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摘要：本文主要針對(duì)高層建筑環(huán)境的特點(diǎn)，從自然環(huán)境因素對(duì)高層建筑的影響及高層建筑對(duì)環(huán)境的影響來(lái)討論高層建筑中的環(huán)境問(wèn)題。...

高層建筑中的環(huán)境問(wèn)題

姚乃怡1  晏遠(yuǎn)見2

(1．西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院710054西安；2．西安市規(guī)劃局  710082西安)

    由于近代城市的不斷發(fā)展，城市用地與建筑之間的矛盾日益尖銳，這就必然會(huì)引起向空中爭(zhēng)奪空間的問(wèn)題，高層建筑就因此發(fā)展起來(lái)。隨著高層建筑的不斷發(fā)展和使用，高層建筑與其環(huán)境的問(wèn)題已經(jīng)受到人們的普遍重視。在許多國(guó)家中，這個(gè)問(wèn)題已成為建筑科學(xué)的一個(gè)重要研究課題。

    影響建筑的環(huán)境因素有自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、人文環(huán)境。本文就以人為主體的建筑環(huán)境中，日照、風(fēng)和噪聲對(duì)建筑中的主體——人的影響加以綜述。

1、日照對(duì)高層建筑及周圍環(huán)境的影響

    高層建筑高聳于空中一般都無(wú)遮擋，白天日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射熱量大，處于不同高度、不同方位的房間，受太陽(yáng)輻射各不相同，致使空調(diào)負(fù)荷時(shí)刻變化，冷暖氣的調(diào)節(jié)比較困難。

    陽(yáng)光過(guò)多的進(jìn)入室內(nèi)，會(huì)引起眩光和增加室內(nèi)溫度，選擇合理的房間朝向或采用室內(nèi)、外遮陽(yáng)裝置都可避免這一現(xiàn)象。此外還可用吸熱玻璃、熱反射玻璃等作為保溫隔熱的圍護(hù)材料，但高反射玻璃的外表層內(nèi)，有一層能反射的金屬粒子，能反射掉30％的輻射長(zhǎng)波，把熱量散發(fā)到它鄰近的建筑和人身上，使氣溫升高l0-15℃，較大地影響了建筑物周圍的小氣候。

    高層建筑在日照下的落影很大，對(duì)落影區(qū)內(nèi)的建筑物、廣場(chǎng)和道路等都有影響，危害周圍人的生活和工作環(huán)境，早已引起人們的重視。不少國(guó)家對(duì)建筑高度進(jìn)行限制，以控制落影面保證周圍環(huán)境的日照。此外，對(duì)于一些鄰街的高層建筑外立面裝飾采用玻璃幕墻，因其對(duì)陽(yáng)光的高反射和對(duì)周圍街景的反映，造成對(duì)汽車駕駛員視覺(jué)的干擾，而發(fā)生的交通事故，也正在被人們認(rèn)識(shí)和引起重視。

2、風(fēng)對(duì)高層建筑及其周圍環(huán)境的影響

    風(fēng)速是隨高度的增加而增大。據(jù)有關(guān)的風(fēng)荷載的規(guī)范初步換算；在離地面50、100、200米高度處，其風(fēng)力分別比離地面10米處增加l、2、3級(jí)。處于風(fēng)流場(chǎng)中的高層建筑，由于風(fēng)速、風(fēng)向和周圍氣流的變化，它的各個(gè)面都受到不同變化著的壓力，有正壓和負(fù)壓，使高層建筑產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生緩慢的偏移和圍繞偏移位置的振動(dòng)。這種振動(dòng)能使主體結(jié)構(gòu)開裂，玻璃等圍護(hù)結(jié)構(gòu)和突出墻面的裝飾物遭到損壞，使建筑材料發(fā)生疲勞、失穩(wěn)而破壞。建筑物不停地振動(dòng)，致使居住者、工作者感到不適。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雖然風(fēng)已不再成為建造高層建筑的障礙，但如何減少建筑物的振動(dòng)，滿足使用者的舒適度是人們一直研究的課題。

    在高層建筑中，因風(fēng)荷載而影響人體舒適的因素大致有以下幾個(gè)方面：

    振幅：根據(jù)調(diào)查，某些頻率時(shí)的振幅會(huì)造成人體不適，其振幅的明確界限還沒(méi)有人提出。美國(guó)的達(dá)文波特以加速度值0.001—0.01g作為振動(dòng)允許值的大致標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)周期為4秒的40層建筑物的允許振幅為4-40毫米。這種振動(dòng)的允許值雖以加速度表示，但要隨周圍建筑物的種類和用途變化，嚴(yán)格規(guī)定是很困難的。

    頻率：人體或其它內(nèi)部器官隨振動(dòng)發(fā)生共振也會(huì)造成不適感。處于不同姿勢(shì)的人體，其自然頻率如下：

    縱向：作為整體<2，坐著4-6，站著5-12，眼球60-90；

    切線方向：作為整體3-5，坐著2-3，站著1.2-2。

    二十世紀(jì)五十和六十年代發(fā)展起來(lái)的人體舒適準(zhǔn)則是以每秒一次以上的各種頻率為基礎(chǔ)。美國(guó)F。K張?jiān)诶碚撋贤茢嗔说皖l范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，推薦了下列舒適度：

    其中沒(méi)有把振動(dòng)的久暫考慮在內(nèi)，因?qū)嶋H的振動(dòng)時(shí)間都超過(guò)5秒。已不再影響人體的反應(yīng)。

    其中9=9.80m／s2為重力加速度

    速度與加速度，人不會(huì)直接感到速度，有時(shí)能間接感到。如在高速運(yùn)動(dòng)中，人所以感到速度，實(shí)際是風(fēng)壓引起的。因此，在高層建筑中，使用者不會(huì)有直接的速度感。但當(dāng)速度不斷改變時(shí)，人體就能明顯感到，無(wú)論水平或垂直方向的加速或減速都會(huì)引起不適感。

    加速度變動(dòng)率：人體為了保持加速度引起的平衡要本能地進(jìn)行調(diào)節(jié)，加速度不斷變化，就要不斷調(diào)節(jié)，這樣不斷地顛簸、搖晃，也使人感到不適。詹尼威的調(diào)查認(rèn)為。從1-6次／秒頻率的加速度變動(dòng)率即能引起人們的不舒適感。

    根據(jù)F.K張的理論，設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，可從以下五個(gè)方面衡量人體的舒適度：

    (1)通常采用的振動(dòng)周期4-10秒；

    (2)方向：只考慮水平方向；

    (3)舒適范圍：覺(jué)察出，但還不煩燥；

    (4)姿勢(shì)：站、坐、躺；

    (5)久暫程度：陣風(fēng)。

    在美國(guó)、日本等國(guó)對(duì)已建成的高層建筑作過(guò)許多調(diào)查測(cè)定，證明因風(fēng)荷載而影響人體舒適的程序是完全可以控制的。

    為了有效地抵抗側(cè)向荷載和控制頂部偏移，在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制高寬比和加大進(jìn)深。

    除了風(fēng)對(duì)高層建筑本身的種種影響外，對(duì)其周圍環(huán)境亦有一定影響。風(fēng)碰到高層建筑，分別在它的左右上下穿過(guò)。經(jīng)過(guò)上面及左右兩側(cè)穿過(guò)的風(fēng)，因氣流的收縮而產(chǎn)生負(fù)壓，隨之出現(xiàn)渦流。在渦流區(qū)內(nèi)如有其它建筑，會(huì)受到更復(fù)雜的風(fēng)力環(huán)境的影響。根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，在水平氣流影響較小的情況下，渦流范圍隨建筑物高度增加而增大，渦流長(zhǎng)度接近于建筑物高度的4-5倍。

    當(dāng)風(fēng)遇到高層建筑阻擋時(shí)，除大部分向上和兩側(cè)穿過(guò)外，還有部分向下帶到地面，再?gòu)?qiáng)行分向左右兩側(cè)穿過(guò)建筑物，這種高層建筑周圍的地面風(fēng)流，除影響到附近的低層建筑外，還會(huì)給附近的行人造成不舒適的環(huán)境，使大樓出入口處常產(chǎn)生大風(fēng)流。建筑之間的空隙處，風(fēng)速增大，拐角處出現(xiàn)旋風(fēng)，建筑越高，這種現(xiàn)象越明顯。英國(guó)曾發(fā)生高層建筑附近的風(fēng)將老人刮到而致死的故事。

    在若干高層建筑之間的地區(qū)，對(duì)風(fēng)力環(huán)境的控制更加困難，影響亦更加復(fù)雜，因此在進(jìn)行城市規(guī)劃的外部空間環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)建筑物的高度及其與建筑的關(guān)系，應(yīng)有全面的考慮，對(duì)底層架空式廣場(chǎng)或局部架空式廊道等的設(shè)計(jì)應(yīng)慎重，以免有架空部位形成巨大風(fēng)速，造成使用不便。

3、噪聲與高層建筑

    高層建筑本身有一些不可避免的特有噪聲，如為了解決垂直交通運(yùn)輸?shù)碾娞荩�在它啟�?dòng)時(shí)和停靠時(shí)都會(huì)產(chǎn)生噪聲；為控制室內(nèi)溫濕度和創(chuàng)造良好的空氣條件采用的暖通和空調(diào)系統(tǒng)，在工作時(shí)機(jī)器設(shè)備和管道發(fā)出的噪聲；在高層住宅和旅館中，有大量的廁所、浴室和廚房，這些設(shè)施的管道及給排水的提升加壓設(shè)備等也帶來(lái)噪聲等。對(duì)于噪聲的控制，除了設(shè)備本身的改進(jìn)外，在建筑方面注意電梯設(shè)備管道與居住、辦公等主要使用房間位置、間距的合理安排，隔聲減振措施的運(yùn)用等方法均具有明顯的效果。

    隨著建筑高度的增加，風(fēng)速加大，風(fēng)刮在建筑上的撞擊聲也越大，這種由風(fēng)引起的噪聲，也是高層建筑特有的。要清除噪聲和聲源是不可能的，只有通過(guò)改善幕墻構(gòu)造，采用多層不共振的玻璃，加強(qiáng)窗縫的密閉性，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲性能，盡量減少墻面的凸出物等多種途徑才能解決。

    城市環(huán)境噪聲對(duì)高層建筑的影響，也和對(duì)其它建筑的影響一樣。許多調(diào)查和測(cè)定表明，隨著層高的增加，環(huán)境噪聲并沒(méi)有明顯的減弱，在某些情況下，位于低層的房間由于裙房或其它低層建筑的遮擋，其噪聲比位于高層上的房間還低。

    由于市中心街道兩邊密集的高層建筑，使街道形成狹窄的“狹谷”，在此情況下，城市的交通噪聲和人們的生活噪聲，不僅因有高層建筑的阻擋不易迅速消失，還常常由于高層建筑對(duì)聲音的大量反射形成回聲，延長(zhǎng)了噪聲的干擾時(shí)間和強(qiáng)度。

    基于以上原因，在建筑設(shè)計(jì)及規(guī)劃布局上也應(yīng)采取許多有效措施，如在規(guī)劃方面，設(shè)置環(huán)繞城市的環(huán)城公路或鐵路，把各種穿越而過(guò)的運(yùn)輸車輛一律引到市區(qū)以外，環(huán)城公路經(jīng)過(guò)市郊住宅的地方，營(yíng)造防噪聲林帶和防噪聲墻，在管理上限制車輛的鳴笛聲區(qū)域，將人口流量大、商店集中的繁華地區(qū)長(zhǎng)期或定期設(shè)定為步行街，以減少交通噪聲。

參考文獻(xiàn)：

[1]董考論：《建筑環(huán)境心理與建筑師心理》建筑學(xué)版，1993．10

[2]周安偉；《論建筑.環(huán)境與社會(huì)變革》建筑學(xué)版，1998.5

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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