高層建筑中的環(huán)境問題

姚乃怡1  晏遠見2

(1．西部建筑抗震勘察設計研究院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，這就必然會引起向空中爭奪空間的問題，高層建筑就因此發(fā)展起來。隨著高層建筑的不斷發(fā)展和使用，高層建筑與其環(huán)境的問題已經(jīng)受到人們的普遍重視。在許多國家中，這個問題已成為建筑科學的一個重要研究課題。

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

1、日照對高層建筑及周圍環(huán)境的影響

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

    陽光過多的進入室內(nèi)，會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，對落影區(qū)內(nèi)的建筑物、廣場和道路等都有影響，危害周圍人的生活和工作環(huán)境，早已引起人們的重視。不少國家對建筑高度進行限制，以控制落影面保證周圍環(huán)境的日照。此外，對于一些鄰街的高層建筑外立面裝飾采用玻璃幕墻，因其對陽光的高反射和對周圍街景的反映，造成對汽車駕駛員視覺的干擾，而發(fā)生的交通事故，也正在被人們認識和引起重視。

2、風對高層建筑及其周圍環(huán)境的影響

    風速是隨高度的增加而增大。據(jù)有關(guān)的風荷載的規(guī)范初步換算；在離地面50、100、200米高度處，其風力分別比離地面10米處增加l、2、3級。處于風流場中的高層建筑，由于風速、風向和周圍氣流的變化，它的各個面都受到不同變化著的壓力，有正壓和負壓，使高層建筑產(chǎn)生一定的運動，產(chǎn)生緩慢的偏移和圍繞偏移位置的振動。這種振動能使主體結(jié)構(gòu)開裂，玻璃等圍護結(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，致使居住者、工作者感到不適。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，雖然風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，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，因風荷載而影響人體舒適的因素大致有以下幾個方面：

    振幅：根據(jù)調(diào)查，某些頻率時的振幅會造成人體不適，其振幅的明確界限還沒有人提出。美國的達文波特以加速度值0.001—0.01g作為振動允許值的大致標準，振動周期為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，嚴格規(guī)定是很困難的。

    頻率：人體或其它內(nèi)部器官隨振動發(fā)生共振也會造成不適感。處于不同姿勢的人體，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。

    二十世紀五十和六十年代發(fā)展起來的人體舒適準則是以每秒一次以上的各種頻率為基礎(chǔ)。美國F。K張在理論上推斷了低頻范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，推薦了下列舒適度：

    其中沒有把振動的久暫考慮在內(nèi)，因?qū)嶋H的振動時間都超過5秒。已不再影響人體的反應。

    其中9=9.80m／s2為重力加速度

    速度與加速度，人不會直接感到速度，有時能間接感到。如在高速運動中，人所以感到速度，實際是風壓引起的。因此，在高層建筑中，使用者不會有直接的速度感。但當速度不斷改變時，人體就能明顯感到，無論水平或垂直方向的加速或減速都會引起不適感。

    加速度變動率：人體為了保持加速度引起的平衡要本能地進行調(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)查認為。從1-6次／秒頻率的加速度變動率即能引起人們的不舒適感。

    根據(jù)F.K張的理論，設計高層建筑時，可從以下五個方面衡量人體的舒適度：

    (1)通常采用的振動周期4-10秒；

    (2)方向：只考慮水平方向；

    (3)舒適范圍：覺察出，但還不煩燥；

    (4)姿勢：站、坐、躺；

    (5)久暫程度：陣風。

    在美國、日本等國對已建成的高層建筑作過許多調(diào)查測定，證明因風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，在設計高層建筑時，應嚴格控制高寬比和加大進深。

    除了風對高層建筑本身的種種影響外，對其周圍環(huán)境亦有一定影響。風碰到高層建筑，分別在它的左右上下穿過。經(jīng)過上面及左右兩側(cè)穿過的風，因氣流的收縮而產(chǎn)生負壓，隨之出現(xiàn)渦流。在渦流區(qū)內(nèi)如有其它建筑，會受到更復雜的風力環(huán)境的影響。根據(jù)有關(guān)實驗證明，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，渦流長度接近于建筑物高度的4-5倍。

    當風遇到高層建筑阻擋時，除大部分向上和兩側(cè)穿過外，還有部分向下帶到地面，再強行分向左右兩側(cè)穿過建筑物，這種高層建筑周圍的地面風流，除影響到附近的低層建筑外，還會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)生大風流。建筑之間的空隙處，風速增大，拐角處出現(xiàn)旋風，建筑越高，這種現(xiàn)象越明顯。英國曾發(fā)生高層建筑附近的風將老人刮到而致死的故事。

    在若干高層建筑之間的地區(qū)，對風力環(huán)境的控制更加困難，影響亦更加復雜，因此在進行城市規(guī)劃的外部空間環(huán)境設計時，對建筑物的高度及其與建筑的關(guān)系，應有全面的考慮，對底層架空式廣場或局部架空式廊道等的設計應慎重，以免有架空部位形成巨大風速，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輸?shù)碾娞荩�在它啟動時和停靠時都會產(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)，在工作時機器設備和管道發(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，這些設施的管道及給排水的提升加壓設備等也帶來噪聲等。對于噪聲的控制，除了設備本身的改進外，在建筑方面注意電梯設備管道與居住、辦公等主要使用房間位置、間距的合理安排，隔聲減振措施的運用等方法均具有明顯的效果。

    隨著建筑高度的增加，風速加大，風刮在建筑上的撞擊聲也越大，這種由風引起的噪聲，也是高層建筑特有的。要清除噪聲和聲源是不可能的，只有通過改善幕墻構(gòu)造，采用多層不共振的玻璃，加強窗縫的密閉性，提高圍護結(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)境噪聲對高層建筑的影響，也和對其它建筑的影響一樣。許多調(diào)查和測定表明，隨著層高的增加，環(huán)境噪聲并沒有明顯的減弱，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聲音的大量反射形成回聲，延長了噪聲的干擾時間和強度。

    基于以上原因，在建筑設計及規(guī)劃布局上也應采取許多有效措施，如在規(guī)劃方面，設置環(huán)繞城市的環(huán)城公路或鐵路，把各種穿越而過的運輸車輛一律引到市區(qū)以外，環(huán)城公路經(jīng)過市郊住宅的地方，營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)長期或定期設定為步行街，以減少交通噪聲。

參考文獻：

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

[2]周安偉；《論建筑.環(huán)境與社會變革》建筑學版，1998.5

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)