建筑结构中风载体型系数及体型设计

建筑结构中的风载体型系数及体型设计摘要：随着社会的发展与进步，重视建筑结构中的风载体型系数及体型设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍建筑结构中的风载体型系数及体型设计的有关内容。

关键词建筑；结构；风荷载；系数；体型；设计；策略；

中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：

引言

传统的确定建筑物和结构物风载体型系数的方法是对其刚性模型进行测压试验，然而风洞试验存在许多缺点，如：模型制作困难、费用高、周期长，这在一定程度上限制了其在实践中的应用，尤其是对于大规模的参数分析性质的试验更是如此。20世纪80年代以来，随着计算机软硬件技术的发展和计算方法的进步，数值模拟方法逐渐被用于研究大气边界层中的钝体绕流问题，数值风洞技术已成为结构风工程研究的具有战略意义的发展方向。

1、风载体型系数的影响参数分析

节点i的风载体型系数和总体风载体型系数表达式分别为

式中：cpi为i点的平均风压系数分别为i点和参考高度处的风压高度变化系数；乞为节点i离基底的距离；zr为参考高度；a为地面粗糙度指数，本文仅=o．16．各立面总体风载体型系数随截面尺寸的变化曲线如图l所示，图中给出了高宽比分别为4、5和6

的高层建筑模型正面和侧面的风载体型系数地随截面尺寸的变化

曲线，由于背面的风载体型系数随截面尺寸的变化很小(高宽比为

定值)，故未给出．由图中可知，在高宽比保持不变的情况下，截面尺寸大的建筑模型正面和侧面的风载体型系数也大，但是增加的幅度较小。

高宽比的变化对风载体型系数的影响如图2—4所示．由图可见，在保持模型高度不变的情况下，正面的风载体型系数随高宽比的增大而减小，而侧、背面的风载体型系数绝对值则逐渐增大；截面尺寸不变，高宽比对模型正面的风载体型系数影响不大，而侧面和背面的风载体型系数(绝对值)则随高宽比的增大有增大的趋势，这是由于随高度的增加，雷诺数越大，气流在侧面和背面的分离和旋涡运动更加强烈。

2、控制体型系数

体型系数s指建筑物与室外大气接触的外表面积f(不计算地面)与其所包围的建筑体积v之比(s=fⅳ)。体型系数越大．说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大．能耗就越多。有研究资料表明：体型系数每增大o．0l，耗热量指标约增加2．5％。建筑的体型系数与建筑物的体型是否规整及建筑的体量大小有关．建筑的规模越大．其体型系数越小。因此单层的小建筑的体型系数一般比较大．而规模较大的建筑。体型系数一般比较小。对于高层建筑来说．体型系数一般在0．10—0．15之间．远小于规范规定的0．3界限．且

高层建筑屋面面积相对外墙面积要小得多。

3、增加南向表面积与体型设计

从利用太阳能采暖的角度考虑．应尽量增加南向的面积．以南向表面足够大．其它外表咏总面积尽可能小为判断节能与否的标准更合理。这意味着要增加建筑面宽。减小进深。作者以济南某小区套型面积为l 16m2．层高为2．8m的六层住宅为例．计算分析一个单元时和三个单元时的体型系数变化，如表1．由分析结果可以看出：在增加南向表面面积的同时．势必会造成在标准层面积一定的情况下．体形系数增大的情况。因此．在满足必要的平面功能布局的要求之后．尽量控制体形系数在一定范围内，尽量的增加面宽，减小进深。

同样我们需注意到．当建筑物南向表面面积增大．满足了冬季被动式采暖需求时．必然引起夏季室内外受热量增加的问题。所以，在夏季应采取适当的外表面的遮阳措施。将增大南向表面面积作为优点来利用。

4、底层架空与体型设计

黑川纪章认为：“城市已失去了它曾有过的最完美的过渡空间”．为恢复城市中这种性质的空间．他借鉴日本传统文化中的“缘侧空间”理念．在福冈银行总部设计了一个巨大的开敞架空空间——介于室内与室外、公共与私有之间的城市公共开放空间。

底层架空空间是室内外的过渡空间，具有加强通透性．提供灰空间，对外开放等特点。虽然增加了建筑的体形系表面面积，而总

体积不变，体形系数一定增加，但是它却从而降低了住宅内部的气温．改善了微环境。

目前的多层住宅的普遍做法是：底层另加小庭院．庭院的栏杆围护都采用通透性强的铸铁、不锈钢栏杆等，庭院内绿化由用户栽种．这方面的尝试较成功。但带来的问题是庭院绿化不统一、防盗的要求也更高，加上底层潮湿问题，导致购房者瞻前顾后。

底层住户由于接近地面．室内湿度比较大．防潮问题未解决．而且日照间距普遍不够。而设置架空层之后就避免了这一问题。并且一层的住房冬季接收阳光时间比较短，这个也是主要原因之一。可见从太阳能的利用角度看，底层架空也有好处。而且在底层架空层种植绿化。设置自行车停车场以及布置休闲娱乐设施等．对增加绿化面积，促进人与人交流等方面均有积极意义。

然而．底层架空带来夏季自然通风畅通的同时．也会带来冬季防风问题的严重性。为同时僻决夏热与冬冷的问题，可以采取一些辅助设计手段．例如：结合底层架空空间的绿化景观以及儿童游乐场地设计移动隔墙．移动墙通过人工调节可以随着冬、夏季的主导风向移动或旋转，起到夏季导风、冬季防风之作用。也可以安装玻璃．不但可以防风．而且可以成为利用太阳能直接受益式的附加阳光的暖房。总之。并非体形系数越小越好．应该综合考虑多方面的因素。

5、控制体型的设计策略

5．1尽量减少体型的不必要的、小尺度的凸凹不齐，以利于降

低体形系数。减少热量损失。

5．2做到各单元的有机组合．尽量利用外墙面重叠。以减少外墙面积。尤其注意山墙的面积的有效控制，减少西晒问题出现。

5．3将控制体形系数量化的极限范围内，在满足必要的平面功能布局的要求的同时．尽量的增加南向墙体表面的面宽．减小进深。并为防止夏季过热采取适当的遮阳措施。

5．4将控制体形系数控制在极限范围内，适宜地作建筑底层架空处理：并结合底层环境景观进行设计，起到夏季导风、冬季防风的作用。

结束语

不同类型的建筑对对艺术方面的要求不同。建筑空间有外、内空间之分，作建筑设计时必须将内、外空间有机融汇在一起，这样才能使整个建筑给人一种自由、舒适的感觉。一般一个优秀的建筑外部形象必然要充分反映出室内空间的要求和建筑物的不同性格

特征，达到形式与内容的辩证统一。

参考文献

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[2]李雪平，武六元.西安地区居住建筑的节能体型设计【j].工业建筑,2007,37(3)

[3]王锦.建筑方案创作阶段的节能构思【d].2005.