沿海地区的超高层抗风设计分析

沿海地区的超高层抗风设计分析

陈斌

广州宝贤华瀚建筑工程设计有限公司510095

摘要：随着社会经济的发展，沿海地区的超高层建筑越来越多。一栋超高层建筑，其结构体系除了要承受得住自身的重力外，更重要的是要抵挡得住地震和台风的考验。沿海地区的结构设计50年重现期的基本风压在0.60~0.85KN/m2之间，地面粗糙度按临海或近海划分，基本属于A类或B类，随着建筑物高度的增加，风荷载作用在建筑上产生的荷载效应就越来越大，成为了主导的侧向力。故沿海地区的超高层建筑，除了地震作用以外，抗风设计变得更加的重要。本篇文章将结合实际工程对沿海地区的超高层结构进行抗风设计分析。

关键词：结构设计；超高层；抗风设计

前言

据有记录统计，在过去50年，年均7个台风登陆我国沿海地区，其带来的狂风、暴雨对我国沿海城市每年造成了多达几百亿元经济损失和上百人员的伤亡。台风已经成为众多自然灾害中危害最大的一个。因此，沿海地区的超高层建筑，必须重视风荷载对建筑物带来的不利影响。风荷载作用与地震作用的荷载性质不一样，地震作用属于动荷载，而风荷载属于静荷载。抗风设计只要建筑物具有足够的侧向刚度，就能抵抗风作用下的位移变形，从而满足结构的计算要求。而结构的侧向刚度越大，意味着需要的结构构件截面尺寸越大，这就造成建筑物的经济成本增加。因此，如何处理好建筑抗风设计与建造经济成本之间的关系，让两者处于一个合理的区间，就需要结构工程师对建筑的抗风设计做进一步的精细化分析。

1.工程项目概况

本项目位于珠海市香洲区十字门商务区和保税区交汇处，距离拱北口岸约9km，距澳门岛仅有一水之隔。该地块总建筑面积约9.5万㎡，由两栋L型超高层住宅（1#、2#）及其两层地下室组成，其中1#住宅楼43层，建筑高度132.6米；2#住宅楼41层，建筑高度126.60米。首层为住宅大堂、架空层、社区用房及物业管理用房，2层及以上为住宅，15层及31层为避难间、设备房。

图1.1建筑总平面

2.地面粗糙度的选取

本项目为临海超高层建筑，基本风压达到0.80kN/㎡。根据国标及省标的两本《荷载规范》，按场地划分属于近海区域，粗糙度类别可选为B类；但根据国标8.2.1条计算半径2公里范围内建筑物的平均高度及省标的附录K计算来风方向上游45度扇形区域内的平面建筑密度，都满足地面粗糙度为C类。B、C类地面粗糙度带来风压高度变化系数μz的不同导致作用在建筑物表面的风荷载标准值差25%，对于一个风控的建筑物来说，这无疑影响巨大。结构工程师在结构安全与经济成本的量度上，出现了较难掌握的尺度。

3.地面粗糙度与风气候专项分析报告

由于对风荷载作用的不确定性，在咨询相关超限审查的专家意见后，针对此项目，邀请广东省建科院的风工程研究中心对其进行地面粗糙度与风气候专项分析，通过具体的数据依据，让结构工程师做出相对合理的判断。

（1）以建筑物为中心划分半径，在不同扇区上，风从上游流向下游时，其下方沿途的地形、建筑物密集程度均发生不同程度的变化，其对建筑场地上方的风剖面形成产生明显的影响。为了定量确定场地上空的风特性，采用英国工程技术数据库ESDU01008（E0108）的数字风力模型，按照Harris和Deaves研究的通用的大气环境中边界层计算方法分析。

图3-1场地周围地形及扇区划分图

各扇区风速剖面与规范风剖面比较图

（3）扇区1、4、5、6风剖面接近规范C类风剖面，建议可采用C类风剖面；扇区2、3介于规范B与C类风剖面之间，与B类风剖面更接近，建议可采用B类风剖面。综合以上情况，建议将不同风向下地貌划分成两种类型：50°~90°采用《建筑结构荷载规范》规定的B类风剖面，其余角度采用《建筑结构荷载规范》规定的C类风剖面。

通过风研究中心的专家分析报告可知，建筑在抗风设计时，可根据不同的角度选取不同的地面粗糙度。

4.经济性对比

综上对比，风专项分析方法减小了抗侧力构件截面面积，比例降低达17%，同时有效地提高了建筑实用率；土建成本降低比例近13%，初步估算整体工程造价可节省约300万。

5.结语

针对风荷载为结构控制荷载的临海超高层建筑，既要重视风荷载对建筑的不利作用，又要考虑建造成本的合理性。本项目在主体封顶竣工后，经历了2017年的台风“天鸽”及2018年的台风“山竹”（最大风力均为14级）的袭击，其主体结构的变形及舒适度均在规范允许的范围，事实证明了此超高层建筑的抗风设计是安全、合理、经济的。因此，沿海地区的超高层建筑，应注意进行风专项分析，从而精细化设计。