杨讷
上海天华建筑设计有限公司 200233
摘要：高层建筑室外风环境较为复杂，其形态和布局的特征与周围气流运动轨迹有一定的关联性。论文以高层建筑周围风环境形成机理为依据，归纳高层建筑对室外风环境不利影响，从高层建筑形态层面，提出改善建筑风环境的高层建筑形态可操作的优化策略。
关键词：高层建筑；室外不利风环境；形态设计策略
1高层建筑和室外风环境的关系
1.1高层建筑室外风环境的形成
高层建筑阻挡了主要风向的流动，在和高层建筑碰撞时，一部分风越过高层顶部和侧边，流向建筑后部。另外一部分风向下流动，形成下冲风，下冲风风速较快，会对地面人行高度处风环境产生影响，同时形成迎风面涡流区。同时建筑周边不同区域形成了风压差：在迎风面上由于空气流动受阻，速度降低，风的部分动能变为静压，使建筑物迎风面上的压力大于大气压，从而形成正压；在背风面、侧风面（屋顶和两侧）由于气流曲绕过程形成空气稀薄现象，该处压力小于大气压从而形成负压。
高层建筑风根据气流流动方向大体可分为两大类型：分流风和回流风。其中分流风又可分为边角侧风、下冲风、开口部风、穿堂风。回流风又可分为迎风面逆风和风影区涡流。
1.2.1风速加快
由于高层建筑的阻挡，形成了分流风和回流风，一方面改变了气流运动的方向，另一方面提高了风速，成为干扰室外风环境的一个主要因素。
1.2.2气流混乱
大风遇到高层建筑的阻挡，在建筑物的迎风面和背风面会形成一定的回流风，回流风和其他风向的气流混杂在一起，造成局部气流混乱的现象，是影响室外风环境另一个主要因素。
迎风面涡旋是较为常见的回流风。当风遇到高层建筑物时，部分气流会由建筑物上方与两侧加速地绕过去，部分气流碰到建筑物会改变流动方向，沿建筑物的迎风面向下切，在建筑物的前方与迎风面吹来的气流共同作用形成涡旋。
建筑物风影区是垂直于高层外界面气流遇到障碍物后在建筑的背风向一定距离内产生很长的风影区域，风影区的长度相当于建筑高度的15倍左右。在风影区内，风速减小到约为遇到障碍物前风速的一半，且风向改变，形成涡流。这对于炎热干旱地区的夏季及寒冷非潮湿地区室外活动比较理想，但在夏热冬冷湿热地区，风影区会造成一定距离内下风向建筑通风降温及除湿效果不理想。
2高层建筑形态优化设计策略
2.1削弱“边角强风”优化设计策略
边角强风发生在建筑的边角处，会产生涡漩分流的现象，造成建筑物边角两侧有较强的风速。削弱“边角强风”的根本在于通过高层建筑边角的形态优化来弱化气流或者增加表面阻尼。以下是在此基础之上提出的一些优化策略。
2.1.1建筑轮廓圆润化
从弱化气流的角度出发，并且外界微气候环境最小影响程度来说，建筑边界越是圆润，光滑，建筑背风向形成的压力越趋于稳定，边角强风影响程度也就越小。
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高层建筑应具有符合空气动力学的圆弧状轮廓，并尽可能将窄边面向冬季的主导风向或与其成一定的角度。杨经文、罗斯福、福斯特等利用生物气候原理进行设计的建筑师，他们常用的高层平面形式大都呈圆形、椭圆形等。
2.1.2设置遮风构件
为化解高层建筑角部的强气流，增加建筑边角处阻尼，可以在转角部位阳台的角部设置遮风板，可以有效的减弱边角风的强度。另外重视建筑细部的处理。如建筑物的墙面利用、阳台或线脚的凹凸变化等，也可以减弱边角强气流的干扰。
2.1.3扭转的形体
扭转的形体可以引导边角强气流的走向，依附于形体盘旋上升，从而化解了周边的强气流对于建筑的冲击。通过剖面风速模拟，可以看到经过扭转后的形体风速明显小于未扭转的形体，同时，越是表面圆滑，越是能化解边角强风。比较典型的案例是上海中心的形体设计。上海中心位于浦东陆家嘴中心区域，金茂大厦，环球金融中心三者的空间关系形成较大的风压。在风洞试验的技术的支持下，经过多方案的测试、比较和分析，以不同的风向角度与建筑扭转角度为变量，测得风荷载数值，并将之拟合为函数关系曲线。可以得出结论，上海中心的主体部分的扭转可以减小三者之间的风阻影响。具有柔和轮廓的120º的扭转形态不仅具有动态的美感，同时和通常的方椎体相比，还可减少24%的风荷载，不管对于上海中心本身化解边角强风还是和其他两个建筑之间的风环境关系，是比较好的形体选择。
2.1.4切割的形体
根据相关风环境的研究结果显示，折线的切割的方式比直线更能有效的弱化风速，切割的形体能使迎面吹来的强风折向不同的方向，化解气流的过于集中，切割的形体同时也具有一定的导风作用，化解边角强风比较有利。
2.2化解“迎风面涡旋”优化设计策略
化解“迎风面涡旋”的根本在于使位于迎风面的建筑形体呈错落状，来达到缓冲下冲涡旋气流的目的。
2.2.1迎风面为外凸的平面形式
建筑迎风面的平面形式是外凸或者内凹，将会产生不同的涡旋气流走向。如果高层建筑迎风面的平面是外凸的形式，将把更多的高层建筑周围的气流转移开来，化解一部分迎风面涡旋的气流。
2.2.2台阶状形体
为了减小上部风受到高层建筑界面阻挡后下行，对地面及街道造成的影响，高层建筑的形体还可以依据高度做退台处理。相关城市规划法规中规定，沿街建筑高度应依据街道宽度而定，满足一定的比例关系。随着建筑不断增高，形体上应做退台处理，减小高层建筑对街道形成的压抑感。这种退台处理缓解了高层建筑迎风面涡漩气流，下风向的能量，在退台处风力不断的受阻，进而能量不断衰竭。高层上部退台后，街道底部峡谷风力有所减弱，并化解了街道上不利的风环境状况。
2.3减小“建筑物风影区”优化设计策略
建筑风影区平面范围的大小与高层建筑的平面特征、建筑体量高宽比、气流的流向等有关。以下是相应的一些优化策略。
2.3.1倾斜面形体
利用倾斜面造型也是高层建筑体形塑造的常用手段。斜面所带来的动感和韵律感可以使建筑外观舒展、流畅而富有个性。高层建筑高度较高，但是考虑到消防分区的面积要求，标准层平面尺寸相对较为固定，所以利用一定的斜面处理可以减小高层建筑的体量感。倾斜面体形一般采取下大上小，随着高度的增加逐渐减小平面的特点，整个形体的形体形成内收的特征，这样所形成的建筑物风影区范围也相应的减小。
2.3.2贯通的洞口
高层建筑随着高度和宽度的加大，会受到风振效应和背部涡流区等众多不良风环境的影响，为了避免高层建筑由于过于封闭的形体而造成强大气流的互相混合，可以在高层建筑形体处理上预留出贯通整个建筑的洞口，又可称之为“掏空”的处理，化解从正面各个方向吹来的风力，弱化了强风对高层建筑的破坏力，同时也缩减了高层建筑背面风影区的范围，加强了空气的流动。开敞空间的设置也增加了高层建筑公共空间的活力，改善了局部微气候环境。
参考文献
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论文作者:杨讷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/17
标签：高层建筑论文; 气流论文; 形体论文; 建筑论文; 边角论文; 环境论文; 强风论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;