從物理學角度淺析墻體厚度設計的規范性

李佳懌

量的改變對建筑學中墻體、窗體性質的影響，以期為世界各地建筑制定普適性的衡量法則，將建筑特點與物理量的關系構建映射關系。

關鍵詞：墻體厚度；溫度地區；

文章編號：1674-3520（2015）-02-00-01

建筑設計的最根本要求應滿足人的最低級層次的需求亦即生理需求，也就是說建筑首要應保證人的舒適度，也正因如此，由全球氣候的多樣性形成了建筑風格的多樣性，例如中東干旱半干旱荒漠地區的沙漠氣候與地中海氣候共存的特點使得中東地區建筑普遍封閉緊湊而厚重，而東南亞地區的熱帶雨林氣候則使得建筑疏松開敞而輕盈。在我國，陜秦地區處于溫帶季風氣候向溫帶大陸性氣候的過渡帶，晝夜溫差較大的特點誕生了冬暖夏涼的陜西窯洞，而處在溫帶大陸性氣候的內蒙古則形成了蒙古包這一獨特的建筑形式。

氣候本身往往定量反映于溫度與濕度兩個物理量中，建筑特征則反應于墻體厚度，窗體大小等可直觀測量量上，根據生活常識以及生活經驗我們也能想到，溫度高故而墻體薄，溫度低故而墻體厚，由此很自然我們可以提出猜想：建筑特征物理量同氣候特征物理量存在某種函數關系。

一、溫度與墻體厚度的關系

表格中采用了平均最低溫度與平均最高溫度兩個統計量，統計時間區間為一個自然月，而沒有使用年平均氣溫這個統計量，這是因為后者只適合進行橫向比較，其絕對量并無太大意義，從表格數據中我們可以發現，決定墻體厚度的因素中平均最低氣溫占主導，以平均最低溫度為橫軸，墻體厚度為縱軸作圖并進行線性擬合，得到如下圖1：

設h為墻體厚度，T為平均最低溫度，由擬合結果有：

其中我們稱為厚溫關系系數，縱軸截距344.6503稱為0攝氏度參考厚度，由此我們大致得到了溫度與墻體厚度的關系。

事實上，上述的公式只對歐洲地區青磚墻體適用，對于不同建筑材料還應另行考慮，不過我們可以建立導熱系數厚度概念，以青磚為標準墻體對公式進行進一步修正。

根據傅里葉導熱定律：，對于墻體厚度問題顯然有=為恒值，這樣我們可以得到一個廣義的厚度概念，其中k1=0.265W/（m·K）為青磚導熱系數，k2為另一種墻體的導熱系數，hk1稱為導熱系數厚度。這樣我們通過導熱系數這個物理量建立起了材料本身、墻體厚度與溫度三者的關系，亦即：

為了驗證公式的準確性，我們以中東代表城市伊拉克首都Baghdad為例，其平均低溫為3.8℃，石灰砂漿導熱系數k2=0.81，算得墻體厚度419.48mm，據報道，Baghdad墻體厚度在340-450mm之間，理論計算結果與之相符，這表明該公式還是有很大應用價值。

有了導熱系數，我們便可以從更多的角度來分析建筑特點的多樣性，例如氣候的另一主要因素：濕度，然而對于濕度的分析并不像溫度這樣簡單，原因在于不同材料導熱系數同濕度的變化關系是不一樣的，具體可參閱《建筑熱環境》一書第四章，同樣也能看出世界各地建筑風情多樣性的美感與其合理性的并存，這里不做贅述。

這里需要說明的一點是，該等式的兩個系數與344.6503將隨著取樣地點的增多而更為精確，這里只選取了五個地方利用五點進行擬合，已經能夠滿足工程的需要，如果有更為精密的要求，不妨多選幾地，讓該數值更為精確，也可深入從概率論的擬合優度角度分析該式正確性。