雖然以上僅為兩次臺(tái)風(fēng)襲擊浙江地區(qū)的資料, 多次風(fēng)災(zāi)調(diào)查表明，房屋屋面受損嚴(yán)重。為慎重起見(jiàn)，建議：臺(tái)風(fēng)地區(qū)的屋面基本風(fēng)壓的重現(xiàn)期取值按《GB50009》附表D.4提高到100年為宜。
2．風(fēng)荷載有可能是屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的控制性荷載
對(duì)于輕型屋面和弧狀屋面更要注意。近年來(lái)，弧狀屋面由于其優(yōu)美的造型，被廣泛應(yīng)用于車(chē)站、 體育館等大型公共設(shè)施。弧狀屋 面的局部風(fēng)壓系數(shù)、屋面內(nèi)外壓及體型系數(shù)，對(duì)屋面材料選擇和屋面整體設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
圖6為一大型弧狀屋面示意圖，該屋面由15片弧形板組 成，兩相鄰弧形板有部分重疊。風(fēng)向沿跨度方向時(shí)，各片板上風(fēng)壓分布幾乎相同。圖7給出風(fēng)向沿跨度方向時(shí)，屋面中央弧形板上的平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)分布。由圖7a可見(jiàn)，屋面上平均風(fēng)壓系數(shù)均為負(fù)值，從迎風(fēng)的屋面邊緣到中心，存在較大的負(fù)風(fēng)壓區(qū)，風(fēng)壓系數(shù)約為-0.7；從中心到背風(fēng)向屋面邊緣，風(fēng)壓系數(shù)逐漸降至約-0.4。
屋面上脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)在背風(fēng)端約為0.2，而在迎風(fēng)端小于0.2。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于迎風(fēng)區(qū)均位于分高氣流之下，而流動(dòng)再附出現(xiàn)在背風(fēng)面。試驗(yàn)結(jié)果表明風(fēng)壓系數(shù)均為負(fù)值，從迎風(fēng)的屋面邊緣到中心，存在較大的負(fù)風(fēng)壓區(qū)，風(fēng)壓系數(shù)約為-0.7；從中心到背風(fēng)向屋面邊緣，風(fēng)壓系數(shù)逐漸降至約-0.4。屋面上脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)在背風(fēng)端約為0.2，而在迎風(fēng)端小于0.2。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于迎風(fēng)區(qū)均位于分高氣流之下，而流動(dòng)再附出現(xiàn)在背風(fēng)面。試驗(yàn)結(jié)果表明背風(fēng)屋面瞬時(shí)最大風(fēng)壓系數(shù)為正值，且越靠近背風(fēng)屋面邊緣的地方，其值越大。
圖8為一組合弧狀屋面,由中間的
穹頂和四角上懸臂
曲面組成。由于其為開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，應(yīng)同時(shí)考慮內(nèi)壓和外壓。兩個(gè)風(fēng)向角下風(fēng)壓系數(shù)等值線示于圖9。從圖中也可看出，迎風(fēng)屋面邊緣處出現(xiàn)較高的負(fù)風(fēng)壓系數(shù)-l.5，且由于其組合形狀復(fù)雜，屋面風(fēng)壓分布不大規(guī)則，但關(guān)于風(fēng)向仍具對(duì)稱性。
由于這種組合弧狀屋面結(jié)構(gòu)較輕且具有開(kāi)敞形式，風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用不容忽視，表1給出由于風(fēng)荷載而產(chǎn)生的各
內(nèi)力的最大值，括號(hào)中的數(shù)字為均勻自重荷載引起的相應(yīng)值。可見(jiàn)風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用遠(yuǎn)大于自重的作用，風(fēng)荷載是
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制性荷載。
現(xiàn)代大型屋面均具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小等特點(diǎn)，屋面結(jié)構(gòu)自振周期與風(fēng)速的長(zhǎng)卓越周期較為接近，因而風(fēng)荷載成為控制屋面設(shè)計(jì)的主要荷載。
3．屋面形狀及其局部結(jié)構(gòu)形式對(duì)屋面風(fēng)荷載大小及其分布均有重大影響
不同的屋面形式，其表面風(fēng)壓分布特征各異。對(duì)于低層房屋常用的坡屋面，四坡屋面總的來(lái)說(shuō)比普通人字形屋面具有更好的抗風(fēng)性能，這是由于四坡屋面轉(zhuǎn)角處的結(jié)構(gòu)形式可有效地降低峰值吸力。這說(shuō)明屋面轉(zhuǎn)角處的結(jié)構(gòu)形式對(duì)局部風(fēng)壓分布有重要影響。許多屋面破壞實(shí)例表明，破壞大都首先出現(xiàn)在屋面轉(zhuǎn)角、邊緣和屋脊等部位。屋面風(fēng)荷載主要集中在屋面懸挑部分，尤其是前緣處。前線的負(fù)壓最大且變化劇烈，其值與懸挑長(zhǎng)度、懸挑部分水平傾角、前緣外形等有關(guān)。最大負(fù)風(fēng)壓系數(shù)大都出現(xiàn)在屋檐尖角、屋脊或鄰近處。由此可見(jiàn)，屋面形狀及其局部結(jié)構(gòu)形式對(duì)屋面風(fēng)荷載大小及其分布均有重大影響。
風(fēng)荷載作用下，屋面常承受很大的負(fù)壓。從各種形式的屋面風(fēng)壓分布也可以看出，凡是負(fù)壓特別高的部位，總是伴有流動(dòng)分離現(xiàn)象出現(xiàn)，特別是在屋檐、屋脊、屋面邊緣和轉(zhuǎn)角等幾何外形突變的部位，常產(chǎn)生流動(dòng)的分離與再附。可以說(shuō)，由于屋面幾何外形的突變而引起的流動(dòng)分離是導(dǎo)致屋面破壞的最普遍原因。
4．屋面風(fēng)荷載設(shè)計(jì)宜分別按屋面結(jié)構(gòu)，上、下表面的最不利風(fēng)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)
屋面結(jié)構(gòu)的
風(fēng)壓計(jì)算應(yīng)考慮上下表面風(fēng)壓值疊加。對(duì)于開(kāi)敞式屋面結(jié)構(gòu)，上下表面都受到風(fēng)的作用，而設(shè)計(jì)
支承結(jié)構(gòu)時(shí)需要的是屋蓋上、下表面的風(fēng)壓差，即凈風(fēng)壓。一般來(lái)說(shuō)凈風(fēng)壓不完全等于屋面上表面或下表面所受風(fēng)壓，所以只考慮凈風(fēng)壓的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)可能安全，而屋面的上表面、下表面可能不安全。值得注意的是，在某些施工狀態(tài)下，屋面上下表面同時(shí)受風(fēng)吸、風(fēng)壓作用，風(fēng)壓系數(shù)及體型系數(shù)均大于營(yíng)運(yùn)狀態(tài)。某民房因正處于施工階段，大尺寸窗戶開(kāi)敞而導(dǎo)致了屋面受風(fēng)破壞。內(nèi)外壓力共同作用的例子對(duì)懸挑屋檐最為明顯，屋檐上表面因流動(dòng)分離而產(chǎn)生負(fù)壓，下表面由于風(fēng)被墻體阻擋而淤塞在屋檐下產(chǎn)生正壓，負(fù)風(fēng)壓為兩者絕對(duì)值之和，因而屋檐較易受風(fēng)破壞。屋面一般有上表面板和下表面板，檐口是上下兩層板（例如
鋁板）組成的封閉的盒子。建議屋面風(fēng)荷載設(shè)計(jì)宜分別按屋面結(jié)構(gòu)，上、下表面的最不利風(fēng)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。
5．對(duì)屋面風(fēng)荷載設(shè)計(jì)的安全系數(shù)加大20～30%為宜
河南省體育館、上海大劇院屋面破壞、廣州海珠區(qū)一間汽車(chē)修理廠的屋頂被刮倒等事例，說(shuō)明考慮風(fēng)致耦合振動(dòng)的重要性，結(jié)構(gòu)的形式會(huì)對(duì)來(lái)流風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生很大的影響，從而顯著改變結(jié)構(gòu)上的荷載！通常這類(lèi)建筑都進(jìn)行了
風(fēng)洞試驗(yàn)，而我國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范目前是無(wú)法充分考慮這種影響的，因此，這個(gè)事故的發(fā)生，可能會(huì)有設(shè)計(jì)或施工中的問(wèn)題，但其本質(zhì)的問(wèn)題很有可能是目前尚未有效搞清楚大跨屋蓋的風(fēng)致耦合振動(dòng)的問(wèn)題，也是風(fēng)工程研究的一個(gè)難點(diǎn)！
屋面結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。屋面相對(duì)于建筑物主體而言柔度較大，易產(chǎn)生
彈性風(fēng)致振動(dòng)。建筑物內(nèi)壓紊流引起的屋面振動(dòng)也不可忽視。由于屋面的柔性可降低其頻率，同時(shí)引起較小的附加阻尼，這樣內(nèi)壓紊流易產(chǎn)共振，共振是導(dǎo)致柔性屋面破壞的重要原因之一。在臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)，屋面結(jié)構(gòu)常發(fā)生共振破壞。風(fēng)引起的強(qiáng)大吸力及其脈動(dòng)效應(yīng)和因屋面結(jié)構(gòu)的柔性而引起的風(fēng)振等所致屋面結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力效應(yīng)常會(huì)使屋面遭受破壞。目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究成果較為少見(jiàn)，在沒(méi)有進(jìn)一步深入研究成果入之的，為慎重起見(jiàn)，建議對(duì)屋面風(fēng)荷載設(shè)計(jì)的安全系數(shù)加大20～30%為宜。
由于人們對(duì)結(jié)構(gòu)造型美觀的要求越來(lái)越高，屋面結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能好與造型優(yōu)美常不能統(tǒng)一，一般來(lái)講，由于屋面風(fēng)壓分布受屋面幾何外形的影響甚大，對(duì)于特殊形式的屋面，其風(fēng)荷載應(yīng)通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)確定。適當(dāng)增加屋面粗糙度有利于降低屋面風(fēng)吸力；對(duì)屋檐、屋脊和屋面轉(zhuǎn)角等常受較高吸力的部位，局部
構(gòu)件應(yīng)作適當(dāng)加強(qiáng)，同時(shí)應(yīng)加固屋面與主體結(jié)構(gòu)的連接。
6．建立“臺(tái)風(fēng)
幕墻學(xué)”
我國(guó)海岸線漫長(zhǎng)，其中東南沿海每年臺(tái)風(fēng)頻繁，廣東、浙江、福建、海南等地又是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)或正在成長(zhǎng)的地區(qū)，有必要建立“臺(tái)風(fēng)幕墻學(xué)”。
屋面風(fēng)荷載問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜，有必要展開(kāi)進(jìn)一步的理論與試驗(yàn)研究。本文的一些探討及建議僅供參考，不妥之處，敬請(qǐng)指正。
主要參考文獻(xiàn)：
1．《屋面風(fēng)荷載及風(fēng)致破壞機(jī)理》程志軍 樓文娟 孫炳南 唐錦春 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) 2000年 8月
2．《
建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（
GB5009-2001）
3．9417號(hào)臺(tái)風(fēng)對(duì)溫州民房破壞調(diào)查 孫炳南 傅國(guó)宏 陳鳴 唐錦春 第七屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)會(huì)議論文集
4．大型弧狀屋面風(fēng)壓風(fēng)洞試驗(yàn)研究 葉倩 徐有恒 第五屆全國(guó)風(fēng)工程及工業(yè)氣動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集
注：文件圖片太多，上傳困難。大家可參考2005年4月《裝飾裝飾》
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