7.2.1.1 整体扭转角度
扭转角度决定高层建筑形态的扭转程度和形态特征。首先，在Rhino软件平台中，运用grasshopper软件，建立连续型扭转形态的扭转角度模拟分析的计算模型，设定模型标准层平面形状为正方形、标准层面积为2 000 m2、正方形边长 44.72 m、建筑高度为300 m，整体扭转角度分别设定为从建筑底部到顶部整体扭转90°、135°和180°，并建立具有相同的标准层平面和建筑高度的非扭转形体作为对比计算模型（图7—16）。
图7—16 连续型扭转角度计算模型
将四个实体模型导入CFD分析软件Gambit中进行流道提取，建立分析网格和计算模型，设定入口边界条件模拟风速和风向，根据上海地区平均风速和风速随高度变化规律设定风速，风向设定为垂直于模型底部正方形平面的一边。然后运行Fluent求解器进行风环境模拟求解，最后对求解结果进行后处理，调整其显示特性，使各个形体的风环境情况显示结果清晰明确。对于求解结果，在流场模型中选取纵向截面，可以获得平行风场的速度云图和压力云图，由此可以看出建筑形体对周边风环境的影响和前后表面风压差的变化，选取水平截面并改变位置，根据第三章中建立的分析评价方法，将截面高度设定为 2 m、150 m和250 m，分别可以获得高层建筑形体底部、中部和上部的速度云图，可以看出不同的截面高度处风速的变化情况，将不同扭转角度的扭转形体的计算结果与未扭转形体的计算结果进行对比，分析其扭转后的形体周围的风影区、风速和风压如何变化，以及扭转角度的变化对于室外风环境的影响有何差别。
在连续型扭转形态的扭转角度模拟计算中，四个计算模型为非扭转形体、整体扭转角度为90°、135°和180°的连续型扭转形体。通过Fluent模拟计算结果可以得出以下结果。
1. 高层建筑形体对周边风环境的影响
根据平行风场速度云图（图7—17），建筑形体扭转后，扭转形体改变气流方向，更多的气流沿扭转形体表面向上或向下移动，水平方向移动的气流减少，使得建筑中下部背风面风速增大，而上部背风面风速减小形成风影区。随着扭转角度的增加，建筑背风面的风速增加，更多的气流沿扭转形体表面到达地面而非建筑背后，因此建筑背风面的风速更快恢复至气流未吹向建筑时，对高层建筑周边风环境的影响随着扭转角度的增加而减弱。
图7—17 连续型扭转角度平行风场速度云图
2. 高层建筑形体对自然通风的利用
根据平行风场压力云图（图7—18），随着扭转角度的增加，建筑前后表面风压差随之增大，扭转对建筑的自然通风有利。其中，当形体的扭转角度为90°时，建筑的中部和上部前后表面风压差最大，对自然通风最有利，当扭转角度为135°和180°时，建筑的上部前后表面风压差最大，对自然通风最有利。
图7—18 连续型扭转角度平行风场压力云图
3. 高层建筑形体对自身风环境的影响
根据不同截面高度的速度云图，在建筑近地面2 m高度处（图7—19），当形体未扭转时，建筑周围风场中整体风速最大，背风面风影区并不明显，形体扭转后，建筑周边风速降低，背风面出现风速较低的风影区，随着整体扭转角度的增加，形体周围风速增加，由于扭转程度的加剧，更多的气流沿着扭转形体表面到达近地面处，因此建筑两侧高风速区和背风面风速显著增加，对建筑底部的人行活动不利。对于扭转形体，当形体的扭转角度为90°时，建筑周围风速最小，建筑背风面有风速较小的风影区，由于风直吹到建筑上后气流向形体两侧移动，在建筑两侧形成边角侧风，扭转后迎风面下沉气流沿扭转形体表面向形体一侧移动，并与底部气流混合，在建筑底部两侧形成风速较大的区域，其中一侧区域内风速更大；当形体的扭转角度为180°时，建筑背风面无明显风影区，建筑周围风速提升最为明显，由于扭转角度最大，扭转造成高层建筑下行风沿扭转形体表面下降到建筑底部时移动到建筑两侧，在建筑两侧出现极为明显的高风速区，此处过高的风速对行人活动不利。
图7—19 连续型扭转角度建筑底部速度云图
图7—20 连续型扭转角度建筑中部速度云图
在建筑形体中部150 m高度处（图7—20），当形体未扭转时，建筑外表面周围风速最小，气流遇到建筑的阻碍后向建筑两侧移动形成边角侧风，在形体两侧产生高风速区。形体扭转后，建筑外表面风速增大，扭转使迎风面沿形体表面移动的下沉气流流向建筑侧面，使得迎风面风速降低，背风面风影区范围增大，背风面风速减小。对于扭转形体，当形体的扭转角度为90°时，由于在建筑中部扭转形体的平面扭转角度是45°，正方形平面角部对着来流方向，对气流有较好的引导作用，能够弱化边角侧风，使得建筑两侧风速小于未扭转形体，高风速区范围和风速最小，而扭转使下沉气流沿形体表面偏向一侧，因此两侧高风速区内的风速并不相同。同时，背风面风影区范围最小，风影区内风速最大。当形体的扭转角度为135°时，建筑背风面风影区的范围和宽度最大，风影区内有明显的低风速区。当形体的扭转角度为180°时，形体扭转最为剧烈，垂直方向的气流随扭转的形体表面螺旋式移动，建筑形体两侧高风速区范围最大，建筑背风面风影区宽度较大但长度较小，风影区内风速较低。
图7—21 连续型扭转角度建筑上部速度云图
在建筑形体上部250 m高度处（图7—21），当形体未扭转时，建筑外表面周围风速最小，建筑两侧风速较大，形体扭转后，建筑外表面风速增大，由于扭转使迎风面沿形体表面的上升气流流向建筑侧面，使得迎风面风速降低，建筑两侧风速增加，随着扭转角度的增加，背风面风影区范围增大，风速降低。对于扭转形体，当形体的扭转角度为90°时，建筑背风面几乎无风影区，背风面风速较未扭转形体有所增加，建筑两侧整体风速较未扭转形体有所减小，由于直吹向建筑迎风面的气流在高层建筑的上部沿着形体外表面向上移动，形体扭转后气流不在垂直方向移动，而是沿着扭转形体的外表面向建筑一侧移动，因此平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧出现风速较大的区域；当形体的扭转角度为135°时，建筑两侧出现风速较大的区域，且其中一侧风速更大，背风面有明显风影区，风影区内风速较小，且有明显风速接近于零的区域；当形体的扭转角度为180°时，形体扭转程度最大，上升气流沿形体表面向建筑两侧和建筑背面移动，因此建筑两侧高风速区范围最大，风速最大，建筑背风面风影区宽度和范围最大，风影区内风速最小。
综上，根据不同截面高度处的的不同风环境导向，对自身风环境影响的计算结果进行归纳（表7—3），可以表示出不同扭转角度对不同高度处的风环境问题的影响利弊。从结果可以看出，扭转角度越小，对于其自身风环境越 有利。
表7—3 连续型整体扭转角度自身风环境影响计算
7.2.1.2 平面形状
平面形状决定高层建筑的体量特征和气流在经过建筑时水平方向的气流走势。在Rhino软件平台中运用grasshopper软件建立平面形状模拟分析的计算模型，设定模型标准层面积为2 000 m2、建筑高度为300 m、从建筑底部到顶部整体扭转90°，模型的标准层平面形状分别为正方形、三角形，并建立与扭转形态模型具有相同平面形状、标准层面积和建筑高度的非扭转形态模型作为对比计算模型（图7—22）。
图7—22 连续型平面形状计算模型
将四个实体模型导入CFD分析软件GAMBIT中进行流道提取，建立分析网格和计算模型，设定入口边界条件模拟风速和风向，对于三角形平面，风向分别设定为模型底部三角形平面的角部和一边对着来流方向，而正方形平面的风向则设定为与模型底部正方形平面一边垂直。然后运行fluent求解器进行风环境模拟求解，最后对求解结果进行后处理。对于求解结果，选取流场中的模型的纵向截面，可以获得平行风场的速度云图和压力云图，由此可以看出建筑形体对周边风环境的影响和前后表面风压差的变化，选取水平截面，将其截面高度设定为2 m、150 m和250 m，分别可以获得高层建筑形体底部、中部和上部的速度云图，可以看到不同的截面高度处风速的变化情况，分别将不同平面形状的扭转形体的计算结果与具有相同平面形状的未扭转形体的计算结果进行对比，分析不同的平面形状的形体扭转后周围风环境的风影区、风速和风压如何变化。
在连续型扭转形态的平面形状模拟计算中，六个计算模型分别为朝向不同的三角形平面非扭转和90°扭转形体、正方形平面非扭转形态和90°扭转形体，将模拟计算的求解结果分三组进行对比分析。通过fluent模拟计算可以得出以下几个方面的结果信息。
1. 高层建筑形体对周边风环境的影响
通过对平行风场速度云图（图7—23）的比较，对于三角形平面形状，当三角形的一边对着来流方向时，迎风面宽度最大，对气流的阻碍作用最强，扭转后形体表面改变了气流方向，形体的阻碍作用减弱，建筑背风面的风速恢复至气流未吹至建筑时更快，因此90°扭转形体对周边风环境的影响较小；当三角形的一角对着来流方向时，迎风面宽度最小，对气流的阻碍作用最弱，扭转后形体对气流的阻碍作用增强，建筑背风面的风速恢复至气流未吹至建筑时的速度变慢，因此90°扭转形体对周边风环境的影响较大。对于正方形平面形状，形体扭转后建筑两侧的气流沿扭转形体表面向上或向下移动，水平方向移动的气流减少，造成中下部背风面风速增大，上部风速减小形成风影区，因此非扭转形体背风面风速恢复较快，对周边风环境影响较小。
2. 高层建筑形体对自然通风的利用
通过对平行风场压力云图（图7—24）的比较，对于三角形平面形体，对于两种建筑朝向，未扭转形体前后表面的风压差均大于扭转形体，对自然通风更为有利，而对于扭转形体，上部1/4高度区段风压差最大，对形体上部的通风最为有利。对于正方形平面形体，形体扭转后前后表面风压差增大，有利于建筑的自然通风，其中，建筑上部1/2高度区段风压差最大，对形体中部和上部的自然通风最有利。
图7—23 连续型平面形状平行风场速度云图
图7—24 连续型平面形状平行风场压力云图
3. 高层建筑形体对自身风环境的影响
图7—25 连续型平面形状形体底部速度云图
通过对不同截面高度速度云图的比较可以看出，在建筑近地面2 m高度处（图7—25），对于三角形平面形体，当三角形的一角对着来流方向时，迎风面面积最小，形体对气流的阻碍作用最小，扭转使得迎风面气流在垂直移动过程中向两侧移动而到达地面处迎风面风速略有降低。扭转后建筑外表面风速增加，但由于形体表面扭转，迎风面向下移动的气流向两侧移动并与地面处气流混合而造成两侧风速增加，建筑两侧出现局部风速较大的区域，区域内风速大于未扭转形体；扭转后更多气流在移动过程中流向建筑背风面，提高了背风面靠近建筑处风速，风影区范围有所消减。当三角形的一边对着来流方向时，迎风面面积最大，形体对气流的阻碍作用最强，沿水平方向移动的气流在建筑两侧形成的边角侧风风速明显大于三角形的一角对着来流方向时，其中，未扭转形体两侧出现风速最大，背风面风速很低，扭转后迎风面面积减小，对气流的阻碍作用减弱，扭转后形体两侧高风速区范围减小，扭转后更多气流在移动过程中流向建筑背风面，使得背风面风速有所增加。对于正方形平面形体，形体未扭转时建筑两侧有风速较大的区域，形体扭转后建筑周围风速降低，迎风面风速降低，背风面有较长的风速较低的风影区，由于风直吹到建筑上后气流向形体两侧移动，在建筑两侧形成边角侧风，扭转后迎风面下沉气流沿扭转形体表面向形体一侧移动，并与底部气流混合，在建筑底部两侧形成风速较大的区域。
在建筑形体中部150 m高度处（图7—26），对于三角形平面形体，当三角形的一角对着来流方向时，形体对气流的阻碍作用最弱，形体未扭转时建筑两侧的风速较小；形体扭转后气流方向改变，沿扭转形体表面向形体两侧移动，使得建筑周围整体风速降低，迎风面风速降低。由于扭转后三角形的角部不再对着来流方向，边角侧风增强，因此建筑两侧高风速区范围增大，风速有所增加；由于扭转后沿表面移动的下沉气流向扭转的一侧移动更多，因此建筑两侧高风速区内风速并不相同。同时，背风面风影区范围减少，风影区内风速增加，但背风面建筑表面风速减小。当三角形的一边对着来流方向时，形体对气流的阻碍作用最强，未扭转形体两侧风速最大，背风面风影区范围很大，风速很低，扭转后形体的阻碍作用减弱，建筑两侧风速明显降低，背风面风速增加。对于正方形平面形体，当形体未扭转时，建筑外表面周围风速较小，形体扭转后外表面周围风速增加，迎风面周围风速减小，背风面风速减小，风影区长度增加，风速较小。平面角部对着气流吹来的方向，对气流有较好的引导作用，能够弱化建筑角部的边角侧风，因此扭转后该区域内风速降低。直吹向建筑迎风面的气流在建筑形体中部沿着扭转的形体外表面向建筑一侧移动，因此建筑两侧风速不同，驻点高度处平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧风速较大。
图7—26 连续型平面形状形体中部速度云图
在建筑形体上部250 m高度处（图7—27），对于三角形平面形体，当三角形的一角对着来流方向时，形体对气流的阻碍作用最弱，形体未扭转时建筑两侧风速小，随着高度增加此区域范围减小。形体扭转后气流方向改变，沿扭转形体表面向形体周围移动，建筑周围整体风速降低，迎风面风速降低，由于扭转后三角形的角部不再对着来流方向，边角侧风增强，建筑两侧高风速区范围增大，由于扭转后沿表面移动的上升气流向扭转的一侧移动更多，因此建筑两侧高风速区内风速并不相同。背风面风影区内风速增加，但背风面建筑表面风速减小。当三角形的一边对着来流方向时，形体对气流的阻碍作用最强，未扭转形体两侧风速最大，背风面风影区范围很大，风速很低，扭转后形体的阻碍作用减弱，建筑两侧风速明显降低，背风面风速增加。对于正方形平面形体，形体扭转后外表面周围风速增加，迎风面周围风速减小，背风面风速增加，几乎没有风速较小的区域。形体未扭转时，建筑两侧并没有风速较大的区域，但由于直吹向建筑迎风面的气流在高层建筑的上部沿着建筑外表面向建筑一侧移动，因此在建筑两侧风速不同，驻点高度处平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧出现风速较大的区域。
图7—27 连续型平面形状形体上部速度云图
综上，根据不同截面高度处的不同风环境导向，对自身风环境影响的计算结果进行归纳（表7—4），可以表示出不同平面形状形体对不同高度处的风环境问题的影响利弊。从结果可以看出，正方形平面形状比三角形平面形状对自身风环境更有利。
表7—4 连续型平面形状自身风环境影响计算
7.2.1.3 建筑朝向与风向的角度
建筑朝向与风向的角度影响建筑表面的气流、迎风面面积、风影区范围、室内风速、室内通风量等。对于夏热冬冷地区，夏季和冬季主导风向不同，研究扭转形体与风向之间的关系有利于寻找建筑朝向的最佳方位和形态策略，能够利用不同季节的气候特点和环境导向在设计阶段考虑风环境问题以达到适应环境、生态节能的目的。建立标准层面积为2 000 m2、标准层平面形状为正方形、正方形边长为44.72 m、建筑高度为300 m，从建筑底部到顶部的整体扭转90°的高层建筑模型为朝向与风向角度模拟分析的计算模型，并建立与扭转形态模型具有相同标准层面积、平面形状和建筑高度的非扭转形态模型作为对比计算模型（图7—28）。
将两个实体模型导入CFD分析软件GAMBIT中进行流道提取，建立分析网格和计算模型，设定入口边界条件模拟风速和风向，由于模型平面与风向所成的角度有一定的对称性，因此将模型的一边与风向的角度分别设定为0°、22.5°、45°，然后运行FLUENT求解器进行风环境模拟求解，并对求解结果进行后处理。对于求解结果，选取流场中的模型的纵向截面，可以获得平行风场的速度云图和压力云图，由此可以看出建筑形体对周边风环境的影响和前后表面风压差的变化。选取水平截面，将其高度设定为2 m、150 m和250 m，分别可以获得高层建筑形体底部、中部和上部的速度云图，由此可以看出不同的截面高度处风速的变化情况。在不同的风向角度下，分别将扭转形体的计算结果与未扭转形体的计算结果进行对比，分析不同的风向角度下形体扭转后周围风环境的风影区、风速和风压的变化规律。
图7—28 连续型建筑与风向角度计算模型
连续型扭转形态的建筑朝向与风向角度计算选定扭转角度为90°扭转形体与非扭转形体两个计算模型，改变入口边界条件中风向的角度，进行三次模拟计算。通过fluent模拟计算可以得出以下几个方面的结果。
1. 高层建筑对周边风环境的影响(www.xing528.com)
根据平行风场速度云图（图7—29），当风向与建筑底面一边平行时，形体扭转后上半部建筑两侧的气流沿扭转形体表面向上移动，水平方向移动的气流减少，造成上半部背风面风速降低，形成风影区，因此风场在未扭转形体的背风面恢复至未吹向建筑时较快，未扭转形体对高层建筑周边风环境的影响更小。当风向与建筑底面一边的夹角成22.5°时，形体扭转后在上半部背风面风速降低，形成风影区，未扭转形体的背风面风场恢复较快，对周边风环境影响更小。当风向与建筑底面一边的夹角成45°时，正方形的角部对着风场的来流方向，形体对气流的阻碍作用最小，扭转使得背风面风速增加，风场在扭转形体的建筑背风面恢复较快，因此90°扭转形体对周边风环境影响更小。
图7—29 连续型风向角度平行风场速度云图
2. 高层建筑对自然通风的利用
根据平行风场压力云图（图7—30），当风向与建筑底面一边平行时，建筑形体扭转后前后表面风压差增大，扭转有利于自然通风。其中，形体上部1/2部分风压差最大，对形体中部和上部通风最有利。当风向与建筑底面一边的夹角成22.5°时，建筑形体扭转后前后表面风压差增大，扭转有利于自然通风，其中，形体中部至上部1/3处风压差最大，对形体上部通风最有利。当风向与建筑底面一边的夹角成45°时，建筑形体扭转后前后表面风压差减小，扭转不利于自然通风，而未扭转形体上1/4部分风压差最大，对形体上部通风最有利。
图7—30 连续型风向角度平行风场压力云图
3. 高层建筑对自身风环境的影响
根据不同截面高度的速度云图，在建筑近地面2 m高度处（图7—31），当风向与建筑底面一边平行时，形体扭转后建筑周围风速降低，迎风面风速降低，建筑两侧高风速区范围减小，风速增加，背风面有较长的风速较低的风影区。由于风直吹到建筑上后气流向形体两侧移动，在建筑两侧形成边角侧风，扭转后迎风面下沉气流沿扭转形体表面向形体一侧移动，并与底部气流混合，在建筑底部两侧形成风速较大的区域。
图7—31 连续型风向角度建筑底部速度云图
当风向与建筑底面一边的夹角成22.5°时，形体未扭转时建筑周围风速较大，由于与风向之间的角度，建筑两侧风场并不对称。形体扭转后建筑周围整体风速明显降低，迎风面风速降低，建筑两侧风速降低，但出现风速较大的区域，背风面风速明显减小，风影区范围增加。
当风向与建筑底面一边的夹角成45°时，形体未扭转时正方形平面的对角线与风向平行，迎风面面积最小，形体对气流的阻碍作用最弱，形体两侧风速较小。形体扭转后，由于沿扭转形体表面运动的下沉气流下降到地面处与底部气流混合，使得建筑的迎风面和建筑两侧风速增加明显，而建筑底部背风面风速情况则无明显变化。
在建筑形体中部150 m高度处（图7—32），当风向与建筑底面一边平行时，形体扭转后外表面周围风速增加，迎风面风速减小，背风面风速减小，风速较小的风影区长度增加。由于风直吹到建筑上后气流向形体两侧移动，在建筑两侧形成“角流区”，形体未扭转时建筑形体两侧有高风速区，由于在建筑中部扭转形体的平面扭转角度是45°，平面角部对着气流吹来的方向，对气流有较好的引导作用，能够弱化建筑的边角侧风，因此扭转后该区域内风速降低。由于直吹向建筑正面的气流在高层建筑的中部沿着形体外表面向下移动，气流沿着扭转的形体外表面向建筑一侧移动，因此建筑两侧风速不同，一侧偏大。
当风向与建筑底面一边的夹角成22.5°时，形体未扭转时，由于风向与底边夹角22.5°，建筑两侧风场并不对称，平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧风速较大。形体扭转后建筑两侧风速显著增加，出现明显的高风速区，平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧风速较大，因此风速较大的一侧与未扭转形体相反。同时，气流在形体两侧集中形成边角强风，使得建筑背风面气流停滞，风速降低，风影区范围增加。
当风向与建筑底面一边的夹角成45°时，形体未扭转时，建筑周围风环境状况基本对称，形体两侧风速较小。形体扭转后，由于形体中部正方形平面的一边与风向平行，角部气流增强，建筑两侧风速增加且有范围较大的高风速区，直吹向建筑正面的气流在高层建筑的中部沿着形体外表面向下移动，形体扭转后气流沿着建筑外表面向建筑一侧移动，因此形体一侧风速更大，此侧平面边长在风的来流向上的投影长度较小。
在建筑形体上部250 m高度处（图7—33），当风向与建筑底面一边平行时，形体扭转后外表面周围风速增加，迎风面周围风速减小，背风面风速增加，几乎没有风速较小的区域。形体未扭转时，建筑两侧并没有风速较大的区域，但由于直吹向建筑正面的气流在高层建筑的上部沿着形体外表面向上移动，形体扭转后气流不在垂直方向移动，而是沿着建筑外表面向建筑一侧移动，因此在建筑两侧风速不同，平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧出现风速较大的区域。
图7—32 连续型风向角度建筑中部速度云图
图7—33 连续型风向角度建筑上部速度云图
当风向与建筑底面一边的夹角成22.5°时，形体未扭转时，建筑两侧风场并不对称，平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧风速较大。形体扭转后，迎风面的上升气流沿扭转形体表面向两侧移动，使得迎风面风速降低，建筑两侧风速增加，出现明显的高风速区，平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧风速较大。与形体中部相似，气流在形体两侧集中形成边角强风，使得建筑背风面气流停滞，风速降低，风影区范围增加。
当风向与建筑底面一边的夹角成45°时，形体未扭转时，建筑周围风环境状况基本对称，形体两侧风速较小。形体扭转后，迎风面上的上升气流沿着扭转形体表面向建筑侧面移动，因此建筑迎风面风速降低，建筑两侧风速增加，但两侧气流并不对称，平面边长在风的来流向上的投影长度较小的一侧风速较大。气流在扭转形体两侧聚集，背风面风影区范围增大，风速降低。
夏热冬冷地区夏季和冬季主导风向不同，夏季和冬季对应的风环境导向也不同，在设计中应考虑夏季降温，冬季防寒。在夏季，在建筑的中部可以通过适当增加的外表面风速带走室内多余的热量，而在冬季过大的外表面风速则对建筑的保温不利。通过形体中部的速度云图（图7—32）可以看出，当风向角度为45°时扭转形体外表面风速最低，冬季时建筑朝向与冬季主导风向采取此角度对保温更有利，风向角度为22.5°时外表面风速最高，夏季时建筑朝向与夏季主导风向采取此角度对通风降温更有利。
综上，根据不同截面高度处的的不同风环境导向，对自身风环境影响的计算结果进行归纳（表7—5），可以表示出不同建筑朝向对不同高度处的风环境问题的影响利弊。从计算结果分析中可以看出，当正方形平面与风向成45°时，形体对自身风环境的影响最小。
表7—5 连续型建筑朝向自身风环境影响计算
（续表）
7.2.1.4 建筑高度
建筑高度与风速变化关系最为密切，随着建筑高度增加，周围风速也随之变大，建筑高度直接影响高层建筑外表面的风速和风压。建立以标准层面积为 2 000 m2、标准层平面形状为正方形、正方形边长为44.72 m、从建筑底部到顶部的整体扭转90°的高层建筑模型为扭转角度模拟分析的计算模型，模型高度分别设定为200 m、300 m、400 m，并建立与之具有相同标准层平面和相同高度的非扭转形态模型作为对比计算模型（图7—34）。
图7—34 连续型建筑高度计算模型
将六个实体模型导入CFD分析软件GAMBIT中进行流道提取，建立分析网格和计算模型，设定入口边界条件模拟风速和风向，风向设定为与模型底部正方形平面一边垂直。然后运行Fluent求解器进行风环境模拟求解，并对求解结果进行后处理。对于求解结果，选取流场中的模型的纵向截面，可以获得平行风场的速度云图和压力云图，由此可以看出建筑形体对周边风环境的影响和前后表面风压差的变化。选取水平截面，改变每个模型的截面位置，将其设定为距模型底部2 m、模型总高度的1/2处和模型总高度的4/5处，分别可以获得高层建筑形体底部、中部和上部的速度云图，可以看到不同的截面高度处风速的变化情况，分别将不同建筑高度的扭转形体的计算结果与未扭转形体的计算结果进行对比，分析不同建筑高度的扭转形体的风影区、风速和风压的变化 规律。
连续型扭转形态的建筑高度模拟计算选取的计算模型分别是建筑高度为 200 m、300 m和400 m的高层建筑扭转形体和未扭转形体，并将计算结果分为三组进行对比分析。通过Fluent模拟计算可以得出以下几个方面的结果。
1. 高层建筑形体对周边风环境的影响
从平行风场的速度云图（图7—35）可以看出，随着高度的增加，形体对周边风环境的影响程度增加。当建筑高度为200 m时，未扭转形体背风面风影区较长，整个背风面风速较小，形体扭转后上半部背风面风影区内风速较低，风场在扭转形体的背风面恢复至未吹向建筑时较快，扭转形体对高层建筑周边风环境的影响更小。当建筑高度为300 m时，形体扭转后上半部背风面风速降低，形成风影区，因此风场在未扭转形体的背风面恢复至未吹向建筑时较快，未扭转形体对高层建筑周边风环境的影响更小。当建筑高度为400 m时，形体扭转后上半部背风面风速降低，形成风影区，因此风场在未扭转形体的背风面恢复至未吹向建筑时较快，未扭转形体对高层建筑周边风环境的影响更小。
2. 高层建筑形体对自然通风的利用
从平行风场的压力云图（图7—36）可以看出，随着高度的增加，当建筑高度为200 m时，建筑形体扭转后前后表面风压差增大，扭转有利于自然通风，其中，形体上部1/3部分风压差最大，对形体上部通风最有利。当建筑高度为300 m时，建筑形体扭转后前后表面风压差增大，扭转有利于自然通风，其中，形体上部1/2部分风压差最大，对形体中部和上部通风最有利。当建筑高度为400 m时，建筑形体扭转后前后表面风压差增大，扭转有利于自然通风，其中，形体上部1/4部分风压差最大，对形体上部通风最有利。
3. 高层建筑形体对自身风环境的影响
图7—35 连续型建筑高度平行风场速度云图
从不同截面高度速度云图可以看出，在建筑底部近地面2 m高度处（图 7—37），当建筑高度为200 m时，形体扭转后上部气流向下移动后与底部气流混合使近地面处气流加强，形体扭转后近地面处建筑周围风速增加，迎风面、建筑两侧和背风面风速均有所增加，背风面风影区范围减小。
当建筑高度为300 m时，形体扭转后建筑周围风速降低，建筑两侧风速增加，迎风面下沉气流沿扭转形体表面向形体一侧移动，并与底部气流混合，在建筑底部两侧形成风速较大的区域，背风面有较长的风速较低的风影区。
当建筑高度为400 m时，形体扭转后上部气流向下移动后与底部气流混合使近地面处气流加强，建筑周围风速增加，迎风面、建筑两侧和背风面风速均有所增加，背风面风影区范围减小。
图7—36 连续型建筑高度平行风场压力云图
图7—37 连续型建筑高度建筑底部速度云图
在建筑形体中部（图7—38），当建筑高度为200 m时，在建筑形体中部100 m高度处，形体扭转后建筑两侧高风速区风速增加，背风面风速降低。由于直吹向建筑正面的气流在高层建筑的中部沿着扭转的形体外表面向建筑一侧移动，因此建筑两侧风速不同，一侧偏大。
当建筑高度为300 m时，在建筑形体中部150 m高度处，形体扭转后外表面周围风速增加，迎风面周围风速减小，背风面风速减小，风速较小的风影区长度增加。形体未扭转时建筑形体两侧有高风速区，形体扭转后建筑中部平面角部对着气流吹来的方向，对气流有较好的引导作用，能够弱化建筑的边角侧风，因此扭转后该区域内风速降低。由于直吹向建筑正面的气流在高层建筑的中部沿着扭转的形体外表面向建筑一侧移动，因此建筑两侧风速不同，一侧偏大。
当建筑高度为400 m时，在建筑形体中部200 m高度处，形体扭转后迎风面风速增加，建筑两侧高风速区风速增加，背风面风速降低。由于直吹向建筑正面的气流在高层建筑的中部沿着扭转的形体外表面向建筑一侧移动，因此建筑两侧风速不同，一侧偏大。
在建筑形体上部（图7—39），当建筑高度为200 m时，在建筑形体上部160 m高度处，形体扭转后外表面风速降低，建筑两侧高风速区风速增加，背风面风速降低。直吹向建筑正面的气流在高层建筑的上部沿着扭转形体外表面向建筑一侧向上移动，因此在建筑两侧风速不同。当建筑高度为300 m时，在建筑形体上部250 m高度处，形体扭转后外表面风速增加，迎风面周围风速减小，背风面风速增加，几乎没有风速较小的区域。形体未扭转时，建筑两侧并没有风速较大的区域，但由于直吹向建筑正面的气流在高层建筑的上部沿着扭转形体外表面向建筑一侧向上移动，因此在建筑两侧风速不同。当建筑高度为400 m时，在建筑形体上部320 m高度处，形体扭转后外表面风速降低，建筑两侧高风速区风速增加，背风面风速降低。直吹向建筑正面的气流在高层建筑的上部沿着扭转形体外表面向建筑一侧向上移动，因此在建筑两侧风速不同。
综上，根据不同截面高度处的不同风环境导向，对自身风环境影响的计算结果进行归纳（表7—6），可以表示出不同建筑高度对不同高度处的风环境问题的影响利弊。从计算结果的分析中可以看出，在对自身风环境影响方面，不同高度的非扭转形体有利于扭转形体，对于建筑底部300 m形体相对更有利，对于建筑中部200 m形体和400 m形体更有利，对于建筑上部，200 m形体更有利。
图7—38 连续型建筑高度建筑中部速度云图
图7—39 连续型建筑高度建筑上部速度云图
表7—6 连续型建筑高度自身风环境影响计算
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