可持續(xù)性生態(tài)建筑設(shè)計方法在低層住宅結(jié)構(gòu)中的應用研究

徐鑫

引言

我國雖地大物博，但人均資源占用量偏低，隨經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，資源與經(jīng)濟發(fā)展間的矛盾日益突出，國家推出了可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)能、環(huán)保、改善生態(tài)環(huán)境、減少環(huán)境污染、延長建筑物壽命的生態(tài)建筑將在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用[1～2]。

節(jié)能建筑的設(shè)計和施工是重要和必不可少的部分，現(xiàn)代建筑師的一項重要任務(wù)是實現(xiàn)生態(tài)建筑的科學規(guī)劃和設(shè)計，這涉及到氣候、經(jīng)濟、建筑和功能空間等因素。低層住宅建設(shè)通?？紤]使用更高效，低成本的設(shè)計解決方案，以可持續(xù)性為作為設(shè)計理念[3]；本文主要開展可持續(xù)性生態(tài)建筑設(shè)計方法在低層住宅結(jié)構(gòu)中的應用研究，探究低層住宅結(jié)構(gòu)中生態(tài)建筑設(shè)計的生態(tài)、科學和經(jīng)濟的設(shè)計方法。

1 可持續(xù)性生態(tài)建筑設(shè)計考慮因素

郊區(qū)低層住宅可持續(xù)性生態(tài)設(shè)計方法所考慮因素主要包括：①規(guī)劃轉(zhuǎn)型的方法；將住宅融入自然、社會和工業(yè)環(huán)境，逐步發(fā)展空間，達到最佳平衡封閉式、開放式和半開放式空間；②融入當?shù)刈≌O(shè)計的文化傳統(tǒng)；③環(huán)保、節(jié)能的建筑材料的使用；④建筑設(shè)計的效率；⑤考慮在建筑物和結(jié)構(gòu)運行期間使用替代能源，設(shè)計能量攝入和積聚系統(tǒng)。

2 規(guī)劃轉(zhuǎn)型的方法

“可持續(xù)建筑設(shè)計”方法的重要組成部分是計劃轉(zhuǎn)換的方法，該方法在以下技術(shù)的幫助下實施：

2.1 住宅建筑的空間拓展技術(shù)

對于“成長中”的郊區(qū)房屋，建議采用以下建筑技術(shù)：①加熱空間與不同“額外”規(guī)劃元素的組合，這包括寬敞的波紋、畫廊、玻璃陽臺、棚屋或冬季花園以及逐漸垂直的建筑物延伸；二樓采用開放式露臺的布置，如果有可用于樓梯安裝的空間，則可以使用它們作為房間的隔熱和翻新閣樓空間；②閣樓地板設(shè)計為地板，以防人員和家具的負荷增加，以及閣樓空間不含支柱，道具和其他桁架構(gòu)件。在設(shè)計中經(jīng)常使用懸臂和延伸空間，這可以根據(jù)業(yè)主的需求增加房屋的面積。在現(xiàn)代建筑實踐中，低層住宅系統(tǒng)類似于“模塊化”建筑設(shè)置，它允許開始規(guī)劃和建造一個商場區(qū)域的房子，然后在不影響已經(jīng)建成的房間的情況下擴建該建筑物，這種“不斷成長建筑”的方法是基于建筑系統(tǒng)與他們可能的可選用的模塊化結(jié)構(gòu)相互組合，在各個發(fā)展階段都能提供架構(gòu)解決方案。

房屋的模塊化元素通常具有相同的總尺寸，模塊化元素如圖1（a）所示，主要由層壓木材、木桁架、方邊板組合而成，通過拆卸和更換端壁，通過端部軸承元件來安裝模塊，端壁的結(jié)構(gòu)是用均勻的框架自支撐的，它可以替代門的窗戶和開口的延伸。因此，由于不同的模塊相互組合，最小的住宅可以在必要時轉(zhuǎn)變?yōu)槿业拇笮腿叽缱≌ㄒ妶D1（b）所示）。

圖1

2.2 實現(xiàn)房屋的封閉、開放和半開放空間的最佳平衡

一個低層住宅在其結(jié)構(gòu)中具有封閉的空間，半開放的陽臺、畫廊、陽臺和完全開放的露臺，但沒有檐篷或其他庇護所的門廊；而空間擴展到環(huán)境中的程度表征了房屋操作的一種或另一種模式，并且需要保護房屋內(nèi)部空間免受額外太陽、風、冷、雪花圈和沙塵暴的有害影響。通常，在溫帶氣候下，一年中可以使用半開放的可調(diào)節(jié)空間。在多云天氣的情況下，建議使用窗臺和“綠色房間”。在冬季，“綠色房間”不包括在房屋的整個空間內(nèi)，或者可以通過可變形的設(shè)備將其隔離。在夏季，房屋旁邊帶有戶外區(qū)域的開放“綠色房間”將構(gòu)成一個單一的開放空間。在可變形的外圍圍欄的組合下，夏季場所往往可以被包括在集體區(qū)域的空間系統(tǒng)中。如圖2住宅小區(qū)所示，其不僅可以通往住宅建筑的屋頂區(qū)域，而且還可以作為公寓一部分的半開放式夏季建筑的組成部分。

圖2 開放型房屋設(shè)計示意圖

3 使用環(huán)保的建筑材料及相關(guān)設(shè)計理念

環(huán)保的建筑材料和設(shè)計理念是可持續(xù)建筑設(shè)計的重要組成部分。建議使用天然材料，最好是那些在當?shù)貧夂蛑袕V泛使用和傳統(tǒng)的材料（磚，木材，天然石材，瓷磚，玻璃等）。建議在改造工程中使用可回收或再利用的材料，不建議在生產(chǎn)和操作過程中使用排放有害物質(zhì)的合成材料；減少鋼筋混凝土和鋼筋的使用。

今天，當涉及到更經(jīng)濟和大眾低層的建設(shè)住房時，專家的考慮到將建筑物在建造的預制件和結(jié)構(gòu)與當?shù)丨h(huán)保建筑材料相結(jié)合，包括用預制框架系統(tǒng)建造獨立屋。例如在國外，新一代工業(yè)房屋建筑和建筑系統(tǒng)經(jīng)常會考慮將彎曲的冷金屬型材和木質(zhì)結(jié)構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)在工廠進行提前加工，再將預計構(gòu)件和預制整體墻體結(jié)構(gòu)與絕緣以及由發(fā)泡聚苯乙烯或空氣隕石制成的模板結(jié)構(gòu)進行相互組合建筑[4～5]，通常在預制件中被使用到幾種類型的建筑和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括：框架式，板框式和面板框架式。其中，建筑框架可以由固體（金屬、木材、鋼筋混凝土）結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)（金屬、木材）結(jié)構(gòu)制成。而框架房屋的輕鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟，其用于建造輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物所花費的工期是混凝土結(jié)構(gòu)建造同等建筑物的1/3；在這種情況下，重量輕的木材結(jié)構(gòu)允許設(shè)計輕盈，低成本的基礎(chǔ)；工業(yè)生產(chǎn)可以在制造高精度零件專家監(jiān)督下進行，其在加熱車間制造房屋-公差僅僅為1mm，往往只需4d就可以從現(xiàn)場的預制單元完美組裝房子，顯示出明顯的高效性、經(jīng)濟性和環(huán)保優(yōu)勢[5]。

眾所周知加拿大建筑師阿維弗里德曼[4]在上個十年中表達了他的觀點，“未來數(shù)十年內(nèi)，住宅建筑商的角色和功能將發(fā)生顯著變化，房屋將以標準面板或模塊化部件的組合構(gòu)建形式進行大規(guī)模建造，這些部件將是借助計算機系統(tǒng)進行設(shè)計，類似于汽車裝配線的技術(shù)；公司將主要在市場上銷售“包裝”，標準裝置，在工廠按照客戶批準的設(shè)計進行組裝，所有組合建造前的具體任務(wù)都可以在廠房內(nèi)完成。而在國內(nèi)，遠大筑工的裝配式技術(shù)早已在國內(nèi)許多城市中運用，并取得了顯著社會、經(jīng)濟和環(huán)保效益[6～7]。

4 節(jié)能建筑設(shè)計

在國外一些受溫帶氣候影響的國家，由于氣候條件的特殊性，往往將消耗1/3的能源用于建筑物的能源供應方面，所以這些地區(qū)建造生態(tài)凡物的節(jié)能潛力巨大?？沙掷m(xù)發(fā)展建筑設(shè)計方法和相關(guān)施工技術(shù)被重點用于該地區(qū)溫帶氣候地區(qū)房屋建造過程中，并在后續(xù)運營期間有效減小了不可再生能源的消耗。典型的生態(tài)、節(jié)能建筑物類型包括：①“被動房屋-節(jié)能房屋，由于采用最佳的空間規(guī)劃的建筑和建設(shè)性的解決方案，使得熱損失最小化；②“被動式太陽能房屋”，采用提高太陽能吸收率的節(jié)能房屋而不使用工程設(shè)備進行散熱；③“能源活躍的太陽能房屋”，作為能源損失最小的建筑，它具有一個特殊的工程設(shè)備來吸收，分配和積聚熱量[4]。“被動”房屋的建筑和設(shè)計解決方案：①要求房屋在考慮景觀的特點同時，要結(jié)合當?shù)貧夂蛞蛩?，使得建筑物免受到風的影響。②要減少建筑物外墻的周長過度的空間不規(guī)則性布置，減小房間熱量損失。同時，要考慮房屋冬季暖氣的合理供應以及夏季隔熱施設(shè)的設(shè)計（陽臺，棚屋，附屬建筑物等），同時，應重點考慮建筑物能源的合理分配。③要考慮建筑物外墻封閉材料的選用，由于建筑物幾乎總是以熱量的形式喪失能量，增強建筑物外殼的密封性，對于冬季嚴寒地區(qū)的供暖設(shè)施的高效利用非常重要[8]。

5 結(jié)論

本文結(jié)合國內(nèi)外低層生態(tài)建筑的設(shè)計特點，主要探討可持續(xù)性生態(tài)建筑設(shè)計方法在低層住宅結(jié)構(gòu)中的應用研究，歸來主要結(jié)論如下：

（1）一些創(chuàng)新絕熱材料和技術(shù)方法越來越多的應用到低層生態(tài)住宅建設(shè)中，通過這些材料和技術(shù)的巧妙結(jié)合，給予設(shè)計師更多空間來確保建筑物節(jié)能和環(huán)保的設(shè)計理念的展開。

（2）國外低層生態(tài)住宅從規(guī)劃轉(zhuǎn)型、地區(qū)文化理念、結(jié)構(gòu)空間布局、預制式構(gòu)建設(shè)計、環(huán)保節(jié)能材料選用、隔熱方案設(shè)計等方面進行綜合設(shè)計，強調(diào)建筑物與自自然環(huán)境的協(xié)調(diào)，值得借鑒學習。

（3）可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已列入我國今后核心發(fā)展戰(zhàn)略之一，關(guān)系到我國經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型，科學合理的開展可持續(xù)生態(tài)建筑的設(shè)計和建造，有助于堅決資源與經(jīng)濟發(fā)展間日益突出的矛盾對改善生態(tài)環(huán)境、減少環(huán)境污染意義重大，為未來建筑指明方向。

[1]周浩明，張曉東.生態(tài)建筑：面向未來的建筑[M].東南大學出版社，2002.

[2]吳柏清，何政偉，李喆，等.生態(tài)建筑在我國西部小城鎮(zhèn)規(guī)劃中的應用研究——以安仁鎮(zhèn)為例[J].四川環(huán)境，2009，28（5）：79～84.

[3]李君.論建筑住宅設(shè)計中生態(tài)建筑理論的運用[J].住宅與房地產(chǎn)，2017（18）.

[4]E.A.Sukhinina，Urban Construction and Architecture，2013，2（10）.

[5]Z.K.Petrova，Science，education and experimental design.Proceedings of MoscowInstitute of Architecture：materials of international scientific-practical conference，2012：265～271.

[6]李孟.建筑產(chǎn)業(yè)新生態(tài)下的“寵兒”遠大住工——“孤獨者的探索”[J].中華建設(shè)，2017（4）：7～9.

[7]林鳳鳴.遠大聯(lián)合打造建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化新生態(tài)[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2017（1）.

[8]洪 濱.生態(tài)建筑設(shè)計的初步探討[J].四川水泥，2015（9）.