水闸房屋建筑设计中抗风设计研究

于飞

上海颐景建筑设计有限公司 上海 200331

引言

水闸作为围垦工程的主要建筑物，在其设计上需要具备严格的设计要求，严格按照设计规范来进行设计。在国民经济飞速发展的同时，人民的要求已经不仅仅满足于只是对规范的要求，在设计审美上也是需要重点考虑的问题，兼顾美观的同时也能保证结构性安全，是建设设计技术人员重点需要考虑的一个问题。水闸通常为一个独立的单体建筑，如果要在建筑设计过程中考虑其美观性，需要从屋盖、立面门窗以及其外饰等部分来提升，通过其在线条、立面等进行设计。另外，抗风性也是一个不容忽视的问题，本文以笔者亲身参与的项目为案例，探讨针对水闸建筑设计过程中抗风性的设计进行了研究，旨在为同类型项目在设计过程中的注意要点提供一定的参考。

1 项目概况

项目位于某市南桥镇北新村，项目总投资1880.85万元，主要工程为拆除重建节制闸（闸孔净宽6m）1座，配套管理房208.59m2、配电房44.94m2、管理区道路765.86m2、围墙115m，新建内河护岸84m、防汛通道252平方m2，种植陆域绿化1781.95m2。

项目建筑设计主要包括启闭机房、管理用房、配电间及门库，其中：

启闭机房：底层19.43m2，机房层77.12m2，合计96.55m2

管理房：一层111.99m2，二层96.6m2，合计208.59m2。

配电间：单层44.94m2。

门库：单层40.00m2。

总建筑面积合计：390.08m2。

厂区建筑风格将简洁、现代等元素进行重组与穿插，以现代建筑简洁线条组合。设计强调平面的简洁与立面的丰富。简洁明快的风格与精巧、细致的细部设计，摆脱了乏味感，也体现了对新世纪的泵房建筑的展望。色彩与材质上弃轻浮取活跃，来体现其新兴化传统与现代相结合的风貌[1]。

图1 项目建筑设计效果图

2 水闸建筑抗风设计参考标准

《水闸设计规范》（SL265-2001）是项目主要采用的设计规范，其对项目的等级、最大过闸流量都进行了规定，包括5个级别。另外，《建筑建构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）为水闸建筑设计中抗风设计主要参考的标准。根据标准，本项目采用50a的抗风主体结构设计，水闸房屋要求较高的高耸结构、钢木结构，可以适当地提高其重现期，其他的门窗、玻璃幕墙等均采用50a的重现期。

3 设计风荷载的确定

风荷载是建筑设计中受到的主要风压，荷载组合采用风荷载标准来进行设计值的确定，一般取0.6为组合值系数。承重结构荷围栏结构的计算是风荷载标准值的主要计算方式，在另外考虑高度变化系数、风振系数以及体型系数来进行计算，取值均可以通过《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中来进行选取。项目中，风压通过统计52年一遇的10min最大风速标准来确定，高度需要选取10m高度[2]。

通常情况下，确定项目所在地的基本风压主要根据当地最大风速资料以及查询《全国基本风压标准值表》《全国基本风压分布图》所得，采用W0=V20/1600来计算，为准确起见，项目同时采用两种方法来进行取得，并对数值进行比较，具体如下表所示。

表1 项目区域基本风压比较表（50a一遇）kPa

通过上表可知，该区域查询全国基本风压结果与计算的风压值情况相当，台风在最大风速风压计算下小于前面两者的值，因此，项目的取值重点参考全国基本风压表以及计算的风压取值，项目从最不利因素考虑，最终选择计算的风压取值1.52为项目风压值。

4 项目屋面建筑抗风设计

通常，雪载、施工负载等是屋面建筑设计过程中重点考虑的问题，往往风的因素缺考虑较少，项目由于其位置的独特性，处于沿海区域在大风下会使得屋面装饰物脱落或者屋面局部被破坏的可能性，应重点考虑抗风因素[3]。

4.1 不同屋面形状受到的风压影响

坡屋面通常会用于水闸房屋，就其抗风性能来说，要好于普通的屋面。坡屋面的屋脊形状可以很好地对吸力峰值进行缓解，不同的屋面转角度数也会呈现出不同的抗风性能，如坡面倾角为19℃的屋面则会比45℃的效果抵抗能力增加50%。调研国内不同的遭受破坏的屋面结构，屋面转角、屋脊等区域均破坏较严重，因此针对水闸建筑的抗风设计需要重点考虑屋面形状及其结构形式，兼顾悬挑长度、前缘外形等，在风压1.52kpa下有较好的抗风性能。

4.2 针对女儿墙的屋面风压分布影响分析

针对女儿墙的抗风影响分析，低矮的女儿墙与较高女儿墙在1m临界高度下进行对比，较高的女儿墙可以很好地缓解屋面转角的吸力，对风压进行平均受力，减少局部受力而使得墙体遭到破坏，因此针对项目的女儿墙高度应该适当（高于1m），减少风压和负压峰值。

4.3 针对屋面建筑的抗风设计

图2 屋面建筑设计示意图

通过屋面抗风性能的分析，针对水闸房屋在设计上需要重 点对屋檐、屋脊以及屋面转角等高受力部分进行设计，对这些部分进行构件加固，采用现浇施工来处理屋面与混凝土区域，对屋壁以及屋顶之间采用全封闭处理，尽可能使用四坡屋面来进行房屋屋面设置，禁止采用挂瓦构造设计形式，在施工过程中可以对屋面进行粗糙度处理，降低风吸力，女儿墙需要保持在1m以上高度，通过屋顶进行分离涡流，起到对屋顶进行负压峰值降低的效果[4]。

5 项目房屋门窗抗风设计研究

5.1 门窗设计中抗风能力分析

针对水闸房屋建筑的门窗设计需要重点考虑抗风的能力。门窗的抗风能力一般通过抗风压、水密性、隔音性能以及气密性来进行评价。

抗风压性能同样是水闸房屋建筑需要首先考虑的问题，项目门窗构件需要在允许的变形范围内设计，在这种情况下，衍生出对窗型以及门窗材料、框体材料的选取。其中门窗材料一般选用的是玻璃材料，本项目通过参考《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113-2003）来设计出在不同风荷载标准值下玻璃材料、面积选用。以区域内同类型项目为例，如果门窗采用四边的支撑玻璃，厚度取7mm，基本风压取1.52kpa，阵风系数取1.53，体型系数取0.8，风压高度变化系数取1.52，通过以上数据计算出的风荷载标准值为2.3kPa，参考风荷载值计算结果，项目选用的玻璃如下表所示。

表2 玻璃选用相关参数

在确定门窗材料的的基础上，另外考虑的就是窗体材料以及门窗密封性能的因素了。通常，框窗的缝隙以及是决定密封性的主要因素，调研市场窗体情况，钢制门窗、铝合金门窗以及塑钢类门窗是主要的框体材料，如果在沿海城市的门窗设计进行考虑，需要兼顾抗风能力以及海水盐雾的影响情况，不同类型的门窗在抗风性能、气密性、水密性以及保温节能等方面有不同的优缺点，总体来看，塑钢类型的门窗由于其具备PVC型材和空腔内增强型钢，进行硅胶加橡胶进行密封，在隔热、气密性、水密性以及节能环保上均优于铝合金门窗。

5.2 门窗建筑的抗风能力设计

门窗建筑上抗风设计考虑框体材料、面体材料以及开启方式等因素，框体材料优先使用塑钢门窗，PVC型材厚度需要控制在3mm作用，用优质钢进行腔体衬金，控制厚度在1.5～2.5mm之间，面体上根据计算出的玻璃风荷载取值来进行设计。开启方式上设计为平开式，再添加优质橡胶材料来进行抗雨水性、密封性等。

在开启窗口上设计挡水批条，可以有效减少雨水渗漏，对于框边高度的需要重点加高，设置有排水槽，进一步减少雨水的入渗，考虑到台风的影响，项目还需要在门窗外侧增加备用副框并且对门窗洞口进行封闭处理。

6 结束语

抗风能力的设计是针对水闸房屋建筑设计项目中重点考虑的一个因素，房屋在不同区域需要设计出能够抵抗区域内最大风载的结构、材料，进行理论与实践相结合，并且提出适应区域气候变化的水闸建筑是抗风能力设计的关键。