高楼建筑生态评价与设计

6.2.1.1　平面形式

边角强风发生在建筑的边角处，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。边角强风的强度和建筑物的平面选型有密切的关系。

高层建筑平面形体特征多样，对周围微气候环境的影响也是复杂多样的。图6—7为不同的平面形式在相同的气候条件及周围环境中所形成的室外风环境CFD计算机模拟状况简图，结合不同平面形式形成的风环境状况分析可知，在相同的气流运动情况如下。

图6—7　高层建筑的平面形状和周围风速分布关系

图片来源：《建筑学报》，1995年11月，v46

从上面的CFD风环境模拟来看，气流运动与不同建筑形体的结合存在对外和对内两种方式，从对外界微气候环境最小影响程度来说，相同基底面积的状况下，平面呈圆形，建筑边界越光滑，建筑背风向形成的压力越趋于稳定，边角强风影响程度也就越小，但上风向处风压及风速相对于方形体量稍微复杂，凹口平面特征比凸口平面特征更容易形成向上或向下的强气流。

高层建筑应具有符合空气动力学的圆弧状轮廓，并尽可能将窄边面向冬季的主导风向或与其成一定的角度。杨经文、罗斯福、福斯特等利用生物气候原理进行设计的建筑师，他们常用的高层平面形式大都呈圆形、椭圆形等，这并不是巧合。图6—8为RWE AG Headquarters大楼，采用了圆形的平面。

图6—8　RWE AG Headquarters

图片来源：《高技术生态技术》

图6—9　巴林世贸中心

图片来源：网络下载

图6—9为巴林世贸中心，采用了尖劈的平面，这种形体使朝向冬季主导风向的外表面避免了垂直关系，将风在建筑体型的“尖劈”作用下得到削弱。

6.2.1.2　立面和剖面形式

1. 设置遮风板

为化解高层建筑角部的强气流，可以在转角部位阳台的角部设置遮风板，可以有效地减弱边角风的强度。图6—10为未设置遮风板和在在建筑的转角部位设置遮风板时的效果的气流模拟比较。图中可以看出，未设置遮风板时阳台内出现强风，而在设置遮风板后，建筑转角附近的风速大幅度下降，设置遮风板是非常有效的防强风对策^[3]。

另外，需重视建筑细部的处理。如建筑物的墙面利用、阳台或线脚的凹凸变化等，也可以减弱边角强气流的干扰。

图6—10　转角处阳台内部气流CFD模拟（阳台高50 M）

图片来源：《CFD与建筑环境模拟》

2. 扭转的形体

扭转的形体可以引导边角强气流的走向，依附于形体盘旋上升，从而化解周边的强气流对于建筑的冲击。通过剖面风速模拟（图6—11、图6—12），可以看到，经过扭转后的形体风速明显小于未扭转的形体，同时，越是表面圆滑，越是能化解边角强风。

图6—11　正方体CFD室外风环境模拟图(www.xing528.com)

图6—12　扭转的形体CFD室外风环境模拟图

比较典型的案例是上海中心的形体设计（图6—13）。上海中心位于浦东陆家嘴中心区域，与金茂大厦、环球金融中心两者的空间关系形成较大的风压。在风洞试验的技术的支持下，经过多方案的测试、比较和分析，以不同的风向角度与建筑扭转角度为变量，测得风荷载数值，并将之拟合为函数关系曲线。可以得出结论，上海中心的主体部分的扭转可以减小三者之间的风阻影响。具有柔和轮廓的120°的扭转形态不仅具有动态的美感，同时和通常的方椎体相比，还可减少24%的风荷载，不管对于上海中心本身化解边角强风还是和其他两个建筑之间的风环境关系，都是比较好的形体 选择。

图6—13　上海中心

图片来源：网络下载

图6—14　芝加哥螺旋塔图

图片来源：网络下载

图6—15　瑞典马尔默扭转大厦

图片来源：网络下载

芝加哥螺旋塔（图6—14）高 610 m，有160层，也同样采用了这种螺旋式扭转的形体特征，螺旋式的形体表现得更加彻底，外层幕墙从上到下随板边线螺旋上升旋转360°。主体结构轴向对称，核心筒垂直上升。该大楼也是经风环境模拟后，得出的优化的形体。

卡拉特拉瓦设计的瑞典马尔默扭转大厦（图6—15）也采用了扭转的形体，扭曲度达到90°，由9座立方体组成，每一座立方体都稍稍有所扭曲。

3. 切割的形体

根据风环境的研究结果显示，折线的切割的方式比直线更能有效地缓和风速，切割的形体能使迎面吹来的强风折向不同的方向，化解气流的过于集中，切割的形体同时也具有一定的导风作用，化解边角强风比较有利。

Al Hamra Firdous Tower（图6—16）高度达412 m，是目前科威特最高的建筑。功能包含了办公空间、健身俱乐部、剧院、美食广场的高端商业中心的商业综合体。Al Hamra塔地处科威特半岛中心的黄金地段，超高层塔楼的形象强烈地凸出于城市的天际线。

图6—16　 Al Hamra Firdous Tower及风环境模拟图

图片来源：《建筑技艺》2011/05—06

图6—17　上海国金中心

在规划阶段，设计师沿边长为60 m的广场边界对建筑跨度进行了试验，结果表明：需要减少约25%的楼板以满足面积需要。由朝向水面的景观最大化的要求又可推导出：建筑减小的部分应与广场的南边有所呼应，朝向城市。同时，设计团队分别进行了太阳能和风环境分析以评测不同删减方案下的建筑性能。太阳能分析的结果表明建筑应切掉西南转角，而风环境的研究结果显示折线的切割方式能有效地缓和风速，化解强气流的干扰。因此，建筑的最终形式是在底层平面西南角切除楼板四分之一的面积，并渐变至顶层平面的东南角，这是由风环境模拟分析过程推倒而来的最优化设计。

位于上海陆家嘴地区的国金中心（图6—17）高260 m，61层，由世界著名建筑师西扎·佩里设计，也采用了类似的形体切割处理手法，整体雕塑感强。