現(xiàn)代高層建筑的可持續(xù)發(fā)展

1、現(xiàn)代高層建筑的可持續(xù)發(fā)展li建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計rchhecturalowlstructuroldesign【文章編號】1007.9467(2008)12.002604現(xiàn)代高層建筑的可持續(xù)發(fā)展張仁新(大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計研究院,遼寧大連116023)【摘要】高層建筑的發(fā)展至今已面臨困境.遵循生態(tài)設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展原則是必然趨勢.闡述了高層建筑可持續(xù)發(fā)展的要點是:以人為核心,最大限度地提高能源和材料的使用效率,減少建設(shè)和使用過程中對環(huán)境的污染.結(jié)合自然和注重效益,在保護環(huán)境與合理利用資源的前提下,確?；竟δ芎吞岣咝?塑造更具個性的建筑形象及利用高科技實施智能化.【關(guān)鍵詞】高層建筑;摩天樓;發(fā)展;

2、環(huán)境;可持續(xù)發(fā)展;綠色;生態(tài)【中圖分類號】tu208-3【文獻標(biāo)志碼】amodemhigh-risebuildingforsustainabledevelopmentzhangrenxin(designinstituteofcivilengineering&architectureofdalianuniversityoftecnology.ltd,dalian,116023,china)abstractthedevelopmentofhi【ghrisebuildingshavebeenfacedwithdifficulties.ecodesignfollowedtheprinciple

3、sofsustainabledevelopmentisaninevitabletrend.sustainabledevelopmentofitsmainpointsare:peoplecentered,tomaximizetheuseofenergyandmaterialsefficiencyandreducetheuseoftheprocessofbuildingandtheenvironmentandpollution.combinationofnaturalandpayattentiontoefficiency,environmentalprotectionandrationaluseo

4、fresourcesunderthepremiseofensuringthebasicfunctionsandimprovetheeffectivenessofshapingamorepersonalizedimageoftheconstructionandimplementationoftheintelligentuseofhighteehnologt.keywordshighrisebuilding;skyscraper;developm;enviroment;sustainabledevelopment;green;ecoloty近現(xiàn)代高層建筑自19世紀(jì)末在芝加哥誕生以來,已經(jīng)經(jīng)歷了上百

5、個年頭.就在人類為不斷征服新的建筑高度而興奮不已時,其創(chuàng)作中不顧自然生態(tài)環(huán)境,缺少節(jié)能意識和地方特色等,已幾乎成為高層建筑設(shè)計的通病.在現(xiàn)代高樓林立的都市中,密集的建筑群造成陰影遮擋,熱島效應(yīng),高能耗及高樓綜合癥等諸多不良影響.我國目前正處于高層建筑建設(shè)的高潮,然而許多高層建筑卻處于”低標(biāo)準(zhǔn),高消耗,低效能,高污染”的狀態(tài),這種發(fā)展是不能持久的.因此,以”綠色”和生態(tài)為宗旨的設(shè)計,必將成為21世紀(jì)我們的首要目標(biāo)之一.依此觀點,就意味著我們需要在建造中對自然環(huán)境施加最小的影響(如果可能的話,還應(yīng)產(chǎn)生積極的作用),并使我們建成的環(huán)境與生物圈的生態(tài)系統(tǒng)融為一體.倘非如此,人類作為生物圈中的一支,遲早

6、會使地球不勝負(fù)荷.在21世紀(jì),關(guān)鍵的建筑類型將會是一些城市建筑,而它們除了一些諸如購物中心,機場等集中式的建筑類型外,很可能是一些高層建筑或摩天樓.無論我們贊成或反對,在現(xiàn)實中這種建筑類型將不會簡單地消失.近來的趨向表明,摩天樓作為一種建筑類型,將會繼續(xù)建造,并在世界上許多城市中繼續(xù)存在.在我們創(chuàng)造另一種經(jīng)濟上可行的替代方案之前,以及當(dāng)前大量人口從鄉(xiāng)村向城市遷移的潮流和規(guī)劃管理上有根本的改變之前,這種狀況大約會持續(xù)下去.因此,我們必須要知道如何用一種具有生態(tài)意義的方法來設(shè)計如此集中的建筑類型.本文的重點,就是關(guān)于這一建筑類型及其可持續(xù)設(shè)計方法的研究.1建筑形式,朝向和樓層平面形狀的選擇高層建筑

7、的朝向?qū)侠砝米匀毁Y源有重要意義.同樣平面形狀的建筑物,南北向比東西向負(fù)荷少.故核心體的位置可考慮放在東西向,以使主要空間免受陽光直射,從而節(jié)省空調(diào)能耗和最大限度減少熱損失.建筑師楊經(jīng)文在設(shè)計馬來西亞ibm公司大廈時,充分考慮了濕熱地區(qū)氣候特點,將核心體布置在建筑的東側(cè),在西側(cè)布置邊庭和次要空間,辦公室等主要使用空間則布置在南北向,且各部分都具有良好的自然通風(fēng)和采光.在平立面設(shè)計時,設(shè)計者還需要特別注意保護該建筑到周圍建筑的”視廊”,及其陰影對周圍建筑的影響.除非存在特別重要的視覺走廊,一般窗戶都應(yīng)該面向直接日曬最小的方向.在高層建筑的設(shè)計中,規(guī)劃階段的一個關(guān)鍵問題是確定其服務(wù)核(即樓梯,電

8、梯和衛(wèi)生間的位置).服務(wù)核的定位決定了在樓層周邊的哪一部分開窗,也影響了整個建筑的熱工性能.特別是,設(shè)計者必須將當(dāng)?shù)氐奶栠\動軌跡和風(fēng)玫瑰與其它因素(如最佳的視線方向,場地形狀,與相鄰建筑的關(guān)系等)作為一個整體加以綜合考慮.例如,服務(wù)核的定位能起遮陽與擋風(fēng)的作用.它們可以布置在建筑的東端,西端或東西兩端,以遮擋日曬.有研究表明:當(dāng)采取雙核的形式,使服務(wù)核設(shè)于建筑東西兩端,窗戶設(shè)于南北兩向時,能節(jié)省空調(diào)負(fù)荷高達20%.在氣候寒冷和溫和地區(qū),以及生物圈中的南北兩極地區(qū),這些服務(wù)核還能作為擋風(fēng)的屏障.在3種服務(wù)核的可能布置方式中(即”中心核”“雙核”,”單面核,),雙核的布置形式是最優(yōu)的.這種將服務(wù)

9、核布置在周邊的優(yōu)點是:1)不需要防火的壓力管道,從而降低初始費用和運營費.2)使用者有良好的視線景觀,從而增強其場所感.建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計larchitecturalandstructuna!designi3)能使電梯間獲得自然通風(fēng).4)能使樓電梯間獲得自然采光.5)在建筑的整個動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時更安全.6)具有遮陽和擋風(fēng)作用.當(dāng)雙核分別位于東西兩端,南北兩向開窗時,空調(diào)負(fù)荷最小;相反,當(dāng)采用中心核,主要采光口位于東南和西北兩側(cè)時,空調(diào)負(fù)荷最大.而且,若不考慮建筑的類型,高層建筑沿南北向長軸布置時的空調(diào)負(fù)荷,是東西向長軸布置時的1.5倍.通過采用上述的原則,生態(tài)氣候的摩天樓設(shè)計已經(jīng)在形式上與一般的

10、中心筒式的摩天樓類型有很大的差異了.2高層建筑的立面設(shè)計在設(shè)計的這個階段,立面設(shè)計應(yīng)該比建筑的內(nèi)部受到更多重視.高層建筑的外墻應(yīng)該被做為一種環(huán)境的”過濾器”來設(shè)計,它應(yīng)該象一種”過濾裝置”而不是一個”密閉的表皮”.它應(yīng)該有可以調(diào)節(jié)的“開口”,能作為”有可變部件的過濾器”加以操作.立面在設(shè)計中應(yīng)該是多功能的:如能獲得自然通風(fēng);控制穿堂風(fēng);滿足向外的視線要求;能控制潲雨的侵襲;解決大雨時的排水問題;能屏蔽噪音;以及具有夏季遮陽和寒冷季節(jié)的御寒作用等;此外,還能增加建筑的美觀.控制太陽能的最有效形式是在玻璃外加遮陽裝置.但其設(shè)計的前提是要了解當(dāng)?shù)氐奶栠\動規(guī)律.對建筑,尤其是其外墻所受熱輻射的有效防

11、護措施,是選擇某些在炎熱條件下具有吸收和輻射性能的材料.這些材料首先要對熱輻射的反射大于吸收,而吸收的熱量又能迅速地以熱輻射的方式釋放出去,以降低室內(nèi)溫度.外立面色調(diào)應(yīng)該越淺越好,以減少城市的熱島效應(yīng)和建筑的總空調(diào)負(fù)荷.立面應(yīng)設(shè)計成既可獲得日照,同時又能隔絕熱量.應(yīng)該詳細(xì)地了解玻璃對太陽光的各種特性(如傳遞,吸收和反射等).直接被太陽照射的外墻面應(yīng)該是隔熱的,并且27l建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計larchitecturalstructuraldesign要注意其時間延長的影響.這些外墻材料應(yīng)該是有效的隔熱構(gòu)件,或設(shè)計成”雙層的”通風(fēng)空間.如:楊經(jīng)文最近在上海設(shè)計了一座36層的綜合大樓.該大樓設(shè)有兩層外殼,

12、中間夾有一層可調(diào)百葉來調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候以減少空調(diào)能耗.夏季兩層外殼由于煙囪效應(yīng)而利于空氣的流通,冬季又起到防寒作用.為遮擋西北風(fēng),在建筑外部還做了一個巨大的擋風(fēng)板.從而,充分體現(xiàn)了生態(tài)學(xué)的設(shè)計思想.3屋頂?shù)奶幚砀邔咏ㄖ奈蓓攽?yīng)作為建筑的第5立面考慮.與低層建筑相比,高層的屋頂在熱性能方面是不太重要的,因為與其外墻總面積相比,屋頂?shù)拿娣e相對不大.然而,頂部結(jié)構(gòu)的直接吸熱是需要加以考慮的.通常情況下,許多屋頂上設(shè)有機械設(shè)備,它們起到部分隔熱的作用.此外,還有設(shè)屋頂挑蓬或涼棚,以及屋頂花園等方法.通常,屋頂由蓄熱能力低的材料構(gòu)成,而在沒有遮陽的地方設(shè)有反射力強的外表面材料.屋項應(yīng)該優(yōu)先采用雙層結(jié)構(gòu),上層

13、的表面可以很好的反射陽光.4風(fēng)與自然通風(fēng)的考慮自然風(fēng)是一個重要的地段環(huán)境能源.充分利用當(dāng)?shù)氐娜诊L(fēng)玫瑰圖,我們就能確定城市建筑的樓層平面和外墻形式,使之利于自然通風(fēng)和更有效的降溫.本質(zhì)上看,我們發(fā)現(xiàn)50%以上的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量低劣是由于缺少充足的通風(fēng)引起的.自然通風(fēng)有以下用途:提高室內(nèi)的舒適度(空氣流通),有益于身體健康(空氣交換)以及建筑的降溫(空氣流通).設(shè)計者必須明確,就當(dāng)?shù)厍闆r而言,哪些風(fēng)的作用是可以利用的.在任何情況下,一棟生物氣候設(shè)計或生態(tài)設(shè)計的建筑物的服務(wù)核,都應(yīng)該是自然通風(fēng)和采光的,同時應(yīng)盡可能獲得向外良好的視野.由于在電梯間能看到室外,這樣高層建筑的使用者一走出封閉的電梯箱時,就能

14、獲得自然的陽光和空氣,從而獲得一種更強烈的”場所感”.自然通風(fēng)對可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計而言是有價值28的,因為它能依靠自然的空氣流動,并通過減少機械通風(fēng)和空調(diào)的需求,節(jié)省那些重要的,不可再生能源的使用.它解決了對建筑的兩個基本的要求:即排除室內(nèi)污濁的空氣與濕氣;增強人的熱舒適感.自然通風(fēng)只在高層建筑的某些部位適用.在溫和與寒冷的氣候下,設(shè)計的關(guān)鍵是要限制進入室內(nèi)的空氣量,使其能滿足人們對新鮮空氣的最小需求,同時又不導(dǎo)致室內(nèi)變冷或過多的熱損耗.采用自然通風(fēng)的高層建筑,應(yīng)該從形狀上最限度的面向所需要的(夏季)風(fēng)向展開,并設(shè)計成進深相對較淺的平面(如外墻到外墻14m進深)使流動的空氣易于穿過建筑,形成穿堂

15、風(fēng),有效地獲得舒適感.風(fēng)穿過建筑的路徑應(yīng)該是在使用者頻繁活動的區(qū)域(即樓層以上2m之內(nèi)).5豎向景觀的運用將植物引入高層建筑,有下列3種基本的方法:并置,混雜與整合.植物具有美學(xué),生態(tài)學(xué),能源保護等方面的作用,并能對風(fēng)雨起到有效的氣候調(diào)節(jié)作用.植物能對室內(nèi)空問與建筑外墻起遮陽作用,同時減少外部的熱反射和眩光進入室內(nèi).植物的蒸發(fā)作用在于其成為立面有效的冷卻裝置,并改變建筑外表的微氣候.在溫和氣候地區(qū)的夏季,立面綠化能使建筑的外表面比街道處的環(huán)境溫度降低5;冬季的熱量損失能減少30%.高層建筑立面外表面積能達到用地面積的4倍5倍.假設(shè)整個立面覆以植物,其降溫作用將是重大的.它同時對減少城市的熱島效

16、應(yīng)有著重要的意義.在室外,植物能使其周圍的城市溫度降低約l;而能遮蔭的樹木,其樹蔭下的溫度又比周圍溫度再低2.植物之間的連續(xù)性對于物種多樣性的獲得是重要的.為獲得城市建筑”豎向景觀”中植物的連續(xù)性,系統(tǒng)中植物應(yīng)該是相互連接的(例如在建筑立面上通過階梯狀的花池形成”連續(xù)的植物區(qū)”).它們能允許一定范圍內(nèi)植物物種之間的相互作用與遷移,并與地面的生態(tài)系統(tǒng)連為一體.另一種方式是將植物分隔地種植在不聯(lián)系的花池中,但這種方式會導(dǎo)致植物種類的單一性,它需要外部的輸入(如人類的經(jīng)常維護)來保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定.6空中庭院的創(chuàng)造高層建筑的造型可以在其立面上插入一些過度空問,以提供可用的空中場所.比如:創(chuàng)造一種凹退

17、的階臺狀空間或成為”空中花園”,作為室內(nèi)外的間隙空間.空中庭園本質(zhì)上就是一種凹進開敞的空間,它有通高的玻璃門可以從室內(nèi)向此空間敞開.空中庭園具有下列功用:對部分建筑的遮陽作用;可作為緊急疏散區(qū);可用于綠化和景觀設(shè)計;在允許容積率增加的情況下,可作為未來擴建的靈活間隙空間;可為使用者創(chuàng)造一個更富有人情味的環(huán)境,人們可以從封閉的室內(nèi)空間步入到這些開敞的露天空問,直接感受室外環(huán)境和欣賞景觀.這些空間的上部是不需要完全遮擋的.它們可以覆以百葉式的屋頂,既可使風(fēng)流進入,又能使熱氣排出.這些空間甚至能擴展到整個建筑的高度,作為風(fēng)洞以利于室內(nèi)通風(fēng).7交通設(shè)計高層建筑的交通應(yīng)是有機和高效的.在水平方向上,其走

18、道長,寬應(yīng)按規(guī)范控制:環(huán)形走道對交通和疏散都十分有利;應(yīng)盡量避免帶形走道,否則要在盡端設(shè)置輔助疏散設(shè)施.在垂直方向上,乘客屯梯應(yīng)充分考慮合適的數(shù)量及布置形式,并宜采用分區(qū)方式以提高效率.裙房和主樓應(yīng)各自配置樓梯而不宜混用.超高層建筑還應(yīng)設(shè)置避難層.標(biāo)準(zhǔn)層規(guī)模龐大者還應(yīng)設(shè)置屋頂直升機場.對于雙塔或綜合體類型的高層建筑來說,可設(shè)置”空中走廊”將電梯轉(zhuǎn)換層,避難層等聯(lián)系起來,從而提高交通效率和有利于相互疏散,還能使建筑造型生動別致.例如:日本東京的圣路加花園大樓,其雙塔由底層的共享大廳和”空中走廊”構(gòu)成連接體.在21世紀(jì),信息,能源技術(shù)的發(fā)展,以及能源,l建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計iarchitecturalandstructuraldesign1資源的危機和環(huán)境惡化,人口膨脹等因素,要求建筑師視野開闊并把握全局,從整體,全面,綜合的角度出發(fā),創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的高