高层建筑形态与周边风环境的生态效益与设计

作为环境要素之一，风环境与高层建筑设计的关注点主要是结构抗风、积极组织自然通风和改善由高层建筑导致的不利影响。风荷载是高层建筑结构设计的重要依据之一，不利的建筑形态需要消耗更多的结构材料以抵抗水平风荷载，也是对资源的主要消耗，通常在设计中根据当地主导风向因地制宜塑造建筑形体，并通过结构专业的计算分析得以实现。对此，本书不作详细展开，而自然通风方面，已在前面建筑与自身建筑能耗关系中作了阐述，因此，以下主要针高层建筑形态对周边风环境的影响的归纳^[5]。

1. 高层建筑周边风环境的形成机理

由于高层建筑阻挡了场地环境中主要风向的流动，风与高层建筑碰撞时，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，对地面人行高度处风环境产生影响。气流运动方向的改变，在高层建筑表面和周边形成迎风面涡流区，不同区域形成风压差：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，这两种气压差造成气流快速流动产生高楼风。换句话说，高层建筑物较大程度改变了建筑物周围的局地风场，从而形成了对周边环境的诸多不利影响。

2. 高层建筑对室外风环境的不利影响

影响建筑物四周气流形态及速度的因素相当多，包括来流风的特性、风向、风速、建筑物本身的大小、几何外型以及邻近的建筑群等。

（1） 迎风面涡漩

高层建筑相比多层更容易形成强烈的下冲气流，下冲的气流碰到地面，风速是低层建筑的4倍，板式建筑的这种现象尤其明显，会对街面行人高度上造成行人活动的不舒适、尘土纸屑飞扬或雪堆积等问题。

（2） 建筑物风影区(www.xing528.com)

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。在风影区内，风速减小到约为前风速的一半，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。

（3） 穿堂风

通常产生于建筑物间隙、高墙间隙、门窗相对的房间或相似的通道中，空气流通的两侧气压差导致空气快速流动。风向一般为有阳光一侧至背阴处一侧，风速根据两侧温度差决定，温差越大，风速越大。局部的过大风速，会对进出大楼及高层建筑周边的行人构成不舒适的情况。

（4） 边角强风

当气流从建筑物两侧绕过去，流体会有加速的现象，建筑物在边角处，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。越高越宽的建筑越容易产生这种现象，这种影响还会影响到建筑背风面与建筑宽度相等的一片区域，产生一种螺旋的无确定方向的向上气流。

4. 高层建筑形态与不利风环境影响的关系

总体上看，不利的风环境主要由于高层建筑对主向来风的阻挡，阻挡引起的程度和效果与高层建筑形态的许多要素，如，建筑高度和建筑迎风面的平面宽度决定风影区范围；建筑高度和建筑迎风面的角度影响迎风面涡漩中下冲气流的强度；建筑形态边界的圆润性和建筑面宽影响边角气流的强度，等等。