颱風對建築的危害及應對方法
1、颱風對建築門窗幕牆的危害
颱風產生在熱帶海洋上、具有突發性強、破壞力大的特點，是世界上最嚴重的自然災害之一，近年來颱風對我國沿海地區建築門窗幕牆，包括金屬屋面的影響和破壞非常顯著，如“莫蘭蒂”“飛鴿”“山竹”等均超過14級的強颱風，都對當地的建築幕牆造成了嚴重的損壞和破壞：
一、大面積玻璃破損，這是強颱風給建築玻璃幕牆造成最為常見的破壞，甚至會出現玻璃幕牆玻璃大面積嚴重破損的情況。
二、開啟扇整體脫落，幕牆和門窗的開啟部位是幕牆和門窗抗風承載能力較弱的部位，開啟扇在颱風期間由於鎖閉不嚴或抗風承載力不足導致開啟扇整體脫落下墜。
三、門窗整體垮塌，門窗的整體垮塌雖然不為多見，但對於存在設計和安裝缺陷的門窗，在強颱風作用下，出現整體垮塌是不可避免的。
四、其他的破壞，強颱風除了對幕牆門窗的採光部位造成破壞外，對非透明部位幕牆、吊頂、雨棚和屋面等同樣造成多種嚴重的破壞。例如金屬板幕牆的面板脫落或金屬屋面會被掀開。
2、颱風的破壞力
颱風的破壞力主要由強風、暴雨和風暴潮三個因素引起。
l 強風颱風是一個巨大的能量庫，其風速都在17米/秒以上，甚至在60米/秒以上。據測，當風力達到12級時，垂直於風向平面上每平方米風壓可達230公斤。
l 暴雨颱風是非常強的降雨系統。一次颱風登陸，降雨中心一天之中可降下100-300毫米的大暴雨，甚至可達500-800毫米。颱風暴雨造成的洪澇災害，是危險性的災害。颱風暴雨強度大，洪水出現頻率高，波及範圍廣、來勢兇猛、破壞性大。
l 風暴潮就是當颱風移向陸地時，由於颱風的強風和低氣壓的作用，使海水向海岸方向強力堆積，潮位猛漲，水浪排山倒海般向海岸壓去。強颱風的風暴潮能使沿海水位上升5-6米。風暴潮與天文大潮高潮位相遇，產生高頻率的潮位，導致潮水漫溢，海堤潰決，沖毀房屋和各類建築設施，淹沒城鎮和農田，造成大量人員傷亡和財產損失。風暴潮還會造成海岸侵蝕，海水倒灌造成土地鹽漬化等災害 。
3、典型案例分析
3.1 某玻璃幕牆開啟扇滲水原因分析及解決方法
某高層建築建築高度為120m，該工程施工完成後即遇今年的二次颱風考驗。在颱風中，發現該開啟扇上部滲水十分嚴重，經分析後認為原因如下：
A、型材選用不當。原設計單位節約成本，未選用與立柱相配套的開啟扇結構。所選用的為50系列平開窗型材。窗扇的外框與幕牆立柱的剛度差異極大，易產生變形差，即使在立柱與外框之間加了耐候膠，幕牆在風荷載作用下產生的變形差異使耐候膠密封失效，形成明縫。最關鍵的是開啟扇的上口的設計存在先天不足，該開啟扇未按等等壓原理進行設計，僅依靠膠條防水。颱風中，雨水在風壓作用下極易進入到副框的內腔，而副框內未考慮任何排水措施，導致進來的水不能及時排除，最終不斷滲入室內。
B、膠條截面過小。在設計中，由於膠條截面尺寸過小，與型材形成的有效搭接極小。因此，儘管從圖上看是設置了二道防水膠條，但形成的有效防水作用極小，再加鉸鏈安裝時稍有不注意，就會造成膠條與橫樑、副框之間的搭接形成不了，反而形成了明縫，其防水效果也是可想而知的。
建議採取的措施：由於該開啟扇數量極多，且在二次颱風及幕牆的三性檢測中均未出現安全問題，故從經濟角度出發，認為不宜作拆除更換，而宜採取改進措施。
l 全面調整鉸鏈。由於結構原因，如果開啟扇兩側的鉸鏈安裝位置不准確，就會直接影響到開啟扇閉合後膠條未被壓縮到位，膠條與型材間形成明縫或暗縫，直接影響到防水。因此，建議施工單位全面調整鉸鏈位置，確保所有鉸鏈位置準備，保證膠條與型材間不產生明縫。
l 在開啟扇上口外側增設擋水批條。由於該開啟扇在颱風中已出現明顯滲透，經以上原因分析後並結合當地實際氣候條件與工程的實際情況，在離上口一定位置（儘量近但不能影響到開啟扇的開啟）增設了鋁合金批條（建議用膠條，施工單位為施工方便，採用了鋁合金批條）。在開啟扇上口增設披水可明顯減少水穿過膠條，能有效起到減少滲透現象。同時，由於開啟扇上口的膠條較粗，因此，即使加了批條後，對建築立面影響極小。
l 在窗扇內框增加副框，增加一道防水措施。通過以上的調整後，發現雖然能基本解決防滲漏問題，但仍不徹底，距離建設單位的要求尚有距離。經討論後認為在窗框內框附加一道副框，形成多道防水。同時，在原先開啟扇上口的擋水批條採用加膠條方法，在窗扇自由開啟的前提下，保證開啟扇關閉時，膠條可恢復至被部分壓縮狀態，可以大量減少進入到副框內的雨水。
3.2 某明框幕牆破壞原因分析
某工程為明框幕牆，建築層數為6層高為3.2m，板塊分格尺寸為1200mm*700mm，採用5mm普通玻璃。在“卡努”颱風中發現大量的玻璃破壞，經分析主要原因如下：
A、建築物所處位置不利。由於颱風時風速是風速風向為東南風與東北風，此建築玻璃幕牆正處於東南方向，同時，由於兩側密集的高層建築物本身所處的壞境來看，其外維護結構設計計算時如採用常規公式參照城市密集建築群選D類的地面粗糙是極不適合的。
B、建築平面佈置不利於週邊護結構。該建築平面呈現內凹，對正對風口的幕牆維護結構設計是極不利的，除非設計計算時就已充分考慮到諸多的不利因素，否則在計算大面正負壓作用時，僅按規範中的大面取為1.0是不合適的，而應適當提高。
C、由於建築施工最早，該幕牆無完善的設計計算書。現場實際採用了普通玻璃，其破壞主要表現為正風壓作用下玻璃的彎曲破壞，其主要原因是玻璃本身的強度不足。
總體而言，未經按照實際情況進行嚴格設計計算選用強度不足的材料是此明框幕牆破壞的主要原因。
3.3 某隱框幕牆破壞原因分析
某高層建築的玻璃幕牆，建築高度為102m，標準層層高為3.3m，板塊分格尺寸為1600m*1190mm，採用6mm厚鋼化玻璃。在“雲娜”颱風中，該幕牆工程發生個別板塊脫落現象，在“卡努”颱風中，發現部分板塊脫落，部分板塊破壞。經分析主要原因如下：
A、設計計算時所選用的基本參數正確。但在結構膠寬度計算時，未按照規範要求，採用風荷載設計值進行結構膠寬度計算，而是採用了風荷截標準值進行計算，兩者相差1.4的分項係數，最終導致結構膠寬度相差1.4倍。
B、該專案用於固定副框的採用了自攻釘，且自攻釘間隔普遍過大，是造成板塊整塊脫落的主要原因。在規範中，對用於主要部位的連接如果採用螺紋連接，且自攻釘間隔普遍過大，是造成板塊整塊脫落的主要原因。在規範中，對用於主要部位的連接如果採用螺紋連接，則需保證型材厚度大於螺釘的公稱直徑。在該專案中根本無法滿足此要求。
C、玻璃採用了6mm的鋼化玻璃，採用風荷載標準值計算玻璃強度時，玻璃應力為79Mpa（基本風壓取0.75KN/m2）,富裕係數不大，但實際風荷載要遠遠超過設計值，這也是造成板塊破壞的原因之一。
設計計算的失誤是造成此玻璃幕牆破壞的主要原因。
4、對應颱風的措施
4.1 風荷載設計的選取
針對強颱風造成的破壞，除了有材料方面自身缺陷的因素外，如玻璃存在的離散性和風攜碎物撞擊等引起的破壞外，確實存在門窗幕牆自身抗風承載能力不足的可能性，如大面積玻璃非正常破損等現象。但這些承載能力不足的現象，並不完全是現行設計規範的風荷載取值存在問題而造成的，而應是在某種條件下產生的。按照現行《建築設計荷載規範》GB50009-2012和《玻璃幕牆工程技術規範》JGJ102-2003的要求，建築門窗幕牆作為圍護結構的風荷載標準值最低取值不應低於1KN/m2，此值實際上已高於氣象臺預報12級颱風(2min平均風速32.7m/s，GB/T19201-2006《熱帶氣旋等級》)約0.67KN/m2的風荷載值(忽略氣象臺預報與規範間的風速倍差，以下同)。對於沿海地區的建築，如深圳的超高層建築，按照現行規範50年一遇的基本風壓計算，其風荷載標準值(Wk)約為3.2KN/m2，用於強度和安全驗算的風荷載設計值(1.4Wk)約為4.5KN/m2，將其換算成風速約為71.7m/s,相比較深圳平安大廈頂層(約600m)在強颱風“山竹”登陸期間錄到的最大風速55m/s而言應該是安全的。
4.2 門窗幕牆開啟扇設計
門窗幕牆開啟扇在颱風作用下產生整體脫落是極其危險的現象，並且成為近年來的多發事件。這種現象不僅在颱風期間出現，在平時由於天氣瞬間變化時也經常出現。這種現象的出現，除了開啟扇在颱風或天氣變化時沒有鎖閉到位外，與開啟扇自身的設計缺陷有關。在目前開啟扇的設計中，開啟扇與窗框之間的支承連接形式較多，常見的包括外開上旋滑撐或懸掛連接、外開滑撐平推連接、內外平開滑撐或鉸鏈連接等，其中外開上旋滑撐和懸掛連接開啟扇在幕牆的應用較多，而出現脫落問題最多的為上旋懸掛形式的開啟扇。上旋懸掛形式開啟扇的破壞形式除了最常見的掛鉤脫落和風撐拉脫外，開啟扇上部組角部位因連接不可靠，承載能力不夠(包括重量)產生窗扇下部整體拉脫並墜落已成為常見的現象。
除了颱風的影響，從對近30年來具有建築門窗幕牆的檢查發現，開啟部位始終是出問題最多的地方，包括嚴重滲漏，啟閉不暢，以及開啟扇墜落的嚴重安全事故。對於開啟扇的設計如何去應對這些問題，值得認真思考和採取對應的措施。隨著建築美學的發展，建築立面的大分隔板塊越來越多，造成了開啟扇板塊尺寸越來越大，板塊尺寸的增大，造成了重量的增加，現在的開啟扇重量在面積相同的條件下，可以是以前的3倍有多(3層玻璃)，同時也造成風承載面增大。所有這些因素給開啟扇的連接設計、連接構件的承載能力和品質提出了嚴酷的要求，有的甚至不可實現。對於開啟扇的面積，JGJ102-2003提出不宜大於1.5m2，但並沒有實際的封頂尺寸要求，造成現在的建築設計存在盲目追求大開窗而不違規的現象，給建築埋下了安全的隱患。根據具有建築門窗幕牆的實際情況，應考慮將開啟扇面積限定在1.8m2以內，對於外平開窗則應該更小，不應超過1.0m2，且應控制其高寬比。在目前的標準規範中，尚未有對門窗幕牆開啟部位的完整設計和計算要求，應儘快的加以完善。為了防止颱風期間開啟部位鎖閉疏忽或瞬間天氣突變造成未鎖閉或處於開啟狀態的開啟 扇被風掀落，可考慮提高窗扇抗風掀的能力，並研發開啟扇的抗風掀試驗方法。同時可開發一些安全自鎖的裝置，確保開啟扇在強颱風期間或突發狀態下的安全。
4.3安全要點的設計和施工監管
建築門窗幕牆最為重要的安全要點應為門窗幕牆與建築結構的連接點，如果此節點出現鬆動、脫鉤和任何影響承載能力的缺陷，將導致門窗幕牆可能出現從建築結構上整體坍塌和脫落的嚴重安全事故，特別是在強颱風影響期間，這種問題更為顯著。作為門窗幕牆安全要點的連接點出現問題，既有設計問題，也有施工過程存在的品質問題，此處僅討論與設計有關的試驗驗證和施工監管的問題。
門窗幕牆的實樣模型試驗驗證，最主要的目的是對設計效果的驗證。但在目前的試驗驗證中，門窗的試驗基本沒有能真實的反映出門窗與洞口的實際安裝連接狀況，幕牆的試驗驗證同樣存在不完整性。所以門窗幕牆的實樣模型試驗在與建築結構連接點的驗證方面是不完全真實的，應該引起高度的重視。為彌補這一缺陷，我們應該強化門窗幕牆與建築結構連接點在施工過程中的現場檢測和施工品質監管，在門窗幕牆的安全上築起第一道安全的保障。特別是這些連接部位，在工程施工完畢後均處於隱蔽狀態，在門窗幕牆正常使用的日常檢查和維護維修過程中非常難於觀察到，一旦問題出現時，已有可能造成不可估量的重大損失和安全事故。
5、結語
通過對近幾年沿海各地強颱風對建築門窗幕牆影響的有限分析可以看到，嚴格按照現行標準規範進行設計和施工監管的建築門窗幕牆，在抵抗強颱風的作用具有足夠可靠的能力，絕大部分的建築門窗幕牆整體結構穩定，性能良好。對於強颱風期間門窗幕牆，包括金屬屋面出現的一些破壞，我們應該加以科學的分析和麵對。我們可以通過進一步的科學研究、試驗和探索，進一步的完善我們的標準規範體系，通過強化我們的工程現場管理水準，來不斷地提高建築門窗幕牆抵抗強颱風和超強颱風的能力。
