建造高大烟囱一定要考虑风的推力对烟囱的影响

第六节　风与建筑

强风摧毁房屋的例子比比皆是。1975年10月5日傍晚，一个强台风经过日本八丈岛，最大阵风达67.8米/秒，房屋被狂风掀掉700多栋。据目击者说，许多房屋迎风的框格式玻璃窗和高层建筑物的大型玻璃窗粉碎了。从被打碎玻璃的窗口和破坏了的正门刮进来的强风直揭顶棚和屋顶，造成更大的灾害。1977年9月9日夜晚，强台风侵入冲永良部岛，最大阵风也达每秒60.4米，全损和半损的房屋达2890栋。

因此，在沿海设计建房首先要考虑风的因素。

以靠近沿海的上海为例。一般建筑是庑殿顶，这种屋顶抗风性能好，能减小风压。四方有坡面的屋顶与无坡面的屋顶相比，迎风面比较小，风会沿坡上滑而减小压力。

风压，又称风荷载，对一般1～6层居民住房影响不大，用1～2块砖砌墙即可抗风了。

风压是建筑物所承受的主要自然荷载之一。风压问题密切关系着工程设计的安全和经济效益。例如，在解放前，上海地区曾经规定风压值为100～200公斤每平方米；解放后的1953年上海市建筑物结构设计试行标准中，对风压值规定离地20米以下的风压值，不得小于75公斤每平方米。1955年中央建筑工程部规定风速、风压的关系公式为q＝（式中q为风压值，以公斤/米2计； V为最大风速，以米/秒计）。同时在全国范围内分区规定了风压值。上海属于第二区，离地面20米以下，为70～100公斤每平方米，100米以上为150～200公斤每平方米。

但由于上海简陋房屋不少，一旦遇到12级强台风，毁坏房屋的事件也屡屡发生。例如1956年8月1～2日一次强台风侵袭上海，据解放日报8月12日报导，“上海市共倒坍房屋四千五百余间，部分损坏的二万八千多间” 。在设计中对范围更小的龙卷风一般不考虑，否则抗风标准提高，造价昂贵，得不偿失。例如1956年9月24日下午，上海市真如、相浦及东部局部地区，受到龙卷风的袭击，风速极大，比12级台风还要强几倍。它所经之地，建筑物损坏严重，轻则揭去屋盖，重则吹毁无遗，连浦东一座钢筋混凝土结构房屋也被掀倒，一只重22万斤的钢储油罐也被卷到10余米高，抛到100米以外的地方。但这种强大的龙卷风范围很小，在一般建筑设计中是不必考虑的。

设计、建造高大烟囱一定要考虑风的影响。一个高大烟囱受两个力的作用。一是垂直向下的重力，这可用砖头数目和砖的重量计算出来；二是自然界空气中风的推力。

根据这个道理，要计算风的推力对烟囱的影响，首先要根据影响当地的最大风力来设计烟囱是用砖砌还是用钢筋水泥，两者造价差别很大。

在实际计算中，又要假设能把烟囱“平放”，即假设烟囱是一根“木头”，把它“插入墙内” 、风从“上面”压下来，烟囱要“变形” 。通常在达到一定高度的烟囱，考虑到风力的推力，而要用混凝土砌，这样质量牢靠，但成本高。假若建筑不考虑风压，将会产生严重后果。例如，1965年11月1日，美国某地发电厂三个冷却塔因防风设计不当，在大风中倒塌。

若考虑了风压，则受益很大。例如德国某地架设一高压输电线，通常需建500个支撑铁塔，但考虑地风的情况后，决定少建10个，仍能保证安全，从而节约了12万5千美元。

有些工厂为了降低造价、节约开支，把工厂烟囱设计得很低矮，对城市的污染相当严重；若造得高了，风压肯定大，造价迅速提高。但为了广大居民的健康，又必须把烟囱加高。例如上海金山石化厂建厂初期，日本人把烟囱设计得过矮了，只有60来米高，根据风随高度的变化等三个气象因素的计算，这高度的烟灰将随风要严重影响市区。上海气象部门向日方提出了严格的技术报告。在科学事实面前，日方不得不把烟囱升高到100米。每增高一米的造价要增加一万元，增加40米即增加40万元。

我国古桥多，多用木料，在自然风雨中易腐烂。后来改用石桥、石梁桥、圆拱桥。但石桥石头一薄，受大风大雨侵蚀，易断裂。所以石桥石块一定要厚。而木头可弯曲。

为了避免石头变曲断裂现象，后来改用拱形或半圆拱形。石头怕拉不怕压，一拉要坏，但拱形、半圆拱形桥是压不坏的。我国最有名的拱形桥是赵州桥，具有几千年历史，历经风风雨雨，迄今仍巍峨屹立；福建省泉州的石梁桥也颇有名气，它是有名的石桥，梁高1米，宽1米，石长5～8米，直约200吨，在古代无现代化起重机器设备条件下又怎样运翌工地，装到桥礅上？我们的祖先有聪明才智，他们用船运，稿涨潮时，把巨大的石头架到桥礅上，等退潮后，船又复回。循此规律，天长日久，一座大型的石梁桥终于建成了。

龙卷风是所有强风中最强暴的一种，近海出现的频率秆高。龙卷风因尺度太小，且其发生概率远低于其他极端风，逼常认为抵御龙卷风设计的结构成本将远高于龙卷风袭击危害的期望损失（损失大小与其发生概率的乘积），故目前所有硅筑规范均不考虑抗龙卷风的设计要求。但在设计那种受损失的后果特别严重而不可逸回的建筑时，则仍应考虑龙卷风的袭击影响。如核电站，对核电站要求结构系统以及附近以安全为重，关键部位需设计成能承受所有自然力的作用而不失其安全性的功能。

有人曾统计过因气象条件造成建筑物破坏的事故，其中台风的破坏力最强，约占92.63%，强风占5.53%，大雨占1.83%，雷暴占0.005%，降雪占0.005%。见一斑可窥全豹，看来风的影响是建筑业中不容忽视的重要因素。