浅谈在既幕墙安全鉴定中不能忽视的建筑风环境变化因素

【摘要】通常一个建筑的生命周期里，其周围的建筑环境都是从稀疏到密集的一个发展的过程，从而改变建筑物的存在环境，这将对建筑物幕墙结构及主体结构产生重大的影响。在既有建筑幕墙鉴定的过程，一般都是只关心到其的材料及安装的质量问题，较少深入探讨既有幕墙全生命周期的环境变化带来的影响。本文在结合大量的幕墙设计、幕墙检测与鉴定实践的经验，对既有建筑幕墙安全性鉴定中的一些设计复核、现场测试及检查的关键技术进行了研究与探讨分析，提出了必须根据建筑幕墙所在场地环境状况的变化，重新验算幕墙设计计算书的合理性，对既有幕墙的安全性鉴定具有一定的指导作用。

【关键词】建筑幕墙；安全性；鉴定；结构群风效应

Discussion on the factors that can not be ignored in the safety assessment of the curtain wall

Liu Li-chuang Wu Lai-feng Meng Fan-chun

（Shenzhen City Heng Yi Building Technology Co.， Ltd.， Shenzhen 518107）

Abstract： in the life cycle of a building， the building environment is a developing process from sparse to dense， so as to change the existing environment， which will have a significant impact on the structure and the main structure of the building curtain wall. In the process of building curtain wall identification， it is generally only concerned about the quality of its materials and installation， which is less in-depth study of the impact of both the full life cycle of the curtain wall. In this paper combined with the large number of curtain wall design， curtain wall detection and identification of the practice experience of both building curtain wall for the safety appraisal of some design review， field testing and inspection of the key technology was studied and discussed in this paper analysis， proposed must according to the change of the curtain wall construction site environmental conditions， re check the calculation of curtain wall design rationality， safety identification of existing curtain wall has a guiding role.

Key words： building curtain wall， security， identification， structure group wind effect

1、概述

安全性鉴定，是指由具有建筑幕墙检测资质的单位和具有建筑幕墙设计资质的单位，依据现行有关的技术法规、技术标准，对既有建筑幕墙进行现场检查、测试、分析、验算、评估，并对确定的剩余使用年限内，幕墙面板与支承构件、连接构造是否具有确保安全使用的承载能力，金属构件及连接件是否产生影响承载力的腐蚀和锈蚀，防火、防雷构造是否符合规定要求等所作的审查与综合判断。 针对建筑幕墙的安全性鉴定检测技术，主要是考察既有幕墙结构的安全性、适度的耐久性和可维持正常使用的基本功能这几个方面的功能，确保幕墙在一定时期内的正常使用和安全。多数单位针对幕墙的鉴定工作还仅仅停留在对结构、材料、加工与安装工艺的判定方面，这是不能完全满足实际既有幕墙安全性鉴定的要求。

2、建筑风环境的变化对既有建筑幕墙的影响

在飞速发展的中国的，一个地区从荒野到高楼林立的发展过程，地貌类型从A类到D类的变化，可能只要十几年或者几年的时间。在这快速的城市化进程中建立起来的建筑物的受风荷载情况必然发生重大变化，所以在《广东省建设厅既有建筑幕墙安全维护管理实施细则》（粤建管字〔2007〕122号）中，关于幕墙的定期检查应符合下列规定：幕墙工程竣工验收一年后，建筑幕墙的安全维护责任人应对幕墙进行一次全面的检查，此后每五年应检查一次；超过设计使用年限的幕墙应每年检查一次。这不仅仅是指对既有幕墙的安装施工质量、幕墙材料的老化程度，原有设计计算的复核的检测与审查，更重要的是确定其所在的建筑风环境状况是否发生了重大变化。

《建筑结构荷载规范》指出：风压高度变化系数应该根据地面粗糙度类别确定。地面粗糙度类别划分：A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。由幕墙的受力计算公式可以知道，幕墙所处的场地地貌的类型直接影响到其受荷载的情况，进而会影响到既有建筑幕墙的受力形式发生变化。

3、结构群风效应的作用方式

现代城市的发展产生了密集的建筑群。由于相邻建筑物的干扰，受扰高层建筑的风荷载大小及性态与其在孤立状态下相比会有较大的变化，即建筑群之间存在静风干扰效应。已有的研究认为表现为“遮挡效应”，且建筑物相距越近，建筑密集度越高，其遮挡效应越明显。这里介绍一下，我们进行的深圳嘉里建设广场二期工程群体风洞试验研究的有关内容，并将试验结果与规范提供的体型系数进行比较。

3、1 主体结构设计用体型系数

3.1.1 按规范进行计算

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）中有关超高层建筑风荷载计算的规定如下：

（1）第3.2.8条中指出房屋高度大于200m时宜采用风洞试验来确定建筑的风荷载。

（2）第3.2.5条中第5点指出计算主体结构的风荷载效应时，在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可按附录A采用，或由风洞试验确定。对矩形平面，体型系数取值按下表确定。

0.80 -0.60 -0.60

其中、分别为迎、背风面的风荷载体型系数，、分别为建筑物左、右侧面的风荷载体型系数。在计算背风面风荷载体型系数时，H为建筑物高度，L代表建筑物的迎风宽度。针对本项目，H=200m，L≈40m，则=-0.63，即单体建筑顺风向体型系数=0.80+0.63=1.43。

（3）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）中第3.2.7条指出：当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单栋建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验确定。

《建筑结构荷载规范》对相互干扰增大系数暂无明确的规定，也就是说按照规范考虑群体风效应后，结构顺风向的体型系数将大于1.43，且沿高度方向不变。

3.1.2 风洞试验数据

本项目风洞测压试验模型缩尺比为1：300，模型表面共布置有410个测点，在模拟了C类背景边界层的情况下将其周围375m半径范围内的周边建筑一并置入风洞试验段中，并在24个不同的风向下进行测试。通过对各测点层的风荷载体型系数分别按其控制面积进行加权平均，得到了建筑物表面各测点层的平均体型系数，进而将其沿主轴方向进行投影、叠加，即可得到各测点层沿X和Y方向的体型系数，该体型系数已考虑群体风效应的影响。

通过比较各风向下风洞试验数据可以得出，60o、75o、120o、285o等风向下建筑物各测点层的平均体型系数较大，为不利控制风向角。

从图2中可以看出，风洞试验所得风荷载体型系数随高度不同而变化，总体上随高度而减少。除底部部分测点层外，其余测点层的风荷载体型系数均小于考虑群体风效应前按规范计算所得结果，这说明周边建筑的遮挡效应明显。图3为各测点层体型系数与高度系数相乘后的求和值，能代表相应楼层的静风水平剪力情况。从图中可以看出，风洞试验结果小于按规范单体计算和考虑一定静力干扰后的结果。有相关研究表明，这种遮挡效应随着建筑物密度的增加而更为明显，通过风洞试验测试可以充分考虑这种影响。

4、结语

现代城市的发展产生了密集的建筑群。由于相邻建筑物的干扰，受扰高层建筑的风荷载大小及性态与其在孤立状态下相比会有较大的变化，即建筑群之间存在静风干扰效应。已有的研究认为表现为“遮挡效应”，且建筑物相距越近，建筑密集度越高，其遮挡效应越明显。既有建筑幕墙的可靠性鉴定是一项非常重要的工作，鉴定检测既有幕墙的安全可靠性，要结合幕墙的结构特点和荷载作用，从幕墙结构的安全性，适度的耐久性和可维持正常使用的基本功能等方面考虑，通过一些现场检测方式，并依据相关规范标准和评估标准。特别需要注意的是在既有幕墙的鉴定审核其设计风荷载取值是否合理，就必须从建筑物的寿命周期进行考虑，若仅仅从单体阵风系数和风荷载体型系数方面进行设计，而未充分考虑群体风干扰系数，则会大大降低建筑物的使用安全性。这样才能做到客观科学地评价幕墙在结构安全、适度耐久性和重要使用功能这几个方面的性能，确保既有建筑幕墙在其生命周期内的安全、正常使用。

参考文献：

[1]范学伟，徐国彬， 黄雨.工程结构的风灾破坏和抗风设计[J].中国安全科学学报， 2001， 11（5）： 73-76.

[2]关滨蓉， 马国馨. 建筑设计和风环境，建筑学报[J].1995-11，48.

[3]GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京： 中国建筑工业出版社，2006.

作者简介：刘立创，男，硕士，工程师，现任职深圳市恒义建筑技术有限公司总工程师，主要从事建筑风工程、建筑材料、幕墙门窗、建筑设备等领域的科研、检测及技术管理工程。