2011年环境影响评价师：高层建筑风环境及其影响3

会计考友

高层建筑内、外风环境不舒适性测评准则
高层建筑及其群体的外形、布局，随设计者的构思而异。在风力作用下，其绕流特性各异。当布局不当时，在建筑物外部往往造成局部不良的风环境：如卷起灰尘、纸屑及杂物并堆积于背风区；掀起屋顶覆盖物、破坏围护结构、幕墙玻璃、门窗等等，对广场、街道上的行人及交通安全构成威胁。此外，目前很多高层建筑采用钢结构框架，设计重量越来越轻，高度越来越高，而本身机械阻尼却越来越低，对风力作用越来越敏感，且往往是高柔性结构。尽管结构工程师能保证结构承受风荷载是安全可靠的，但风致振动，使大楼产生摆动，造成室内家具碰撞产生噪声，吊灯摇晃等现象，也会使居住者心理上备感不适。这里提出一个建筑物内部的风环境舒适性的问题。
1、外部风环境问题
长期以来，人们通过试验，观察制定了一个在人行街道、广场对人类活动感到不舒适的指标-“不舒适参数”Ψ，来测评近地面风环境的优劣。当Ψ≥1时，人们步行开始感到不适，伞难撑，眼难睁。步行者受风影响情况判别如表2。可见，仅当风速u∞≤5 m/s（或Ψ＜1）是舒适的，4～7级是不舒适的，8级以上则认为是危险的。
表2   步行者受风影响情况判别表
风速等级 3秒钟平均风速（米/秒） 风 速 影 响 情 况
1 0～5 人脸感到有风，但对行动或舒适性无影响。
2 5～10 对风敏感，脚步偶有不规则，但大多数行动尚不受影响。
3 10～15 步行不易，上身要前倾，脚步不规则，以直线前进。
4   15～20 步行艰难，难以控制，整个身体前倾，且摇摆不定。
5 20～25 安全行走的极限，安稳行走极难或不可能。
6 25～30 危险风速（国际通用23米/秒为危险风速极限）。
根据高层建筑物的外形，相互布局情况及风的相对方向，可能测得的建筑物外部环境的不舒适参数Ψ值是不同的。常见几种高层建筑群体，布局间相互干扰而引发的不舒适风环境的试验值Ψ如下。
  （1）压力连通效应　2（1）、（2），当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时，若建筑物间的距离小于建筑物的高度，则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域，形成街道风，在街道上形成不舒适区域。该区不舒适参数Ψ是建筑物高度的函数。一般而言，对10～11层，约35～40米高者，街道风的Ψ≈ 1.3～1.6；特殊情况，对塔式高层建筑，当相互间隔不大时（如约为1/4楼高），其Ψ≈ 1.8。
  2  压 力 连 通 效 应
（2）间隙效应：3，当风吹过突然变窄的剖面时（如底层拱廊），在该处形成不舒适区域，其不舒适参数Ψ≈ 1.2～1.5，主要取决于建筑物的迎风面积与变窄剖面面积的比值或建筑物的高度。通常对7层楼高，底部不舒适参数Ψ≈ 1.2；楼高超过50米时，取Ψ≥1.5。
3     间 隙 效 应
（3）拐角效应：4，当风垂直吹向建筑物时，在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域；有时，当两幢并排建筑物的间距L≤2d（d为建筑物沿风向的长度）时，两幢间也形成不舒适区域；它们的Ψ≈ 1.2。对35～45米高的塔式建筑物，其Ψ≈ 1.4；对100米以上的塔式建筑物，其Ψ≈ 2.2。
4      拐 角 效 应
（4）尾流效应：5，在高层建筑物尾流区里，自气流分离点的下游处，形成不舒适的涡流区。随着建筑物高度的增高，不舒适影响区增大，一般塔式建筑物的Ψ≈ 1.4～2.2，其影响范围与塔式建筑物的宽度与高度相近。
对低矮的建筑物，其Ψ≈ 0.5～1.6，影响区域纵深约为建筑物高度的1～2倍。
  （5）下洗涡流效应：6，当风吹向高层建筑物时，自驻点向下冲向地面形成涡流。若前面低矮建筑物的高度h′与两楼间间距大致相等（e= h′）时，则不舒适影响最显著，其不舒适参数Ψ≈ 1.5～1.8，由于有垂直向下的风速分量，故更令人感到不舒适。中阴影线为高风速区。
                  
6    下 洗 涡 流 效 应
除上述外，其它类型的外部风环境不舒适参数就不赘述。有些研究者提出尚需考虑出现频度，并提出在广场、停车场偶发阵风，若出现阵风u = 6 m/s，只要每年不大于10 % 的时间；人行道偶发阵风出现u = 12 m/s，每月不多于1～2次，吹刮时间又极短暂，尽管不舒适参数较高，应认为是可以接受。