均最大风速。根据世界气象组织的指南，对于登陆台风，大致可按下式换算：

第二步，需要将A类地貌下10m高风速转换为B类地貌10m高度。荷载规范给出的A类地貌10m高度的风压高度变化系数为1.28，对应到风速换算系数为(1.28)^0.5=1.13，因此有：

这样，我们就可以将“台风登陆时的最大风速”换算为B类地貌10m高度的10min平均最大风速了。

以今年第22号台风“山竹”为例，9月16日它在广东台山海宴镇登陆时的中心附近最大风力为45m/s。换算为10min平均最大风速约为

再换算到B类地貌是

然后根据伯努利方程换算出实际风为：为：

w0=37.6^2/1600=0.8836KN/m2

而根据规范50年一遇的设计风压值为：0.75KN。

显而易见，实际山竹明显大于设计风压，我们的房屋是很危险。但是我们考虑到荷载分项系数1.4等因素的存在，实际到底会如何呢，通过一个6层的框架结构房屋来验算复合，看到底会怎么样？

基本假定：本次验算空白对照，因为没有地震发生，我们计算不考虑地震荷载，其他活载，恒载等一模一样，只对风压0.88KN/m2(山竹)和设计风压（0.75）进行区分。

平面图

三维模型

结果对比：1，强度对比，对设计完配筋对比(由于此次山竹的风载是实际数据，不再考虑风载分项系数)：

0.75风压

0.88风压

结论，以上对比可知，由于实际设计时基本风压0.75*1.4（分项系数）=1.05>0.88,所以，强度计算时应该没有问题，配筋还可以适当的降低。

   2 通过风荷载引起的最大反力，剪力，基地倾覆弯矩，最大位移以及层间位移角等方面进行逐一对比：

0.88kn/m2

0.75kn/m2

0.88kn/m2

0.75kn/m2

0.88kn/m2

0.75kn/m2

0.88kn/m2

0.75kn/m2

0.88kn/m2

0.75kn/m2

结论：山竹作用实际风压0.88>0.75kn/m2,所以必然引起风载增大，底部倾覆弯矩和剪力增大17%，同样，柱顶位移增大17%，位移角增大为1/531，并且超过规范限值（1/550）。

总体结论：

1，此次山竹过后，对于正规设计院设计的房屋，强度基本没有问题，大家可以放心；

2，不足就在于位移角超限，但是不会引起倒塌。结果是结构整体刚度偏弱，可能产生弹塑性变形，局部会引起围护结构的破坏或者轻微的裂缝，影响不会大；

如果用户发现自己住房等有问题，可以找结构工程师核实后，更换（窗户等）或者修复处理即可。

    3，按照规范，大于150m的建筑物进行舒适度验算。本例虽然不符合要求，也进行了对照，0.75的设计值时，柱顶加速度0.1m/s2，满足要求；山竹来时，柱顶加速度0.14m/s2，基本达到规范要求限值。实际中一些高层建筑引起住户的恐慌和不适感，极大可能就是舒适度不够引起的。对于如今高昂的房价，老百姓一辈子的积蓄换来的住宅，我们设计时还是应该对此严格一些，也算是响应“人民对于日益增长的对美好生活的向往”（可能我们设计师做不了主，烦请开发商们积极响应国家号召，造福百姓）。

此外，在实际设计过程中，必然会考虑地震的作用。根据《抗震规范》得知当地地震烈度为7度，0.1g；所以实际结构是在综合考虑地震，风载等作用下的包络值，而且跟据抗震“延性设计”的理念，建筑物的性能必然会更好，即便位移角超限，也不会引起太大的影响。

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（仅作参考，不足之处，还请指正！）