建筑構(gòu)造結(jié)課作業(yè)

1、建筑構(gòu)造結(jié)課大作業(yè)觸摸“皮膚”,感受建筑建筑表皮功能研究及調(diào)研建筑學(xué)01班大綱:1.表皮的現(xiàn)狀與建筑主體結(jié)構(gòu)脫離結(jié)構(gòu)是表皮獨(dú)立化的成因2.表皮生態(tài)功能及使用手法:(1通風(fēng)、(2保溫隔熱、(3采光3.表皮生態(tài)功能例證4.實(shí)地調(diào)研:西安民樂園萬(wàn)達(dá)購(gòu)物廣場(chǎng)表皮的發(fā)展現(xiàn)狀:表皮已經(jīng)與建筑主體結(jié)構(gòu)脫離,建筑表皮不再是簡(jiǎn)單的內(nèi)部與外部的分隔于是建筑表皮不再附屬于體而是附加于體且甚至可以游離于體之外,取得了相對(duì)獨(dú)立的地位。表皮與支撐結(jié)構(gòu)的分離已使表皮成為一個(gè)真正的膜隨著人們對(duì)舒適度越來(lái)越高的要求和對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視附加在表皮上的技術(shù)越來(lái)越多規(guī)范要求也越來(lái)越嚴(yán)格。表皮功能的分離使得現(xiàn)代建筑表皮的基本功能包括:采

2、光、通風(fēng)、抗冷(熱、防風(fēng)、防潮、防曬、防炫光、視覺阻隔(流通、安全、防火、隔音等。根據(jù)建筑特定的功能要求、地域特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn),以及業(yè)主的要求,表皮還可能具有一些其他功能,或是特別強(qiáng)調(diào)某部分功能,例如教室對(duì)光線有較嚴(yán)格的要求,風(fēng)景優(yōu)美的環(huán)境則適宜視覺流通等等。根據(jù)以上基本功能,建筑表皮大體可分為幾大功能系統(tǒng):保溫隔熱、通風(fēng)、采光、遮陽(yáng)、隔音及其他功能系統(tǒng)。總體說(shuō)來(lái),表現(xiàn)為光線、熱能、視覺等方面的“通”與“隔”這對(duì)矛盾。表皮豐富而完整的功能的實(shí)現(xiàn)依托于建筑表皮的獨(dú)立性,而結(jié)構(gòu)的發(fā)展與完善則是表皮獨(dú)立性得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)前提。正式結(jié)構(gòu)的發(fā)展和創(chuàng)新使得建筑表皮以一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)承擔(dān)起獨(dú)立的功能。典例:德國(guó)漢

3、諾威博覽會(huì)辦公樓( DMAG的立面上使用了空心陶質(zhì)面磚系統(tǒng)。 這種空心陶質(zhì)面磚是一種用于建筑外裝修的懸掛式空心陶質(zhì)面磚,通過(guò)龍骨和連接構(gòu)件固定于建筑的構(gòu)造外墻上。在面磚和構(gòu)造外墻之間可以附加保溫材料,龍骨構(gòu)架起來(lái)形成的通風(fēng)夾層可以防止保溫材料受潮,確保了外墻的保溫性能空心構(gòu)造減少單位面積的重量,小尺寸便于安裝和運(yùn)輸,如果發(fā)生破損可以局部進(jìn)行更換不影響立面效果。它不僅提高了其保溫和美觀效果,而且由于面磚表面紋理的水平接縫的作用而有效緩解了因高層建筑周邊的高速氣流而形成的立面雨水上行的問(wèn)題。一.表皮的作用1.采光采光系統(tǒng)構(gòu)件與遮陽(yáng)系統(tǒng)構(gòu)件:采光系統(tǒng)構(gòu)件與遮陽(yáng)系統(tǒng)構(gòu)件是另一對(duì)相對(duì)的系統(tǒng),前者需通,后

4、者需隔。前者同時(shí)擔(dān)負(fù)著與外界視覺流通的功能,需要開啟或采用透明、半透明的材料。后者是對(duì)前者的輔助與補(bǔ)充,一方面能夠減少建筑能源的消耗,另一方面則使光線柔和,創(chuàng)造舒適的視覺環(huán)境。兩者相輔相成,關(guān)系極為緊密。在建筑設(shè)計(jì)中常通過(guò)雙層或多層構(gòu)件實(shí)現(xiàn)通風(fēng)與采光系統(tǒng)兩者的功能。典例一:威斯巴登管理大樓。該建筑表皮可分為三層:外層為遮陽(yáng)系統(tǒng);中間層為主要的保溫隔熱構(gòu)件系統(tǒng),其形態(tài)為均布的玻璃窗,在梁柱位置為有色的鋁制構(gòu)件。玻璃窗由三層玻璃組成,以增強(qiáng)保溫隔熱性能;內(nèi)兩層構(gòu)件系統(tǒng)共同承擔(dān)通風(fēng)功能。外層構(gòu)件能夠根據(jù)不同的光線條件而變化:光線強(qiáng)烈時(shí),它具有遮陽(yáng)功能,令光線在進(jìn)入室內(nèi)時(shí)形成漫反射,使室內(nèi)光線柔和;光

5、線較弱時(shí).則利用光線的折射,承擔(dān)部分間接采光功能,增強(qiáng)室內(nèi)光線。玻璃窗上方的木質(zhì)葉片可手動(dòng)翻轉(zhuǎn)。整體葉片可調(diào)節(jié)。并由中心控制,自然風(fēng)進(jìn)來(lái)后通過(guò)內(nèi)兩層構(gòu)件所形成的對(duì)流器進(jìn)行預(yù)熱,再進(jìn)入室內(nèi)。這個(gè)系統(tǒng)使得在窗戶關(guān)閉時(shí),也能保證良好的通風(fēng),同時(shí)減少能量的流失。典例二:巴塞羅那國(guó)際會(huì)議巴塞羅那國(guó)際會(huì)議中 心的南面和西面的玻璃層外部裝置了重疊開孔密度不同的沖孔板,構(gòu)成良好的遮陽(yáng)效果。沖孔板的運(yùn)作原理半透明金屬孔板網(wǎng)用于建筑表皮上,則能過(guò)濾太陽(yáng)光線、風(fēng)和雨等自然氣候要素,同時(shí)也能保證室內(nèi)視線向外滲透的最大可能性,提供一定的安全保障。金屬孔板網(wǎng)與其它表皮組合形成多層的建筑表皮能有效地過(guò)濾太陽(yáng)輻射,又能使室內(nèi)

6、向外的視線不被太多遮擋,如金屬編織表皮在遮光50%的情況下,仍能保證由室內(nèi)看清室外環(huán)境的性能,而在同樣條件下的傳統(tǒng)百葉卻基本上是完全隔斷了室內(nèi)外視線的聯(lián)系。金屬孔板網(wǎng)形成的遮陽(yáng)構(gòu)件在遮擋陽(yáng)光的同時(shí)會(huì)因吸收太陽(yáng)輻射而升溫,由于金屬是低熱質(zhì)的材料,在沒有太陽(yáng)輻射熱時(shí)(如晚上能夠迅速冷卻,避免白天所吸收的熱量過(guò)多地傳入室內(nèi),同時(shí)由于金屬孔板網(wǎng)的滲透性,熱空氣也不會(huì)滯留于其附近。重疊于玻璃幕墻外的金屬孔板網(wǎng)與玻璃之間形成的空氣層在煙囪效應(yīng)的作用下會(huì)自下而上地流動(dòng),帶走堆積在金屬孔板網(wǎng)附近的熱量,避免熱量過(guò)多地傳入室內(nèi)。在建筑表皮設(shè)計(jì)脫離多層材料同時(shí)滿足通風(fēng)采光的嘗試。典例一:芝貝歐文化中心 它的外形取

7、決于計(jì)算流體力學(xué)CFD(Computational Fluid Dynamics的模擬氣流分析和風(fēng)洞試驗(yàn),并達(dá)到了自然同通風(fēng)和減少風(fēng)荷載的目的。木條編成貝殼狀的棚屋,針對(duì)不同的風(fēng)度和風(fēng)向,通過(guò)調(diào)節(jié)百葉與不同方向百葉的配合來(lái)控制室內(nèi)氣流,從而實(shí)現(xiàn)完全被動(dòng)式的自然通風(fēng)。典例二:美國(guó)波斯頓麻省理工學(xué)院學(xué)生宿舍美國(guó)波斯頓麻省理工學(xué)院學(xué)生宿 舍引人注目的是在外墻表面的處理上, 霍爾探究了網(wǎng)格狀小窗戶作為表皮的潛力。每間宿舍有九個(gè)可開啟的窗戶,分成3排,每排9扇,每扇約60*60cm。形成一個(gè)模數(shù)化的預(yù)制嵌板。小窗與內(nèi)凹的墻壁自然而然地?fù)踝×讼娜盏年?yáng)光,而冬季,太陽(yáng)入射角低,卻能照射到建筑場(chǎng)內(nèi),給室內(nèi)帶來(lái)

8、陣陣暖意。2.保溫隔熱與通風(fēng)保溫隔熱系統(tǒng)構(gòu)件與通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)件相對(duì)應(yīng),前者需圍合,后者需開啟。前者是表皮的基本構(gòu)件系統(tǒng),其性能主要決定于材料。后者與開啟的大小、位置有關(guān),而且在開啟的同時(shí),要盡量減少能源流失,并保證保溫隔熱系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮?，F(xiàn)在多由雙層或多層構(gòu)件共同擔(dān)負(fù)通風(fēng)系統(tǒng)常與采光系統(tǒng)兩者的功能。傳統(tǒng)表皮隔熱的方式“反射隔熱”、“熱阻隔熱”、“遮陽(yáng)隔熱”都是將太陽(yáng)輻射熱直接轉(zhuǎn)移到室外,在滿足建筑保溫隔熱的需要。效果:能耗大,效果不佳,空間感受較差。室內(nèi)熱舒適與建筑節(jié)能的同時(shí),卻帶來(lái)了城市熱島強(qiáng)度的增加。而“生態(tài)隔熱”是采用綠色植被、水體介質(zhì)等具有生態(tài)要素的復(fù)合體,將其置于建筑表面構(gòu)成生態(tài)建筑

9、表皮,將吸收的太陽(yáng)輻射熱經(jīng)過(guò)物理、生化反應(yīng)之后,除儲(chǔ)存機(jī)體必須的少部分能量外,大部分的太陽(yáng)輻射熱通過(guò)蒸騰作用以水分蒸發(fā)方式散熱。利用綠色植被的生態(tài)隔熱措施,不僅能遮陽(yáng),降低太陽(yáng)對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的輻射強(qiáng)度,而且由于綠色植被對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和蒸騰作用,使空氣的濕度增加,而不提高空氣溫度。因此,降低了建筑表皮對(duì)周圍環(huán)境的太陽(yáng)輻射反射和熱量轉(zhuǎn)移,從而有利于改善建筑外部的熱環(huán)境,減弱城市的熱島效應(yīng)。建筑表皮的生態(tài)隔熱技術(shù)措施:植物攀緣表皮、覆土種植表皮、蓄水表皮等。1.植物攀緣表皮 植物攀緣表皮就是在建筑的周圍種植藤蔓植物,如爬山虎,通過(guò)在墻面設(shè)置網(wǎng)格或利用粗糙的墻面,藤蔓植物攀緣其上,覆蓋建筑表面(墻面、

10、屋面,達(dá)到遮陽(yáng)隔熱作用。通過(guò)墻體的植物攀緣植被表面溫度、裸露墻體表面溫度、植被覆蓋下的墻體表面溫度以及室外的空氣溫度,可知在太陽(yáng)輻射下植物攀緣表皮溫度以及植被覆蓋下的墻體表面溫度明顯低于裸露墻面的溫度,并接近空氣溫度,且溫度變化的振幅小,說(shuō)明植物攀緣表皮具有良好的生態(tài)隔熱效果。 此外,對(duì)于低層或多層建筑在其四周種植喬木,利用樹冠遮陽(yáng)也不失為一種簡(jiǎn)便易行的生態(tài)隔熱措施。2.覆土種植表皮與植物攀緣表皮不同的是,覆土種植表皮是在建筑屋面或墻面擱置土壤或人工培養(yǎng)基,將植物直接種植在建筑的表面上形成生態(tài)隔熱表皮。3 .蓄水表皮利用水的流動(dòng)性和比熱容大的特點(diǎn),將水體直接蓄存于平屋面或擱置吸水率高的介質(zhì)(如

11、:砂礫、加氣混凝土等蓄水,以及通過(guò)在墻體表面敷設(shè)導(dǎo)管,并在導(dǎo)管內(nèi)注水,形成蓄水表皮。前者,利用水體的被動(dòng)蒸發(fā)帶走大量的太陽(yáng)輻射熱,對(duì)周圍環(huán)境增濕而不增溫。后者,借助水的流動(dòng)性帶走太陽(yáng)輻射熱,避免墻體表面溫度升高。尤其在夏季,通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)水的循環(huán),既吸收了太陽(yáng)輻射熱,降低了建筑表面溫度,又可獲得熱水用于日常生活。在冬季將導(dǎo)管內(nèi)的水排空,形成空氣間層,又能提高墻體的保溫性能。二.表皮的生態(tài)作用1.可循環(huán)使用的建造材料為達(dá)到保護(hù)基地環(huán)境、避免生態(tài)系統(tǒng)退化的這一目的,應(yīng)盡量在不破壞自然環(huán)境的基礎(chǔ)上,首先提倡使用當(dāng)?shù)氐奶烊辉牧?注重廢棄物的循環(huán)再利用(recycle,真正地回到設(shè)計(jì)的本原。典例一:EX

12、PO2000瑞士展館采用木材建造的EXPO2000瑞士展館,將長(zhǎng)達(dá)百年左右的建筑生命周期,濃縮為我們能看到的短短幾個(gè)月展期。展覽結(jié)束后,拆除的表皮材料可以馬上被回收重新再利用。 典例二:多米尼葡萄酒廠 多米尼葡萄酒廠,采用當(dāng)?shù)氐氖^作為主要的表皮材料,而摒棄了傳統(tǒng)的人工磚石或混凝土結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合玻璃的厚重石墻,對(duì)傳熱周期起到了有效的延遲作用(白天吸熱,晚上放熱,這正好與沙漠干熱氣候的溫度波幅變化相反。兩者的疊加,降低了地域氣候晝夜溫差大而可能增加的建筑能耗?？梢灶A(yù)見,在該建筑生命周期結(jié)束的那一天,用于表皮的石頭材料能實(shí)現(xiàn)其循環(huán)再生,而建筑基址則納入動(dòng)植物再度生長(zhǎng)于這塊場(chǎng)地上的土地回歸。2.結(jié)合

13、綠化的復(fù)合表皮生態(tài)的表皮設(shè)計(jì),綠化是大自然提供給我們的天然遮陽(yáng)方式。建筑遮陽(yáng)構(gòu)件在吸收太陽(yáng)能后溫度會(huì)明顯升高,其中一部分熱量還會(huì)通過(guò)各種方式向室內(nèi)傳遞。而植被通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物能,葉片溫度并未改變多少因此,屋頂?shù)木G化在夏季能有效地阻止外表面溫度升高,從而降低屋頂下的室內(nèi)溫度。典例一:上海某多層建筑“Z58”由日本建筑師隈研吾改造設(shè)計(jì)的上海某多層建筑“Z58”,就是將滴灌盆栽植物與玻璃表皮有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。在這個(gè)復(fù)合綠化表皮中。遮陽(yáng)植物盆栽在構(gòu)架上,構(gòu)架與墻面之間形成了良好的通風(fēng)問(wèn)層。這種方式既避免了常見的爬墻遮陽(yáng)植物對(duì)墻體產(chǎn)生不利影響的弊端,還能有效地控制植物的生長(zhǎng)周期。 3.具有可

14、瞢及性的適宜技術(shù)建筑表皮的氣候適應(yīng)性,還反映在表皮對(duì)光熱輻射通過(guò)的調(diào)控能力上。這就涉及到相關(guān)技術(shù)的采用。技術(shù)的可能性和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)性之間會(huì)存在一定的矛盾,不同國(guó)家的工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)條件決定了技術(shù)層次的選擇。對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑師來(lái)說(shuō),高技術(shù)是符合經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的。典例一:阿拉伯研究中心阿拉伯研究中心則完全模擬動(dòng)物瞳7L的功能,采用電控液壓技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)光圈式的金屬葉片,以此精確地控制進(jìn)入室內(nèi)的光熱輻射量,實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣候的積極適應(yīng)。 三.實(shí)例調(diào)研玻璃幕墻的實(shí)際使用傳統(tǒng)建筑實(shí)體圍護(hù)體系的構(gòu)造特征,一般是疊加式的,如在單層混凝土屋面板上添加保溫層、防水層,各司其職地完成各項(xiàng)功能。但這種固定的構(gòu)造難以提供動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的

15、方式。因而不完全具備適應(yīng)氣候變化的能力。作為建筑表皮,采光系統(tǒng)構(gòu)件同時(shí)擔(dān)負(fù)著與外界視覺流通的功能,需要開啟或采用透明、半透明的材料,不透明的實(shí)體圍護(hù)部分,常常與半透明的材料相組合。常采用玻璃這種透明材料形成大面積的玻璃幕墻來(lái)滿足人們的需求。雖然玻璃的熱阻較大,但由于一般尺寸較薄而熱容小,往往是表皮的薄弱部分。行之有效的方法就是采用具有復(fù)合特征的構(gòu)造方式,在玻璃之外增設(shè)一個(gè)帶通風(fēng)層的外表皮,形成雙層玻璃幕墻,在雙層皮之間通過(guò)?？勺兓臉?gòu)造,實(shí)現(xiàn)諸如組織通風(fēng)、設(shè)置遮陽(yáng)、引入陽(yáng)光等一系列截然不同的目標(biāo)。設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng),其功能大于所組成的諸元素之和。建筑表皮的這種復(fù)合構(gòu)造特征,可以大大改善外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的

16、熱工性能。建筑表皮玻璃(透明部分的氣候適應(yīng)性原則,是通過(guò)各種方法來(lái)調(diào)節(jié)“透明度”,使其在透明、半透明及不透明之間的組合變化中實(shí)現(xiàn)能耗的最小化。遮陽(yáng)系統(tǒng)構(gòu)件隨季節(jié)、太陽(yáng)位置的改變而改變,根據(jù)具體情況來(lái)控制,因而能更好地利用陽(yáng)光。民樂園萬(wàn)達(dá)購(gòu)物廣場(chǎng)民樂園萬(wàn)達(dá)購(gòu)物廣場(chǎng)由兩個(gè)主體塊構(gòu)成:由通高的玻璃幕墻構(gòu)成的體塊和由實(shí)質(zhì)墻體構(gòu)成的體塊,兩體塊同屬于同一棟建筑,所處環(huán)境一致,建筑空間體量相似,具有可比性和良好的對(duì)比性,來(lái)對(duì)比實(shí)體圍護(hù)體系的建筑表皮構(gòu)造特征和玻璃幕墻透明建筑表皮構(gòu)造特征。 1.采光:實(shí)墻部分光線嚴(yán)重缺乏,全部依賴人工采光滿足照明。建筑能耗大,使用時(shí)給人壓抑之感,不利于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。玻璃幕

17、墻使得自然光線充分而柔和的充滿大廳,充分滿足了商場(chǎng)內(nèi)采光的要求,生態(tài)節(jié)能并給人以自然通透的舒適之感。同時(shí)為防止光照的過(guò)分?jǐn)z入,在玻璃幕墻內(nèi)表面設(shè)置了遮光簾。 2.通風(fēng):實(shí)墻部分由于商場(chǎng)的功能性所決定無(wú)法開窗,故空氣不流通,僅依靠人工通風(fēng)設(shè)施以及通高中庭及天井等建筑結(jié)構(gòu)幫助內(nèi)部通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)。玻璃幕墻部分由于簡(jiǎn)單采用單層玻璃幕墻,內(nèi)部直接采用鋼架進(jìn)行固定的結(jié)構(gòu),故沒有雙層玻璃或多層玻璃幕墻的良好通風(fēng)道,玻璃幕空間比較氣悶,自然通風(fēng)只能由入口進(jìn)入。 3.保溫隔熱:實(shí)墻部分由于商場(chǎng)的功能性所決定無(wú)法開窗,故空氣不流通,秋冬季不采用人工措施時(shí)室溫較正常,夏季采用人工制冷,與一般建筑無(wú)異。玻璃幕墻部分由于簡(jiǎn)單采用單層玻璃幕墻,未采用雙層玻璃或多層玻璃幕墻的結(jié)構(gòu),保溫隔熱性能較差,內(nèi)部較燥熱,形成“玻璃暖房”,室溫比室外溫度明顯偏高。 參考文獻(xiàn):1. 基于建筑表皮的城市熱島效應(yīng)改善技術(shù)研究李積泉、蔡碧新福建工程學(xué)院2. 另一個(gè)方向梁建國(guó)3.