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凯里市风灾防灾减灾工程体系构建与实践研究

张贝尔 陈豪
  
工程技术探索
2026年2期
重庆科技大学土木工程学院 重庆 401331

摘 要:本文以贵州省凯里市为对象,分析其风灾类型、成因及影响。研究表明,凯里市主要遭受雷暴大风、下击暴流和季风性强风侵袭,其成因与区域气候、地形及城市化导致的局地环流变化密切相关。基于历史灾情数据,评估风灾对建筑、基础设施及生态环境的危害,并构建含工程性与非工程性措施的综合防灾体系。实证分析显示,该体系能有效降低风灾风险,但仍存在预警时效不足、标准不统一等问题。据此提出优化监测网络、制定差异化防风标准等建议,以提升凯里市防灾能力,并为西南山区城市风灾防控提供参考。

关键词:下击暴流;防灾减灾;工程方法

低矮建筑风致破坏是风灾中人员伤亡和财产损失的主要原因[1]。气候变化加剧使风灾对城市安全构成严峻挑战。凯里市位于贵州苗岭山区,风灾具有局地性强、突发性高、破坏力大的特点。当地传统低矮建筑(如苗族吊脚楼)抗风能力较弱,因门窗破坏导致内外压共同作用易引发倒塌[2],强风频发不仅损失严重[3],还对文化遗产和旅游业造成冲击。结构强度、地理与风场特性等均为致灾因素[4]。开展凯里市风灾研究,既可为城市防灾提供科学支撑,又可优化本地体系并为山区城市提供经验。本文以凯里市为案例,综合运用文献、调研与案例分析,评估防灾措施效果,为提升同类城市风灾防御能力提供依据。

1 凯里市风灾特征与成因分析

1.1风灾类型与特征

凯里市风灾类型多样且特征鲜明。冬春季节转换阶段,蒙古-西伯利亚冷高压与低纬暖湿气流在云贵高原交汇,催生持续性季风环流,作用于凯里市形成季风型大风,其风速常稳定在5-7级区间,持续时长可达3-5天。因影响范围广、持续周期长,易引发建筑屋顶瓦片滑移、木构建筑节点松动等病害,对苗族吊脚楼这类传统建筑的耐久性构成长期累积性损耗。夏季午后,地表受热不均驱动强烈对流运动,促使雷暴云团生成,云团内下沉气流冲击地面,诱发强对流短时强风,风力峰值可达8-10级,持续时间多介于30分钟至2小时。此类风灾突发性突出、瞬时破坏力极强,可快速掀翻临时工棚、摧毁建筑外挑构件,对人员密集的老旧居民区形成高威胁态势。

图1 强对流短时强风实况图

1.2风灾形成机制

凯里市风灾的形成机制受气候系统与地形动力双重驱动。气候上,冬春季东亚季风与高原热力环流叠加形成强水平气压梯度,驱动季风型大风;夏季强地表热辐射触发局地对流,为短时强风提供能量。研究指出,低矮房屋屋面角部、边缘、屋脊等部位局部风压远高于平均风压(吸力),这是这些部位在风灾中易损的主要原因。凯里市建筑环境呈“传统吊脚楼 + 现代低矮民居”的二元结构,建筑密度与布局差异显著。密集建筑群一方面改变近地面风场,诱发下冲气流与涡旋;另一方面通过建筑-风场相互作用放大局部风荷载并产生持续扰动,最终造成风灾破坏的级联放大效应。

2 凯里市风灾防灾减灾方法体系

在工程防灾方法方面,凯里市采取了系统性的建筑抗风设计与加固措施。对于新建建筑,严格执行《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012),并针对当地风灾特征优化建筑体型系数。

图2 凯里市被强风破坏的鼓楼

在工程防灾方面,凯里市针对不同建筑采取差异化加固策略:传统吊脚楼采用钢-木混合结构并增设钢制耗能节点;现代民居采用框架-剪力墙结构。木构建筑通过防腐处理、碳纤维布加固和节点修复提升抗风能力,砖混建筑增设圈梁、构造柱和钢筋网面层。同时建设“乔-灌-草”复合防风林带,可降低风速 15%-30% 。

基础设施方面,电力通信设施采用预应力混凝土杆和空间桁架结构,交通设施使用SMC标识牌并设置防风缓冲带。在监测预警方面,凯里市布设15个高精度自动气象站,结合雷达与卫星数据,构建1公里网格精度的立体监测网络,实现风场实时监测。同时建立橙色及以上预警时自动触发景区关闭、工地停工等应急联动措施,有效提升响应效率。

3 凯里市风灾案例分析与风险评估

3.1风险评估模型构建

本研究基于”风险等于致灾因子危险性 × 承灾体脆弱性 × 暴露性”的综合评估模型,构建了凯里市风灾风险评估体系。首先,在致灾因子危险性评估方面,通过分析气象站历史监测数据,采用极值分布理论对风速、持续时间等关键参数进行概率拟合,建立风灾强度概率模型。其次,针对承灾体脆弱性评估,研究构建了不同类型建筑(包括木构、砖混、钢混等结构)的脆弱性曲线,并结合建筑加固情况,量化不同风速条件下的损毁概率。最后,在暴露性评估环节,通过统计受灾区域内的建筑数量、人口密度及经济产值等指标,系统量化承灾体的暴露程度

3.2防灾减灾方法应用效果评估

工程方法效果评估结果表明,各项抗风工程措施均取得显著成效。在建筑抗风方面,实施加固措施后的苗族吊脚楼损毁率降至 8% ,较未加固建筑的 35% 损毁率大幅降低;采用框架-剪力墙结构的新建民居损毁率仅为2% ,远低于老旧砖混结构 22% 的损毁率,充分证明钢-木混合结构与框架-剪力墙结构在抗风性能上的优越性。基础设施改造方面,预应力混凝土电线杆的倒伏率控制在 5% ,较普通电线杆降低20个百分点。这些数据为凯里市风灾防御体系的持续优化提供了有力支撑。

结论

凯里市风灾受地形与天气系统影响,具局地性、突发性强等特点,对建筑、生态和居民生活造成多方面危害。现有工程与非工程措施在2023年雷暴风灾中发挥了积极作用,降低了损失,但仍存在建筑加固、林带建设、预警覆盖和部门协同等不足。需进一步提升防灾减灾综合能力,为同类山区城市提供更有效的实践路径。

参考文献

[1]富春伟.低矮建筑风荷载的数值模拟研究[D].浙江大学,2018.

[2]樊友川,顾明,全涌.低矮开洞建筑风致内压试验研究 [J]. 灾害学,2010,25(S1):362.

[3]吴凤波,冀骁文,黄国庆,等.基于简化渐进破坏的低矮房屋围护结构风致易损性分析[J].建筑结构学报,2021,42(05):32-39.DOI:10.14006/j.jzjgxb.2019.0199.

[4]黄建平.低矮房屋风效应的实测与分析[D].湖南大学,2011.

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