建筑个性了 风影响大了

最近，很多市民都在关注着石家庄新客站的建设，在建设过程中有这样一个步骤可能还不为人知——去年，石家庄铁道大学进行了一项石家庄新客站的风洞实验，让新客站的模型在大风中接受了各种“考验”。

现代建筑越来越讲求艺术性，高层和超高层建筑也越来越多，石家庄铁道大学风工程研究中心的专家认为，风在建筑设计中成为了越来越不可忽视的一个因素。

石家庄新客站的风洞实验

日前省会媒体报道，按计划，石家庄新客站西站房将于今年9月1日竣工。在新客站的设计建造过程中，有一项工作或许很多人还不知道——新客站在设计阶段进行的风洞实验。

5月17日晚上，在石家庄铁道大学风工程研究中心的实验室内，记者看到了新客站风洞设备和新客站的试验模型。风洞设备像一个巨大的“口”字结构，试验区分为低速试验段和高速试验段，试验风速范围为1.5米/秒~80米/秒。“风速达到80米/秒是个什么概念？四个成人摞在一起，可以一起吹起来。”石家庄铁道大学风工程研究中心主任刘庆宽教授举了个例子。

为了保证结构的安全，在设计阶段进行风洞试验是目前最可靠的方法，也就是说将结构以及结构周围一定范围内的建筑按一定比例缩小制作成试验模型，安置在风洞内，模拟结构所在地的风环境，测试风作用在结构上时产生的力量，并进一步得到相关数据供设计院设计和校核使用。

例如，石家庄新客站模型与实体比例为1：200，结构顶部和雨棚共布置了一千多个测压点，通过特殊的管路与测试设备相连。在风洞内模型上游，将吹向模型的风调整至与结构现场的风相似，在360度内记录各个风向角下的风压，之后通过计算，得到各个风向角下结构在50年一遇和百年一遇大风作用下的风荷载。有了这些数据，设计时会更有针对性，既保证结构的安全，同时也可避免不必要的浪费。

风荷载影响建筑结构安全

据统计，全世界由于自然灾害引起的经济损失中，大约85%的损失是由于风灾及其次生灾害引起的。刘庆宽教授认为，风荷载会对建筑结构的安全产生影响，“风荷载就是风的压力，即风刮来时作用在建筑体表面上的力。”

为了方便比较，我国采用空旷地貌上，距离地面10米高度处，10分钟时长平均，50年一遇的最大风速作为结构设计的基本风速，不同地区基本风速不同，如石家庄50年一遇的基本风速为24米/秒，表明按照现有的统计资料，经过石家庄地区的年最大风速98%的概率下不会超过24米/秒。数据显示，河北省基本风速最大的地方在张家口，50年一遇的最大风速为31.1米，100年一遇的为32.5米。扩展到整个中国，台湾宜兰县的基本风速最大，50年一遇的最大风速为55米。

“以前的房屋建筑形式比较单一，也没有这么多高层建筑，很少详细具体地考虑风对建筑的影响。”刘庆宽说，随着社会的进步，人们对建筑的艺术要求越来越高，公共建筑造型越来越复杂，高层和超高层建筑越来越多，风在建筑物上的作用力也就变得复杂。

“在石家庄50年一遇的基本风速（24米/秒）下，大约200米的高层建筑顶部的瞬时最大风力可达5千牛每平方米以上，即每平方米要承受瞬间500公斤的荷载。”该中心风工程博士马文勇举了这样一个例子。

风对建筑结构的作用比较复杂，不仅与建筑物所处的区域有关，也与建筑物外形及结构形式有关，像高层高耸结构，大跨度空间结构，柔性公共建筑及工业建筑及其他一些风敏感结构都需要进行风荷载研究。马文勇进一步解释，以石家庄新客站为例，由于车站广场存在，该结构周围相对比较空旷，通过气象部门提供的风玫瑰图（它是根据某一地区多年平均统计的风向和风速的百分数值，并按一定比例绘制出的图。）结合风荷载测试的基本理论及经验判断，考虑新客站周围直径800米区域内的地表建筑即可。

对此，南京信息工程大学大气科学学院的王咏青教授提到，在建筑过程中考虑高楼、桥梁等所能承受的当地风速极值必不可少，做风洞试验可以事先从理论上来了解风对建筑的破坏程度。之前也有过例子，美国高层建筑的玻璃幕墙曾被大风刮碎。建筑为了追求美观，玻璃幕墙的应用也越来越多，因而风对玻璃幕墙的作用力也不容忽视。

人的舒适度不容忽视

风吹来时，为什么所处的位置不同，人的感受也不一样？刘庆宽说，一般沿海城市风速较大，内陆城市风速较小；在同一区域，市区风速较小，郊区风速较大，这是因为，城市的建筑物多，阻碍作用大，使得风速减小。

风对人的舒适度的影响，一方面体现在风直接作用在人体上，人是否有不适感觉。刘庆宽说，由于建筑体的形状不同，周围建筑高度、密集程度不一样，从而导致建筑体本身对风环境有一定的影响，群体建筑可能使得某个位置的风加速，从而使该位置的行人感到不适。虽然我国目前尚没有关于风环境对人体舒适度影响的具体标准，但这都是必须考虑的。

另一方面，由于大风引起建筑物的晃动，从中生活、办公的人也可能产生不适。目前高层建筑越来越高，超过200米以上的建筑已经非常常见，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》，房屋高度大于200米时宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载；房屋高度大于150米时，如果建筑物平面形状不规则、立面形状复杂，建筑物立面有开洞或为连体建筑，建筑物周围环境和地形较复杂时也宜采用风洞试验确定建筑物的风荷载，这其中就包括了舒适度的问题。

大风中该避开哪些地方？

除了对单个个体建筑设计要考虑风的因素外，在城市布局和楼宇间距上也要有所考虑。河北省气象局高级工程师邢开成认为，城市高层建筑楼间距窄也会对该地及周围地区的风场结构产生影响，使得街道上风特别大，危害行人和行车安全。风遇到高层建筑时会改变方向，当降到行人的高度就会形成涡流风、穿堂风和角流风三个大风区。道路两旁高低错落的建筑物构成了街道峡谷，这些风往往都汇合在街道峡谷里，就会产生“峡谷效应”，瞬间成倍提高风速，出现乱流涡旋风和升降气流，甚至会形成街道暴风。

建筑师在采取相应措施来应对风速的极值的同时，作为个体的我们在极端大风天出现时，该避开哪些地方？南京信息工程大学教授王咏青介绍，应该了解自己是否处于危险的环境中，在陌生地方，要提前了解安全的场所。比如在城市中，大风天中应该远离大型的广告牌，躲风时应避免在大型玻璃幕墙底下，如果在外尽量到沿街室内躲避。

此外，马文勇介绍，龙卷风的强度最大，在建筑结构上较难防范。美国龙卷风的多发地的居民大多在房屋底下修一个洞，上面盖一层较厚的钢板，一旦发生龙卷风，他们就跳下去，盖上钢板，把自己锁在下面，这样即便屋子吹跑了，人也没有问题。（据《河北青年报》）