大尺度建筑和密集建筑物對(duì)行人高度風(fēng)的試驗(yàn)研究

大尺度建筑和密集建筑物對(duì)行人高度風(fēng)的試驗(yàn)研究

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市土地資源日益匱乏，城市發(fā)展逐漸向一體化、分權(quán)化的方向發(fā)展。形成了酒店、辦公室、生態(tài)公園、會(huì)議空間、優(yōu)雅住宅等多種城市功能的城市綜合體（集群）。風(fēng)環(huán)境研究國外開始較早,1972年Davenport風(fēng)繞建筑物的流動(dòng)非常復(fù)雜,包含了湍流、分離流、三維流動(dòng)等,空氣動(dòng)力學(xué)在理論上還難以完全解釋,目前主要通過風(fēng)洞試驗(yàn)1風(fēng)洞測(cè)試介紹1.1風(fēng)洞試驗(yàn)的模型建立試驗(yàn)在湖南大學(xué)大氣邊界層風(fēng)洞的高速試驗(yàn)段進(jìn)行。該風(fēng)洞為閉口回流式矩形截面風(fēng)洞,整個(gè)回流系統(tǒng)水平布置,包括兩個(gè)試驗(yàn)段:高速段和低速段,其中高速試驗(yàn)段的尺寸為3m寬、2.5m高、17m長(zhǎng);低速試驗(yàn)段尺寸為5.5m寬、4.4m高、15m長(zhǎng)。在試驗(yàn)之前,首先以二元尖塔、擋板及粗糙元以及擋板分別模擬臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》風(fēng)洞模型試驗(yàn)中包括周邊直徑900m范圍內(nèi)的已建和待建主要建筑物,模型與實(shí)物在外形上保持幾何相似,縮尺比為1∶300,如圖3所示。風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí),每一個(gè)風(fēng)向測(cè)量一組數(shù)據(jù)。風(fēng)向角間隔為10°,以垂直展覽中心長(zhǎng)邊方向的來流定義為0°風(fēng)向,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),總共有36個(gè)風(fēng)向,如圖4所示。在整個(gè)區(qū)域上布置了26個(gè)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)(如圖5),用以測(cè)試在36個(gè)不同風(fēng)向下足尺高度2m處的平均風(fēng)速和陣風(fēng)風(fēng)速。從而獲得測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速比、陣風(fēng)風(fēng)速比以及陣風(fēng)等效風(fēng)速比,計(jì)算時(shí)參考點(diǎn)定為10m高度。在風(fēng)洞試驗(yàn)中,行人高度風(fēng)的測(cè)量采用行人高度風(fēng)測(cè)量探頭(圖6)。探頭為圓柱形,柱的上端面與地面平齊,中間有測(cè)壓孔,從測(cè)壓孔中心伸出一根細(xì)的探針測(cè)頂部壓力p式中,參數(shù)a、b為探頭的標(biāo)定系數(shù)。這種探頭對(duì)流場(chǎng)干擾很小,沒有方向性,可測(cè)量各個(gè)方向的風(fēng)速。行人高度實(shí)際取為2m,對(duì)應(yīng)模型為0.67cm。2常態(tài)風(fēng)分布概率分布模型國外許多學(xué)者或研究結(jié)構(gòu)對(duì)行人風(fēng)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)開展了大量的研究,并提出了不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),而最為普遍的是超越閾值概率方法行人高度處的陣風(fēng)風(fēng)速可表示為:式中:P表1給出了4種不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)式中:U為了準(zhǔn)確確定超越閾值的概率,需要有項(xiàng)目所在區(qū)域的常年風(fēng)速的概率分布函數(shù)。目前,常態(tài)風(fēng)分布概率模型基本采用Weibull雙參數(shù)模型其中:P是風(fēng)向?yàn)閝時(shí),風(fēng)速超過U根據(jù)氣象資料風(fēng)速與風(fēng)向在高度上的線性假設(shè)和相似原理要想獲得式(7)的概率值,首先要預(yù)先獲得項(xiàng)目區(qū)域氣候條件,即常年風(fēng)速、風(fēng)向的分布概率?；谥楹Ｊ袣庀缶忠约鞍拈T氣象資料,統(tǒng)計(jì)分析得到年度風(fēng)的頻度分布和風(fēng)向分布,如表2所示,便于與后文對(duì)比分析,圖7給出了風(fēng)向分布統(tǒng)計(jì)。3結(jié)果分析3.1測(cè)點(diǎn)區(qū)的全風(fēng)向風(fēng)速比評(píng)價(jià)風(fēng)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的主要感受對(duì)象是人,包括舒適度和安全性,前者會(huì)影響到個(gè)體的正?；顒?dòng),后者則關(guān)系到人身安全。由于主要的不舒適和擔(dān)憂是由陣風(fēng)造成的,除平均風(fēng)速外,還需借助陣風(fēng)等效平均風(fēng)速衡量風(fēng)速是否超過不舒適度和擔(dān)憂程度要求的上限,Durgin給出了求解陣風(fēng)等效風(fēng)速的方法以及相應(yīng)的陣風(fēng)因子,其包含舒適性和危險(xiǎn)性兩個(gè)層面風(fēng)速比反映了由于建筑物的存在而引起風(fēng)速變化的程度,通過風(fēng)速比可以判斷建筑物周圍的局部強(qiáng)風(fēng)區(qū)。此指標(biāo)表示強(qiáng)風(fēng)區(qū)內(nèi)風(fēng)速增長(zhǎng)的倍數(shù)。是風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)。一般來說,對(duì)應(yīng)某一方向,在一定風(fēng)速范圍內(nèi)建筑物周圍的流場(chǎng)相對(duì)固定。即,風(fēng)速比一般不隨來流風(fēng)速而變,它是局部區(qū)域?qū)︼L(fēng)速放大或縮小效應(yīng)的直接體現(xiàn)。陣風(fēng)等效平均風(fēng)速比可定義為:其中:U圖8給出了26個(gè)測(cè)點(diǎn)區(qū)的全風(fēng)向最大與最小陣風(fēng)等效平均風(fēng)速比,限于篇幅,本文僅給出前8個(gè)最大陣風(fēng)等效平均風(fēng)速比玫瑰圖,如圖9。從圖8可以看出,全風(fēng)向下測(cè)點(diǎn)在處于被阻擋風(fēng)向時(shí),其風(fēng)速比較小,達(dá)到0.35;而當(dāng)來流風(fēng)向能形成峽谷風(fēng)時(shí),則表現(xiàn)出明顯的風(fēng)速放大效應(yīng),達(dá)到1.33,需要指出的是其參考點(diǎn)取為10m,換算成等高的2m,則放大效應(yīng)達(dá)到2.22倍;測(cè)點(diǎn)風(fēng)速的放大效應(yīng)與縮小效應(yīng)比值在1.19(M19)~2.73(M9)范圍。圖9的典型測(cè)點(diǎn)等風(fēng)等效平均風(fēng)速比的玫瑰圖表明,風(fēng)速放大效應(yīng)明顯的風(fēng)向均是使得測(cè)點(diǎn)在峽谷風(fēng)效應(yīng)的作用下形成的。如測(cè)點(diǎn)M9在300°~360°風(fēng)向范圍內(nèi),由于受到塔樓以及綢帶之間形成的喇叭口的氣流匯聚作用,相對(duì)同高度風(fēng)速放大了2.73倍。類似的現(xiàn)象在其他風(fēng)速測(cè)點(diǎn)均有發(fā)現(xiàn)。3.2針對(duì)風(fēng)速的測(cè)量,設(shè)計(jì)內(nèi)、走和視覺要求分如上文所述,簡(jiǎn)單的風(fēng)速比僅體現(xiàn)了局部建筑的影響,并未考慮區(qū)域風(fēng)氣候。風(fēng)環(huán)境的研究應(yīng)計(jì)入風(fēng)氣候的影響。本文基于試驗(yàn)獲得的陣風(fēng)等效風(fēng)速比及珠海市風(fēng)氣候,根據(jù)4種不同的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),給出了26個(gè)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)的行人高度風(fēng)環(huán)境評(píng)估結(jié)果,如表3、表4。從表3、表4可以看出,久坐對(duì)風(fēng)速非常敏感,大多數(shù)的風(fēng)速測(cè)點(diǎn)在不同的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)下未得到滿足,而站和行走對(duì)風(fēng)速的要求明顯寬松;對(duì)于一個(gè)高超越概率的風(fēng)速測(cè)點(diǎn)區(qū)域(如M8、M9)位于一個(gè)塔樓的邊緣,能滿足行走就能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)1最為嚴(yán)格,其次是標(biāo)準(zhǔn)3、標(biāo)準(zhǔn)2,標(biāo)準(zhǔn)4最為寬松。對(duì)于人行道處的風(fēng)環(huán)境應(yīng)滿足步行時(shí)的舒適度要求;而對(duì)于建筑物的入口,人們可能會(huì)在此短暫的逗留或徘徊,因此采用風(fēng)速較低的站立舒適性要求更為合適。不滿足站立舒適度的測(cè)點(diǎn)位置M8和M9位于塔樓的兩個(gè)入口,此兩位置屬于塔樓的主入口,因此應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑齑胧?特別是測(cè)點(diǎn)位置M8(但其僅略小于行走舒適度標(biāo)準(zhǔn)),可通過在入口位置設(shè)置挑蓬或增加植載來改善其風(fēng)環(huán)境。在26個(gè)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)區(qū)中,對(duì)于“坐”,標(biāo)準(zhǔn)1、標(biāo)準(zhǔn)2、標(biāo)準(zhǔn)3、標(biāo)準(zhǔn)4分別有14個(gè)、20個(gè)、18個(gè)、8個(gè)測(cè)點(diǎn)不滿足要求;對(duì)于“站”,分別有2個(gè)、3個(gè)、7個(gè)、2個(gè)測(cè)點(diǎn)不滿足要求;對(duì)于“行走”,分別有2個(gè)、1個(gè)、1個(gè)、0個(gè)測(cè)點(diǎn)不滿足要求。因此可以判斷在本試驗(yàn)分析中,針對(duì)“坐”、“站”、“行走”三類人類行動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)2、標(biāo)準(zhǔn)3、標(biāo)準(zhǔn)1是相對(duì)應(yīng)的最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn),而UWO標(biāo)準(zhǔn)最為寬松。4行人風(fēng)環(huán)境特性評(píng)估方法對(duì)比本文針對(duì)某城市綜合體進(jìn)行行人高度風(fēng)速評(píng)估,基于超越閾值概率的判斷準(zhǔn)則評(píng)估其舒適性。得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)簡(jiǎn)單的風(fēng)速比能準(zhǔn)確的判斷周邊建筑環(huán)境對(duì)局部區(qū)域的風(fēng)速放大與縮小效應(yīng),但比較片面,應(yīng)與氣候條件相結(jié)合,才可獲得準(zhǔn)確的判斷結(jié)果。(2)超越閾值概率的判斷方法能有效的評(píng)估出與實(shí)際氣候條件及周邊建筑環(huán)境相一致的結(jié)果。(3)由于陣風(fēng)等效平均風(fēng)速風(fēng)速比已考慮舒適性與危險(xiǎn)性,故本文給出的基于陣風(fēng)等效平均風(fēng)速的超越閾值概率方法亦能有效的涵蓋對(duì)行人高度風(fēng)環(huán)境舒適性和危險(xiǎn)性的評(píng)估。(4)針對(duì)不同的人類活動(dòng),不同的判斷標(biāo)準(zhǔn)的寬嚴(yán)程度不同;對(duì)于坐,ForceTechnology-DMI標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格;對(duì)于站,IsyumovandDavenport標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格;對(duì)于行走,MichaelJSoligo標(biāo)準(zhǔn)