高層建筑中的環境問題

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．西安市規劃局  710082西安)

    由于近代城市的不斷發展，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，高層建筑就因此發展起來。隨著高層建筑的不斷發展和使用，高層建筑與其環境的問題已經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。

    影響建筑的環境因素有自然環境、社會環境、人文環境。本文就以人為主體的建筑環境中，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，致使空調負荷時刻變化，冷暖氣的調節比較困難。

    陽光過多的進入室內，會引起眩光和增加室內溫度，選擇合理的房間朝向或采用室內、外遮陽裝置都可避免這一現象。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，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，對落影區內的建筑物、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境的影響

    風速是隨高度的增加而增大。據有關的風荷載的規范初步換算；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，使高層建筑產生一定的運動，產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構開裂，玻璃等圍護結構和突出墻面的裝飾物遭到損壞，使建筑材料發生疲勞、失穩而破壞。建筑物不停地振動，致使居住者、工作者感到不適。隨著科學技術的發展，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：根據調查，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，嚴格規定是很困難的。

    頻率：人體或其它內部器官隨振動發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。美國F。K張在理論上推斷了低頻范圍內的數據，推薦了下列舒適度：

    其中沒有把振動的久暫考慮在內，因實際的振動時間都超過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節，加速度不斷變化，就要不斷調節，這樣不斷地顛簸、搖晃，也使人感到不適。詹尼威的調查認為。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。經過上面及左右兩側穿過的風，因氣流的收縮而產生負壓，隨之出現渦流。在渦流區內如有其它建筑，會受到更復雜的風力環境的影響。根據有關實驗證明，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穿過外，還有部分向下帶到地面，再強行分向左右兩側穿過建筑物，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境，使大樓出入口處常產生大風流。建筑之間的空隙處，風速增大，拐角處出現旋風，建筑越高，這種現象越明顯。英國曾發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，對風力環境的控制更加困難，影響亦更加復雜，因此在進行城市規劃的外部空間環境設計時，對建筑物的高度及其與建筑的關系，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的電梯，在它啟動時和停靠時都會產生噪聲；為控制室內溫濕度和創造良好的空氣條件采用的暖通和空調系統，在工作時機器設備和管道發出的噪聲；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造，采用多層不共振的玻璃，加強窗縫的密閉性，提高圍護結構的隔聲性能，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。許多調查和測定表明，隨著層高的增加，環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，在建筑設計及規劃布局上也應采取許多有效措施，如在規劃方面，設置環繞城市的環城公路或鐵路，把各種穿越而過的運輸車輛一律引到市區以外，環城公路經過市郊住宅的地方，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域，將人口流量大、商店集中的繁華地區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：《建筑環境心理與建筑師心理》建筑學版，1993．10

[2]周安偉；《論建筑.環境與社會變革》建筑學版，1998.5

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