选址规划、建筑形态、结构系统、围护结构、细部构造等多个层面进行系统性的考虑。以下是一些关键的融入细节:
一、 选址与场地规划
利用地形地貌:- 避风选址: 尽可能选择背风坡、山坳或已有天然屏障(如树林、山丘、其他建筑物)的下风向位置,避开风口、山脊、开阔地等风力强劲区域。
- 创造风障: 在场地内规划种植高大、根系发达的常绿防风林带(注意距离建筑足够远,避免树倒砸伤),或利用地形(如堆土坡)来削弱风速。
建筑群布局:- 错列式布局: 避免建筑排成“风道”,采用错列或点式布局,减少风在建筑间的加速效应。
- 高度梯度: 在建筑群中,较低的建筑应布置在上风向,较高的建筑布置在下风向,形成平缓的高度过渡,避免高大建筑在背风面产生强烈的涡流和下降风。
入口与通道:- 主要入口尽量避开主导风向,或设置门斗、防风门廊作为缓冲空间。
- 场地内道路和步行通道的走向也应考虑减少强风直吹。
二、 建筑形态与体型设计
流线型体型:- 减少风阻: 避免采用复杂的凹凸造型和尖锐的转角。优先选择圆形、椭圆形、多边形或带有圆角的平面和立面设计,引导风平滑流过,减少风压和涡流脱落。
- 锥形或退台设计: 高层建筑可采用向上逐渐收分的锥形或退台设计,有效降低顶部的风荷载和风致振动。
屋顶设计:- 坡屋顶优于平屋顶: 坡屋顶(尤其是四坡屋顶/庑殿顶)比平屋顶更能有效导风,减少风的上举力(风吸力)。避免采用大跨度、大悬挑的平屋顶。
- 坡度选择: 坡屋顶的坡度需仔细考虑。过陡的坡度可能增加迎风面的风压,过缓则容易产生较大的负压(吸力)。通常在20-30度之间是一个相对平衡的选择,需结合具体风环境计算。
- 减少突出物: 尽量减少女儿墙、大型装饰构架、烟囱等屋顶突出物的高度和迎风面积。必须设置时,应进行加固或设计成透风形式。
立面开洞与挑出构件:- 门窗洞口分布: 避免在迎风面设置大面积连续的玻璃幕墙或洞口。合理分散开洞,并考虑设置防风板或可关闭的百叶。
- 控制悬挑: 阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件的长度需严格控制,并进行抗风掀计算。可考虑:
- 减小悬挑长度。
- 增加结构强度(如更粗的挑梁、斜撑)。
- 在悬挑板底部设置透风格栅,允许部分风流过,降低上下表面的压差(吸力)。
- 采用轻质材料减轻自重。
三、 结构系统设计
整体性与刚性:- 箱型结构概念: 设计应追求形成一个刚性的“盒子”。楼板(尤其是屋顶和底层)应具有足够的平面内刚度,能有效传递水平力(风荷载)。
- 抗侧力体系: 精心设计剪力墙、支撑框架、核心筒等抗侧力系统,确保其能可靠地抵抗来自各个方向的风荷载。布置要均匀对称。
- 冗余设计: 考虑关键构件失效时的荷载传递路径(冗余度),避免单一构件失效导致整体倒塌。
连接节点:- 锚固是关键: 这是防风设计的重中之重!所有主要结构构件之间的连接点必须进行抗风设计,特别是:
- 基础与柱/墙: 可靠的锚栓连接,抵抗拔力和剪力。
- 柱/墙与梁: 刚接或可靠铰接。
- 梁与楼板/屋面板: 足够的连接件(如栓钉、焊接、专用连接件),确保楼板能传递水平力。
- 屋架/桁架与墙体/柱: 必须使用抗风连接件/飓风夹,防止屋顶被整体掀飞。这是木结构和轻钢结构在风灾中最常见的破坏点。
圈梁与构造柱(砖混/砌体结构):- 在每层楼板(或窗台)标高处设置封闭的钢筋混凝土圈梁,在转角、纵横墙交接处设置构造柱,形成约束边框,极大提高砌体结构的整体性和抗倒塌能力。
四、 围护结构设计
外墙:- 材料选择与固定: 选择强度高、耐久性好的外墙材料。重点关注固定方式:
- 幕墙系统:确保预埋件、连接件、面板的强度和变形能力满足抗风要求,面板固定点数量足够。
- 金属板/复合板墙面:加密檩条/龙骨间距,增加自攻螺钉/铆钉的数量和强度等级。
- 砌体/预制墙板:与主体结构可靠拉结。
门窗:- 抗风压性能: 选择符合当地风荷载要求的高抗风压等级门窗。关注型材截面强度、型材壁厚、五金件(尤其是锁点和铰链)的承载能力。
- 玻璃安全: 在强风区,特别是高层和大面积玻璃,应使用夹层玻璃。即使破碎,碎片也能粘在中间的PVB膜上,防止飞溅伤人,并维持一定的完整性阻挡风雨。
- 固定与密封: 门窗框与墙体洞口必须牢固固定(不能仅靠发泡胶),使用膨胀螺栓或预埋件。周边缝隙用耐候密封胶严密填封,防止渗水和风压破坏。
- 可开启扇设计: 限制大面积可开启扇,或采用内开、上悬等受风压影响较小的开启方式。提供可靠的锁定装置。
屋面系统:- 材料选择: 选择抗风揭性能好的屋面材料(如经过认证的沥青瓦、金属瓦、锁缝金属板、混凝土瓦、TPO/PVC卷材系统等)。
- 关键在固定:
- 沥青瓦: 严格按照规范要求的钉法(数量、位置)施工,在檐口、屋脊、山墙等边缘区域加倍固定或使用专用胶粘。
- 金属板: 采用高肋、锁缝设计的系统,固定支座(夹子)的间距和强度至关重要。边缘和角部重点加固。
- 卷材: 满粘或机械固定,边缘和收口处压实密封。
- 檐口与屋脊: 这些部位是风掀破坏的高发区,需特别加强固定和密封处理。
五、 细部构造与附属设施
檐沟与落水管:- 确保牢固安装在结构构件上,能承受风荷载和积水重量。大型檐沟内部可考虑设置抗风支架。
通风口与百叶:- 选择防风设计的通风口(如带防风罩的屋顶通风器、防雨百叶)。固定百叶需有足够的强度和固定点。可开启百叶需有锁定装置。
室外设备:- 空调室外机、太阳能板、卫星天线等必须牢固锚固在结构楼板或承重墙上,不能仅靠屋面。设计专门的支架系统,并考虑风荷载。
管道穿墙/屋面:- 所有管道(电线、通风管、水管)穿越外围护结构时,洞口必须密封严实,防止风灌入破坏室内气压平衡(导致屋顶被吸起或门窗被吹开)。
六、 维护与检查
定期检查屋面、外墙、门窗、锚固点、室外设备支架等是否有松动、锈蚀、破损,及时维修更换。
保持排水系统(檐沟、落水管)畅通,防止积水增加荷载。
风暴来临前,关闭并锁好门窗,收起或固定好室外活动构件(遮阳篷、活动百叶等)。
总结来说,建筑防风设计是一个系统工程:
- 宏观上: 巧妙利用场地,优化形体,减少风荷载。
- 中观上: 设计坚固可靠的整体结构体系和抗侧力系统。
- 微观上: 重中之重是确保所有连接节点(特别是屋顶与墙体的连接)和围护结构(特别是门窗、屋面板、外墙板)的锚固强度与气密性。一个微小的连接失效或缝隙,都可能在强风下引发连锁破坏。
将防风理念贯穿于设计的全过程,关注上述细节,才能有效提升建筑物抵御强风侵袭的能力,保障生命财产安全。在强风频发地区,应严格遵守当地的建筑抗风设计规范,必要时进行风洞试验或计算流体动力学模拟以优化设计。