顧及形體與生態的高層建筑設計探討

文/ 趙子瑄 河北保定一中 河北保定 071000

1、引言

高層建筑是現代城市規劃發展中建筑體的一種重要形式，有實現提高土地利用、減少土地占用的特點。但是在高層建筑中存在著兩個方面的困難，第一是高層建筑結構的復雜性導致建設難度較大，第二是在一定程度上能耗相對較高，對高層建筑的建設是不利的。在可持續發展理念的指引下，高層建筑設計將面向綠色生態環保的理念，同時盡可能地綜合考量建筑形體及其與外部環境的適配，用于指導綠色節能的居住環境的建設，從而實現能源的有效利用，實現高層建筑的進一步發展。本文將在考察高層建筑設計的發展趨勢的基礎上，重點考察建筑設計中的外形因素和生態因素，對高層建筑設計的人居理念和生態理念進行深入的探討。

2、高層建筑設計現狀與趨勢

本文主要研究對象為商用或住宅用途的高層建筑。

高層建設規劃的未來發展趨勢體現在，注重建筑生態低碳和環保研究，并對建筑形體設計和周圍環境進行選擇，通過對地理條件、周邊空氣質量、交通組織、環境綠化、項目選擇、以及噪音等情況進行綜合分析，最后確定最優化選擇得到的相應的地點，進行城市高層建筑工程建設，從而提升人居環境質量。在高層小區建設中要將節能特性融合進建筑設計，統籌考慮建筑通風、朝向和景觀綠化等，采取相應的節能措施包括高效利用太陽能等自然資源，形成建筑的系統節能體系，達到環境的可持續發展的目標，最終逐步提高人居生活水平。建筑容積率的適當調整，建筑物外立面面積的有效設計，有利于實現綠色發展。通常從幾個方面考慮：（1）減少建筑面寬，實現四季的舒適感，從而提高高層的適宜性；（2）通風口的設置，應用在在高層建筑形體處理中，可以實現氣流的加強流動。將高層設計方案應用到實際工程建設，需要分析處理很多細節，人居協調的要求和環境才能滿足和實現，從而有效發展城市中的高層建筑[1]。

3、形體與選址因素

3.1 形體設計

建筑形體是建筑藝術的重要表現載體，用于區別其他建筑的主要形式。同時，建筑形體要解決：（1）高層建筑適應自然環境，（2）高層建筑適應原位局部盛行風（風速、風向阻力、風壓和承壓），（3）高層建筑適應歷史人文環境，從而達到與自然和諧相處且融入當地人文的目的[2][5]。

3.1.1 形體適應風場

為了削弱潛在強大風力對高層建筑形體的結構荷載，同時優化自然通風條件，進一步改善室內布局，并最大限度地減少能源低效消耗和材料任意使用帶來的浪費，需要進行形體收分。風洞實驗及計算機模擬，可以用來支撐實現高層建筑形體設計以適應不同條件的風場。一般來說，上收的流線型頸椎型，是這類高層建筑的常見形式。在建筑不同高度，設計局部開槽，角部由轉角曲面表達，能減少環境中產生自超高層建筑的紊流，幫助共同營造適室外空間。當然，風壓對玻璃幕墻的威脅，也因為該處理而大大減少，能夠使得高層建筑的安全系數得到提升。

3.1.2 形體內部開口

空間組織和自然通風的有效改善，則通過中庭或邊庭分段設置。有以下幾個方面的好處：（1）降低使用者對建筑的感受高度，人們對高層建筑的巨大高度和空曠產生的心理壓迫能夠得到環節；（2）提供宜人的中庭邊庭空間用于休息交流，提高建筑內部空間的利用；（3）降低高層建筑的無效能耗。

3.1.3 形體轉角扭轉

較好的日照條件和自然通風，能夠通過高層建筑轉角的設計，使建筑各個方向都能實現。以上海中心大廈為例，多次風洞實驗及計算機參數模擬結果得出，最佳扭轉角度為120°。具體體現為該扭轉角度可以減少風阻影響，主要范圍為其與周邊三棟高層建筑的領域內。同時能夠優化領域微小氣候，降低高層建筑上部結構所受外部風力荷載，達到穩定高層建筑整體結構的目的。

3.2 選址規劃

3.2.1 選址的主要條件

周圍環境條件，對高層建筑為中心的生活舒適度有著決定性的作用。對于綠色建筑設計，在選址方面主要注重人文環境條件、地質和氣象等。作為高層建筑選址標準，宜人的自然環境和穩定的地質條件應必不可少。

3.2.2 周圍和樓身綠色景觀

建筑設計中的綠色景觀，不僅可以改善高層建筑物的視覺外形，還可以調節小區周圍氣溫和水分，改善局部空氣質量。綠色景觀設計，可以是在高層建筑的陽臺、樓身部分區域、高層建筑樓頂和整個建筑群構造綠色植物景觀。這些綠色植物可以進行光合作用釋放氧氣，吸收太陽輻射熱量降低區域溫度，充分發揮植物的綠色環保功能。為了起到陰涼作用，除去高層建筑本身，建筑周圍、停車場以及小道附近都可栽種合適數量的喬木。為遵循當地環境生長規律，綠化植物盡可量選擇本土，保證較高的綠化覆蓋率。

4、高層建筑設計中的生態因素

4.1 建筑生態理念

隨著經濟發展，人們的生活改善，對建筑環境的要求也越來越高。在進行高層建筑設計時，要秉承以人為本的設計理念，緊緊圍繞人的主體地位，充分考慮人對建筑使用性能的需求[3]。同時關注環境效益與經濟效益這兩方面要素，考慮當地水文條件和地質條件等關鍵要素，遵循因地制宜的原則，完成建筑設計內容，確保建筑設計能融入周圍環境[4]。利用新型材料和現代化科技，合理利用各類資源，達成降低成本的目的。進行建筑設計時，運用經濟適用理念，有利于減少能耗。具體體現為讓太陽能、風能和地熱能等可再生能源合理加入到建筑設計考慮中去。

4.2 生態建筑設計方式

高層建筑設計時需要確保建筑向陽的同時，充分利用節能技術。需要參考戶型格局不同、建筑高低差異以及日照方向和強度狀態，控制建筑間距保持合理，保證各個房間良好的光照通透性，人們的日常生活采光需求才能得到滿足。

高層建筑設計可以通過使用節能窗戶來踐行生態環保理念。由于隨著建筑高度的升高，氣壓和風力也逐漸變大，因此較強的防風和抗壓效果，是高層住宅建筑的窗戶所需的。為了滿足通風換氣的要求，需要根據不同的朝向調整窗門的設計比例。此外，較好的密封性，還需要使用建筑節能材料來保證，有利于改善房屋的隔熱性能，有利于降低能源的消耗。

高層建筑設計中，不同于傳統的磚結構，建筑外墻作為圍護結構的重要組成部分，多采用填充材料，而非磚結構所采用的是剪力墻結構和混凝土結構。在生態設計思想指導下，高層建筑外墻結構盡量選擇相對輕質材料，易于維護和替換。但是對于保溫材料作為高層建筑的圍墻外側材料時，盡量不選擇較輕的。主要考慮到高層建筑使用壽命較長，較輕的保溫材料則會顯著降低建筑墻體的抗震能力。此外，若是進行幅度力度較大的裝修，甚至可能引起墻體出現裂縫等現象。因此，需要結合每個建筑工程的具體情況，對高層建筑的結構與材料進行合理的建筑設計，同時材料方面也需要采用合適的保溫材料[6]。

結論：

本文重點針對高層建筑的設計部分進行探討，考察了當代高層建筑設計的發展趨勢，重點考察了與之相關的外形因素和生態因素兩個方面，對高層建筑設計的人居生態理念與可持續發展理念進行了深入理解，因此，充分顧及外形與生態因素的高層建筑設計是為構建未來城市規劃的建筑建設的重要基礎。