水閘房屋建筑設計中抗風設計研究

于飛

上海頤景建筑設計有限公司 上海 200331

引言

水閘作為圍墾工程的主要建筑物，在其設計上需要具備嚴格的設計要求，嚴格按照設計規范來進行設計。在國民經濟飛速發展的同時，人民的要求已經不僅僅滿足于只是對規范的要求，在設計審美上也是需要重點考慮的問題，兼顧美觀的同時也能保證結構性安全，是建設設計技術人員重點需要考慮的一個問題。水閘通常為一個獨立的單體建筑，如果要在建筑設計過程中考慮其美觀性，需要從屋蓋、立面門窗以及其外飾等部分來提升，通過其在線條、立面等進行設計。另外，抗風性也是一個不容忽視的問題，本文以筆者親身參與的項目為案例，探討針對水閘建筑設計過程中抗風性的設計進行了研究，旨在為同類型項目在設計過程中的注意要點提供一定的參考。

1 項目概況

項目位于某市南橋鎮北新村，項目總投資1880.85萬元，主要工程為拆除重建節制閘（閘孔凈寬6m）1座，配套管理房208.59m2、配電房44.94m2、管理區道路765.86m2、圍墻115m，新建內河護岸84m、防汛通道252平方m2，種植陸域綠化1781.95m2。

項目建筑設計主要包括啟閉機房、管理用房、配電間及門庫，其中：

啟閉機房：底層19.43m2，機房層77.12m2，合計96.55m2

管理房：一層111.99m2，二層96.6m2，合計208.59m2。

配電間：單層44.94m2。

門庫：單層40.00m2。

總建筑面積合計：390.08m2。

廠區建筑風格將簡潔、現代等元素進行重組與穿插，以現代建筑簡潔線條組合。設計強調平面的簡潔與立面的豐富。簡潔明快的風格與精巧、細致的細部設計，擺脫了乏味感，也體現了對新世紀的泵房建筑的展望。色彩與材質上棄輕浮取活躍，來體現其新興化傳統與現代相結合的風貌[1]。

圖1 項目建筑設計效果圖

2 水閘建筑抗風設計參考標準

《水閘設計規范》（SL265-2001）是項目主要采用的設計規范，其對項目的等級、最大過閘流量都進行了規定，包括5個級別。另外，《建筑建構可靠度設計統一標準》（GB50068-2001）、《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）為水閘建筑設計中抗風設計主要參考的標準。根據標準，本項目采用50a的抗風主體結構設計，水閘房屋要求較高的高聳結構、鋼木結構，可以適當地提高其重現期，其他的門窗、玻璃幕墻等均采用50a的重現期。

3 設計風荷載的確定

風荷載是建筑設計中受到的主要風壓，荷載組合采用風荷載標準來進行設計值的確定，一般取0.6為組合值系數。承重結構荷圍欄結構的計算是風荷載標準值的主要計算方式，在另外考慮高度變化系數、風振系數以及體型系數來進行計算，取值均可以通過《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）中來進行選取。項目中，風壓通過統計52年一遇的10min最大風速標準來確定，高度需要選取10m高度[2]。

通常情況下，確定項目所在地的基本風壓主要根據當地最大風速資料以及查詢《全國基本風壓標準值表》《全國基本風壓分布圖》所得，采用W0=V20/1600來計算，為準確起見，項目同時采用兩種方法來進行取得，并對數值進行比較，具體如下表所示。

表1 項目區域基本風壓比較表（50a一遇）kPa

通過上表可知，該區域查詢全國基本風壓結果與計算的風壓值情況相當，臺風在最大風速風壓計算下小于前面兩者的值，因此，項目的取值重點參考全國基本風壓表以及計算的風壓取值，項目從最不利因素考慮，最終選擇計算的風壓取值1.52為項目風壓值。

4 項目屋面建筑抗風設計

通常，雪載、施工負載等是屋面建筑設計過程中重點考慮的問題，往往風的因素缺考慮較少，項目由于其位置的獨特性，處于沿海區域在大風下會使得屋面裝飾物脫落或者屋面局部被破壞的可能性，應重點考慮抗風因素[3]。

4.1 不同屋面形狀受到的風壓影響

坡屋面通常會用于水閘房屋，就其抗風性能來說，要好于普通的屋面。坡屋面的屋脊形狀可以很好地對吸力峰值進行緩解，不同的屋面轉角度數也會呈現出不同的抗風性能，如坡面傾角為19℃的屋面則會比45℃的效果抵抗能力增加50%。調研國內不同的遭受破壞的屋面結構，屋面轉角、屋脊等區域均破壞較嚴重，因此針對水閘建筑的抗風設計需要重點考慮屋面形狀及其結構形式，兼顧懸挑長度、前緣外形等，在風壓1.52kpa下有較好的抗風性能。

4.2 針對女兒墻的屋面風壓分布影響分析

針對女兒墻的抗風影響分析，低矮的女兒墻與較高女兒墻在1m臨界高度下進行對比，較高的女兒墻可以很好地緩解屋面轉角的吸力，對風壓進行平均受力，減少局部受力而使得墻體遭到破壞，因此針對項目的女兒墻高度應該適當（高于1m），減少風壓和負壓峰值。

4.3 針對屋面建筑的抗風設計

圖2 屋面建筑設計示意圖

通過屋面抗風性能的分析，針對水閘房屋在設計上需要重 點對屋檐、屋脊以及屋面轉角等高受力部分進行設計，對這些部分進行構件加固，采用現澆施工來處理屋面與混凝土區域，對屋壁以及屋頂之間采用全封閉處理，盡可能使用四坡屋面來進行房屋屋面設置，禁止采用掛瓦構造設計形式，在施工過程中可以對屋面進行粗糙度處理，降低風吸力，女兒墻需要保持在1m以上高度，通過屋頂進行分離渦流，起到對屋頂進行負壓峰值降低的效果[4]。

5 項目房屋門窗抗風設計研究

5.1 門窗設計中抗風能力分析

針對水閘房屋建筑的門窗設計需要重點考慮抗風的能力。門窗的抗風能力一般通過抗風壓、水密性、隔音性能以及氣密性來進行評價。

抗風壓性能同樣是水閘房屋建筑需要首先考慮的問題，項目門窗構件需要在允許的變形范圍內設計，在這種情況下，衍生出對窗型以及門窗材料、框體材料的選取。其中門窗材料一般選用的是玻璃材料，本項目通過參考《建筑玻璃應用技術規程》（JGJ113-2003）來設計出在不同風荷載標準值下玻璃材料、面積選用。以區域內同類型項目為例，如果門窗采用四邊的支撐玻璃，厚度取7mm，基本風壓取1.52kpa，陣風系數取1.53，體型系數取0.8，風壓高度變化系數取1.52，通過以上數據計算出的風荷載標準值為2.3kPa，參考風荷載值計算結果，項目選用的玻璃如下表所示。

表2 玻璃選用相關參數

在確定門窗材料的的基礎上，另外考慮的就是窗體材料以及門窗密封性能的因素了。通常，框窗的縫隙以及是決定密封性的主要因素，調研市場窗體情況，鋼制門窗、鋁合金門窗以及塑鋼類門窗是主要的框體材料，如果在沿海城市的門窗設計進行考慮，需要兼顧抗風能力以及海水鹽霧的影響情況，不同類型的門窗在抗風性能、氣密性、水密性以及保溫節能等方面有不同的優缺點，總體來看，塑鋼類型的門窗由于其具備PVC型材和空腔內增強型鋼，進行硅膠加橡膠進行密封，在隔熱、氣密性、水密性以及節能環保上均優于鋁合金門窗。

5.2 門窗建筑的抗風能力設計

門窗建筑上抗風設計考慮框體材料、面體材料以及開啟方式等因素，框體材料優先使用塑鋼門窗，PVC型材厚度需要控制在3mm作用，用優質鋼進行腔體襯金，控制厚度在1.5～2.5mm之間，面體上根據計算出的玻璃風荷載取值來進行設計。開啟方式上設計為平開式，再添加優質橡膠材料來進行抗雨水性、密封性等。

在開啟窗口上設計擋水批條，可以有效減少雨水滲漏，對于框邊高度的需要重點加高，設置有排水槽，進一步減少雨水的入滲，考慮到臺風的影響，項目還需要在門窗外側增加備用副框并且對門窗洞口進行封閉處理。

6 結束語

抗風能力的設計是針對水閘房屋建筑設計項目中重點考慮的一個因素，房屋在不同區域需要設計出能夠抵抗區域內最大風載的結構、材料，進行理論與實踐相結合，并且提出適應區域氣候變化的水閘建筑是抗風能力設計的關鍵。