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摘要：本文结合工作经验，分析了气候中的风环境因素对高层建筑影响的基础上，对高层设计中应考虑的问题和方法进行了初步研究，以使高层建筑设计更加合理。
关键词：高层建筑风环境设计
中图分类号：TU208 文献标识码：A文章编号：
Abstract: Combining work experience, this paper analyses the environmental factors on the climate influence high-rise building ，study some options in order to make high building design more reasonable.
Key Words: high building wind environment design
1 建筑·气候
1．1 气候
中国古代，气候一词意指时节，战国时期的《皇帝内经·素问》一书中载有：“五日谓之候，三候谓之气，六气谓之时，四时谓之岁”。到了后来，气候一词意义逐渐发生变化，成为“天气之综合。”气候(dimate)一词在希腊语和拉丁语中解释为倾斜、斜度，暗示太阳投射角对环境条件的控制，表明古希腊人很早就已经带有朴素的科学思想从能流观点上分析出了气候的形成与太阳的关系。这一来自希腊古典时期的学术理念鼓舞了后来的天文学家和地理学家，这些学者将地球划分为气候(dimate)或地带(z0nes)，对应于太阳高度角的变化导致的气温差异。在西方古代，人们对气候的体验一直与观察太阳密不可分。
1．2 建筑与气候
气候的差异性导致自然环境的多样性，自然环境的多样性产生人类文化及建筑形式的丰富性，建筑是对气候环境、地形、地貌条件的被动适应与主动创造的结合。可见，建筑的设计与建造除满足功能需求之外，还应适应气候的主观性创造；热带沙漠地区，高密度建筑布局及形式上的选择主要是基于对室外炎热的防御，减弱太阳辐射量；寒冷地区，建筑的高密度紧凑式布局、空间紧缩的特征最大程度地减小外围护面积，减小建筑与室外环境的热量交换。
2 高层建筑与风环境
从整个生态系统观念上，随着建筑高度的不断增加，高层建筑具有多层建筑不具有的优势，但也加剧了一系列生态问题，高层建筑的风环境问题也逐渐突出。
2．1 室内风环境问题
高层建筑室内风环境的影响因素：1)城市高度梯度风效应，一定高度限定内，随着建筑高度不断的增加，作用在建筑外表面的室外风速及风压也相应增大。建筑直接对外开窗会造成过大的气流进入室内，使人无法正常工作。2)现代技术的发展，空调的使用，建筑完全可以依靠自身机械系统运转来满足人在室内空间的舒适性需求。为了避免室外过大的气流对室内空间带来的不利影响，现代高层建筑外界面越来越趋向于封闭。外墙技术的发展使建筑的表皮与界面彻底分离，封闭的围护结构无视外界气候状况，独立的利用不可再生资源维护着建筑高能耗的运转。
2．2 室外风环境问题
高层建筑室外风环境问题表现在：1)建筑高度及体量造成建筑风影，对下风向建筑及室外空间带来一定的负面影响；2)气流在高层建筑上部受阻，转而顺建筑表面向下运动，到达建筑底部，与地面水平向气流混合，造成建筑底部空间风环境复杂化；3)群体建筑空间规模及布局在建筑外部空间形成的狭管效应，导致局部空间某点风速过大、过强等问题，不利于街道上行人活动。
3 基于风环境影响的建筑设计方法研究、
3．1 基于风环境影响的建筑平面设计
3．1 基于风环境影响的建筑平面设计
在现代高层建筑平面常用的几种形式中，方形、圆形、矩形及三角形4种形式的选择与高层建筑能耗之间存在着一定的关系。高层建筑中，交通核心的位置决定建筑室内空间的安排，不同的平面布置对夏热冬冷地区建筑的室内风环境带来不同的影响，交通核心筒的布置包括四种模式，分别布置在建筑北向、东西
向或靠近平面几何中心，不同的位置产生的风环境效果是不同的。核心交通布置在北向有利于冬季室内热量的稳定，夏季也同样降低了纵向穿堂风的通过；布置在东西向对建筑抵抗室外热辐射造成的室内温度的上升具有一定的积极意义；但在冬季，南北向的开敞贯通增加了室内热量的散失，使室内空间额外能耗增加；核心筒及附属空间布置在建筑的几何中央时，南北空间划分
及中部走廊的相隔阻碍了气流的串通，对建筑的通风最不利。
3．2 基于风环境影响的建筑剖面设计
3．2．1 建筑单层外围护表面开口
高层建筑单层外围护结构的开窗方式中应首先解决两个问题：1)对气流形成一定的遮挡，减小原有风速；2)设置挡板及运用开窗方式使进入室内空间的气流改变运动方向，减小人行高度的风速。满足这两个条件的高层建筑正常开窗方式分为：单面平开式、下悬式及上悬式三种模式。单面平开式：窗户平开，最大开窗角度较缓，洞口较小，风从侧面进入，开启方向避开人在室内空间坐立位置。下悬式：气流从底部进入室内后向上部方向移动，减少对人在站立点高度的影响。上悬式：气流进入室内后，由于窗户的开启使气流进入室内后向下部空间移动，这种方式对人坐立位置及高度影响较大。
3．2．2 双层墙面的应用
双层墙面的应用对于调节建筑与环境的关系具有一定的优势，减小建筑窗户的直接开启带来风速过大及建筑能耗增加等问题，双层墙面可控制性自然通风方式的选择适应高层外围护界面设计。按照使用者舒适性需求灵活开启及关闭，根据室内物理环境状况间接调节由室外进人室内空间的气流量大小。双层墙面的可调节性，在满足高层建筑自然通风的同时，化解了不利风的影响，通过外围护界面的可变性满足不同时间内人在室内空间的舒适性需求。
3．2．3 竖向绿化的引入
竖向绿化作为软质景观引入建筑室内，形成多方位、多层次的绿化系统，对高层建筑上部水平向强气流具有一定的缓冲作用。夏季，植物绿化的蒸发作用使进入建筑室内空间的气流在此过滤，降低夏季进人室内空间的空气温度，为蒸发散热提供水分。冬季，气流运动速度与建筑失热量成正比关系，植物绿化缓冲层
降低了气流运动速度、阻挡寒冷气流对建筑室内空间热工的影响。绿化在建筑中的配置降低了建筑能源消耗；同时，绿化的引入增加高层建筑表面对气流的阻尼，粗糙的建筑表面质感增加了建筑对气流运动的摩擦阻力，使气流朝不同方向反射，降低高层建筑外界面处风荷载(见图1)。
图l 高层建筑形体与风环境图
3．3 基于风环境影响的高层建筑的形体设计
3．3．1 立面开口处理
自然界中许多物体的形体是自然力作用的结果，风、雨及阳光是构成自然力作用的原始动力，体现出对自然气候的适应性反应。建筑形体的选择规定着气流的运动方向，使其朝着对室内及室外环境有利方向发展。高层建筑由于结构的原因不可能通过大的形体变化来优化室内外风环境状况，形体表面的局部处理如
阳台、遮阳板等韵律性开口将会有效地阻尼高层建筑表面不利气流，使气流在遇到不同的开口及不规则的立面特征时，水平方向上的作用力逐渐得以消解。风力有所减弱。
3．3．2 形体退台
为了减小上部风受到高层建筑界面阻擋后下行，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(见图1)。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。
参考文献：
[1] [德]普林茨．建筑与环境[M]．[日]小蟠一日，李维荣，译．天津：天津大学出版社，20叭．
[2] 袁莹，苏粤．关于建筑设计中环境影响评价因素的几点思考[J]．华中建筑，2005(1)：39—40．
[3] 彭致禧．住宅小区建设指南[M]．上海：同济大学出版社，1998．
[4] 王国栋．建筑设计与建筑形体的相关问题初探[J]．太阳能建筑，2005(2)：38—40．
关键词：高层建筑风环境设计
中图分类号：TU208 文献标识码：A文章编号：
Abstract: Combining work experience, this paper analyses the environmental factors on the climate influence high-rise building ，study some options in order to make high building design more reasonable.
Key Words: high building wind environment design
1 建筑·气候
1．1 气候
中国古代，气候一词意指时节，战国时期的《皇帝内经·素问》一书中载有：“五日谓之候，三候谓之气，六气谓之时，四时谓之岁”。到了后来，气候一词意义逐渐发生变化，成为“天气之综合。”气候(dimate)一词在希腊语和拉丁语中解释为倾斜、斜度，暗示太阳投射角对环境条件的控制，表明古希腊人很早就已经带有朴素的科学思想从能流观点上分析出了气候的形成与太阳的关系。这一来自希腊古典时期的学术理念鼓舞了后来的天文学家和地理学家，这些学者将地球划分为气候(dimate)或地带(z0nes)，对应于太阳高度角的变化导致的气温差异。在西方古代，人们对气候的体验一直与观察太阳密不可分。
1．2 建筑与气候
气候的差异性导致自然环境的多样性，自然环境的多样性产生人类文化及建筑形式的丰富性，建筑是对气候环境、地形、地貌条件的被动适应与主动创造的结合。可见，建筑的设计与建造除满足功能需求之外，还应适应气候的主观性创造；热带沙漠地区，高密度建筑布局及形式上的选择主要是基于对室外炎热的防御，减弱太阳辐射量；寒冷地区，建筑的高密度紧凑式布局、空间紧缩的特征最大程度地减小外围护面积，减小建筑与室外环境的热量交换。
2 高层建筑与风环境
从整个生态系统观念上，随着建筑高度的不断增加，高层建筑具有多层建筑不具有的优势，但也加剧了一系列生态问题，高层建筑的风环境问题也逐渐突出。
2．1 室内风环境问题
高层建筑室内风环境的影响因素：1)城市高度梯度风效应，一定高度限定内，随着建筑高度不断的增加，作用在建筑外表面的室外风速及风压也相应增大。建筑直接对外开窗会造成过大的气流进入室内，使人无法正常工作。2)现代技术的发展，空调的使用，建筑完全可以依靠自身机械系统运转来满足人在室内空间的舒适性需求。为了避免室外过大的气流对室内空间带来的不利影响，现代高层建筑外界面越来越趋向于封闭。外墙技术的发展使建筑的表皮与界面彻底分离，封闭的围护结构无视外界气候状况，独立的利用不可再生资源维护着建筑高能耗的运转。
2．2 室外风环境问题
高层建筑室外风环境问题表现在：1)建筑高度及体量造成建筑风影，对下风向建筑及室外空间带来一定的负面影响；2)气流在高层建筑上部受阻，转而顺建筑表面向下运动，到达建筑底部，与地面水平向气流混合，造成建筑底部空间风环境复杂化；3)群体建筑空间规模及布局在建筑外部空间形成的狭管效应，导致局部空间某点风速过大、过强等问题，不利于街道上行人活动。
3 基于风环境影响的建筑设计方法研究、
3．1 基于风环境影响的建筑平面设计
3．1 基于风环境影响的建筑平面设计
在现代高层建筑平面常用的几种形式中，方形、圆形、矩形及三角形4种形式的选择与高层建筑能耗之间存在着一定的关系。高层建筑中，交通核心的位置决定建筑室内空间的安排，不同的平面布置对夏热冬冷地区建筑的室内风环境带来不同的影响，交通核心筒的布置包括四种模式，分别布置在建筑北向、东西
向或靠近平面几何中心，不同的位置产生的风环境效果是不同的。核心交通布置在北向有利于冬季室内热量的稳定，夏季也同样降低了纵向穿堂风的通过；布置在东西向对建筑抵抗室外热辐射造成的室内温度的上升具有一定的积极意义；但在冬季，南北向的开敞贯通增加了室内热量的散失，使室内空间额外能耗增加；核心筒及附属空间布置在建筑的几何中央时，南北空间划分
及中部走廊的相隔阻碍了气流的串通，对建筑的通风最不利。
3．2 基于风环境影响的建筑剖面设计
3．2．1 建筑单层外围护表面开口
高层建筑单层外围护结构的开窗方式中应首先解决两个问题：1)对气流形成一定的遮挡，减小原有风速；2)设置挡板及运用开窗方式使进入室内空间的气流改变运动方向，减小人行高度的风速。满足这两个条件的高层建筑正常开窗方式分为：单面平开式、下悬式及上悬式三种模式。单面平开式：窗户平开，最大开窗角度较缓，洞口较小，风从侧面进入，开启方向避开人在室内空间坐立位置。下悬式：气流从底部进入室内后向上部方向移动，减少对人在站立点高度的影响。上悬式：气流进入室内后，由于窗户的开启使气流进入室内后向下部空间移动，这种方式对人坐立位置及高度影响较大。
3．2．2 双层墙面的应用
双层墙面的应用对于调节建筑与环境的关系具有一定的优势，减小建筑窗户的直接开启带来风速过大及建筑能耗增加等问题，双层墙面可控制性自然通风方式的选择适应高层外围护界面设计。按照使用者舒适性需求灵活开启及关闭，根据室内物理环境状况间接调节由室外进人室内空间的气流量大小。双层墙面的可调节性，在满足高层建筑自然通风的同时，化解了不利风的影响，通过外围护界面的可变性满足不同时间内人在室内空间的舒适性需求。
3．2．3 竖向绿化的引入
竖向绿化作为软质景观引入建筑室内，形成多方位、多层次的绿化系统，对高层建筑上部水平向强气流具有一定的缓冲作用。夏季，植物绿化的蒸发作用使进入建筑室内空间的气流在此过滤，降低夏季进人室内空间的空气温度，为蒸发散热提供水分。冬季，气流运动速度与建筑失热量成正比关系，植物绿化缓冲层
降低了气流运动速度、阻挡寒冷气流对建筑室内空间热工的影响。绿化在建筑中的配置降低了建筑能源消耗；同时，绿化的引入增加高层建筑表面对气流的阻尼，粗糙的建筑表面质感增加了建筑对气流运动的摩擦阻力，使气流朝不同方向反射，降低高层建筑外界面处风荷载(见图1)。
图l 高层建筑形体与风环境图
3．3 基于风环境影响的高层建筑的形体设计
3．3．1 立面开口处理
自然界中许多物体的形体是自然力作用的结果，风、雨及阳光是构成自然力作用的原始动力，体现出对自然气候的适应性反应。建筑形体的选择规定着气流的运动方向，使其朝着对室内及室外环境有利方向发展。高层建筑由于结构的原因不可能通过大的形体变化来优化室内外风环境状况，形体表面的局部处理如
阳台、遮阳板等韵律性开口将会有效地阻尼高层建筑表面不利气流，使气流在遇到不同的开口及不规则的立面特征时，水平方向上的作用力逐渐得以消解。风力有所减弱。
3．3．2 形体退台
为了减小上部风受到高层建筑界面阻擋后下行，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(见图1)。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。
参考文献：
[1] [德]普林茨．建筑与环境[M]．[日]小蟠一日，李维荣，译．天津：天津大学出版社，20叭．
[2] 袁莹，苏粤．关于建筑设计中环境影响评价因素的几点思考[J]．华中建筑，2005(1)：39—40．
[3] 彭致禧．住宅小区建设指南[M]．上海：同济大学出版社，1998．
[4] 王国栋．建筑设计与建筑形体的相关问题初探[J]．太阳能建筑，2005(2)：38—40．