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阅读 2145 次 高层建筑中的环境问题

摘要:本文主要针对高层建筑环境的特点,从自然环境因素对高层建筑的影响及高层建筑对环境的影响来讨论高层建筑中的环境问题。...

高层建筑中的环境问题

姚乃怡1  晏远见2

(1.西部建筑抗震勘察设计研究院710054西安;2.西安市规划局  710082西安)

    由于近代城市的不断发展,城市用地与建筑之间的矛盾日益尖锐,这就必然会引起向空中争夺空间的问题,高层建筑就因此发展起来。随着高层建筑的不断发展和使用,高层建筑与其环境的问题已经受到人们的普遍重视。在许多国家中,这个问题已成为建筑科学的一个重要研究课题。

    影响建筑的环境因素有自然环境、社会环境、人文环境。本文就以人为主体的建筑环境中,日照、风和噪声对建筑中的主体——人的影响加以综述。

1、日照对高层建筑及周围环境的影响

    高层建筑高耸于空中一般都无遮挡,白天日照时间长,太阳辐射热量大,处于不同高度、不同方位的房间,受太阳辐射各不相同,致使空调负荷时刻变化,冷暖气的调节比较困难。

    阳光过多的进入室内,会引起眩光和增加室内温度,选择合理的房间朝向或采用室内、外遮阳装置都可避免这一现象。此外还可用吸热玻璃、热反射玻璃等作为保温隔热的围护材料,但高反射玻璃的外表层内,有一层能反射的金属粒子,能反射掉30%的辐射长波,把热量散发到它邻近的建筑和人身上,使气温升高l0-15,较大地影响了建筑物周围的小气候。

    高层建筑在日照下的落影很大,对落影区内的建筑物、广场和道路等都有影响,危害周围人的生活和工作环境,早已引起人们的重视。不少国家对建筑高度进行限制,以控制落影面保证周围环境的日照。此外,对于一些邻街的高层建筑外立面装饰采用玻璃幕墙,因其对阳光的高反射和对周围街景的反映,造成对汽车驾驶员视觉的干扰,而发生的交通事故,也正在被人们认识和引起重视。

2、风对高层建筑及其周围环境的影响

    风速是随高度的增加而增大。据有关的风荷载的规范初步换算;在离地面50100200米高度处,其风力分别比离地面10米处增加l23级。处于风流场中的高层建筑,由于风速、风向和周围气流的变化,它的各个面都受到不同变化着的压力,有正压和负压,使高层建筑产生一定的运动,产生缓慢的偏移和围绕偏移位置的振动。这种振动能使主体结构开裂,玻璃等围护结构和突出墙面的装饰物遭到损坏,使建筑材料发生疲劳、失稳而破坏。建筑物不停地振动,致使居住者、工作者感到不适。随着科学技术的发展,虽然风已不再成为建造高层建筑的障碍,但如何减少建筑物的振动,满足使用者的舒适度是人们一直研究的课题。

    在高层建筑中,因风荷载而影响人体舒适的因素大致有以下几个方面:

    振幅:根据调查,某些频率时的振幅会造成人体不适,其振幅的明确界限还没有人提出。美国的达文波特以加速度值0.001—0.01g作为振动允许值的大致标准,振动周期为4秒的40层建筑物的允许振幅为4-40毫米。这种振动的允许值虽以加速度表示,但要随周围建筑物的种类和用途变化,严格规定是很困难的。

    频率:人体或其它内部器官随振动发生共振也会造成不适感。处于不同姿势的人体,其自然频率如下:

    纵向:作为整体<2,坐着4-6,站着5-12,眼球60-90

    切线方向:作为整体3-5,坐着2-3,站着1.2-2

    二十世纪五十和六十年代发展起来的人体舒适准则是以每秒一次以上的各种频率为基础。美国FK张在理论上推断了低频范围内的数据,推荐了下列舒适度:

舒适限度

加速度

觉察不出

<0.O05g

觉查到

0.O05g-0.015g

烦燥

0.01 5g0.05g

非常烦燥

0.05g-0.15g

不可容忍

0.15g

    其中没有把振动的久暂考虑在内,因实际的振动时间都超过5秒。已不再影响人体的反应。

    其中9=9.80ms2为重力加速度

    速度与加速度,人不会直接感到速度,有时能间接感到。如在高速运动中,人所以感到速度,实际是风压引起的。因此,在高层建筑中,使用者不会有直接的速度感。但当速度不断改变时,人体就能明显感到,无论水平或垂直方向的加速或减速都会引起不适感。

    加速度变动率:人体为了保持加速度引起的平衡要本能地进行调节,加速度不断变化,就要不断调节,这样不断地颠簸、摇晃,也使人感到不适。詹尼威的调查认为。从1-6次/秒频率的加速度变动率即能引起人们的不舒适感。

    根据F.K张的理论,设计高层建筑时,可从以下五个方面衡量人体的舒适度:

    (1)通常采用的振动周期4-10秒;

    (2)方向:只考虑水平方向;

    (3)舒适范围:觉察出,但还不烦燥;

    (4)姿势:站、坐、躺;

    (5)久暂程度:阵风。

    在美国、日本等国对已建成的高层建筑作过许多调查测定,证明因风荷载而影响人体舒适的程序是完全可以控制的。

    为了有效地抵抗侧向荷载和控制顶部偏移,在设计高层建筑时,应严格控制高宽比和加大进深。

    除了风对高层建筑本身的种种影响外,对其周围环境亦有一定影响。风碰到高层建筑,分别在它的左右上下穿过。经过上面及左右两侧穿过的风,因气流的收缩而产生负压,随之出现涡流。在涡流区内如有其它建筑,会受到更复杂的风力环境的影响。根据有关实验证明,在水平气流影响较小的情况下,涡流范围随建筑物高度增加而增大,涡流长度接近于建筑物高度的4-5倍。

    当风遇到高层建筑阻挡时,除大部分向上和两侧穿过外,还有部分向下带到地面,再强行分向左右两侧穿过建筑物,这种高层建筑周围的地面风流,除影响到附近的低层建筑外,还会给附近的行人造成不舒适的环境,使大楼出入口处常产生大风流。建筑之间的空隙处,风速增大,拐角处出现旋风,建筑越高,这种现象越明显。英国曾发生高层建筑附近的风将老人刮到而致死的故事。

    在若干高层建筑之间的地区,对风力环境的控制更加困难,影响亦更加复杂,因此在进行城市规划的外部空间环境设计时,对建筑物的高度及其与建筑的关系,应有全面的考虑,对底层架空式广场或局部架空式廊道等的设计应慎重,以免有架空部位形成巨大风速,造成使用不便。

3、噪声与高层建筑

    高层建筑本身有一些不可避免的特有噪声,如为了解决垂直交通运输的电梯,在它启动时和停靠时都会产生噪声;为控制室内温湿度和创造良好的空气条件采用的暖通和空调系统,在工作时机器设备和管道发出的噪声;在高层住宅和旅馆中,有大量的厕所、浴室和厨房,这些设施的管道及给排水的提升加压设备等也带来噪声等。对于噪声的控制,除了设备本身的改进外,在建筑方面注意电梯设备管道与居住、办公等主要使用房间位置、间距的合理安排,隔声减振措施的运用等方法均具有明显的效果。

    随着建筑高度的增加,风速加大,风刮在建筑上的撞击声也越大,这种由风引起的噪声,也是高层建筑特有的。要清除噪声和声源是不可能的,只有通过改善幕墙构造,采用多层不共振的玻璃,加强窗缝的密闭性,提高围护结构的隔声性能,尽量减少墙面的凸出物等多种途径才能解决。

    城市环境噪声对高层建筑的影响,也和对其它建筑的影响一样。许多调查和测定表明,随着层高的增加,环境噪声并没有明显的减弱,在某些情况下,位于低层的房间由于裙房或其它低层建筑的遮挡,其噪声比位于高层上的房间还低。

    由于市中心街道两边密集的高层建筑,使街道形成狭窄的狭谷,在此情况下,城市的交通噪声和人们的生活噪声,不仅因有高层建筑的阻挡不易迅速消失,还常常由于高层建筑对声音的大量反射形成回声,延长了噪声的干扰时间和强度。

    基于以上原因,在建筑设计及规划布局上也应采取许多有效措施,如在规划方面,设置环绕城市的环城公路或铁路,把各种穿越而过的运输车辆一律引到市区以外,环城公路经过市郊住宅的地方,营造防噪声林带和防噪声墙,在管理上限制车辆的鸣笛声区域,将人口流量大、商店集中的繁华地区长期或定期设定为步行街,以减少交通噪声。

参考文献:

[1]董考论:《建筑环境心理与建筑师心理》建筑学版,199310

[2]周安伟;《论建筑.环境与社会变革》建筑学版,1998.5

(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:文径 尹维维 编辑  刘真 审核)

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