建筑構造結課作業(yè)

1、建筑構造結課大作業(yè)觸摸“皮膚”,感受建筑建筑表皮功能研究及調研建筑學01班大綱:1.表皮的現(xiàn)狀與建筑主體結構脫離結構是表皮獨立化的成因2.表皮生態(tài)功能及使用手法:(1通風、(2保溫隔熱、(3采光3.表皮生態(tài)功能例證4.實地調研:西安民樂園萬達購物廣場表皮的發(fā)展現(xiàn)狀:表皮已經與建筑主體結構脫離,建筑表皮不再是簡單的內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,取得了相對獨立的地位。表皮與支撐結構的分離已使表皮成為一個真正的膜隨著人們對舒適度越來越高的要求和對生態(tài)環(huán)境的重視附加在表皮上的技術越來越多規(guī)范要求也越來越嚴格。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、抗冷(熱、防風、防潮、防曬、防炫光、視覺阻隔(流通、安全、防火、隔音等。根據建筑特定的功能要求、地域特點、環(huán)境特點,以及業(yè)主的要求,表皮還可能具有一些其他功能,或是特別強調某部分功能,例如教室對光線有較嚴格的要求,風景優(yōu)美的環(huán)境則適宜視覺流通等等。根據以上基本功能,建筑表皮大體可分為幾大功能系統(tǒng):保溫隔熱、通風、采光、遮陽、隔音及其他功能系統(tǒng)。總體說來,表現(xiàn)為光線、熱能、視覺等方面的“通”與“隔”這對矛盾。表皮豐富而完整的功能的實現(xiàn)依托于建筑表皮的獨立性,而結構的發(fā)展與完善則是表皮獨立性得以實現(xiàn)的技術前提。正式結構的發(fā)展和創(chuàng)新使得建筑表皮以一種獨立的結構承擔起獨立的功能。典例:德國漢

3、諾威博覽會辦公樓( DMAG的立面上使用了空心陶質面磚系統(tǒng)。 這種空心陶質面磚是一種用于建筑外裝修的懸掛式空心陶質面磚,通過龍骨和連接構件固定于建筑的構造外墻上。在面磚和構造外墻之間可以附加保溫材料,龍骨構架起來形成的通風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造減少單位面積的重量,小尺寸便于安裝和運輸,如果發(fā)生破損可以局部進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題。一.表皮的作用1.采光采光系統(tǒng)構件與遮陽系統(tǒng)構件:采光系統(tǒng)構件與遮陽系統(tǒng)構件是另一對相對的系統(tǒng),前者需通,后

4、者需隔。前者同時擔負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。后者是對前者的輔助與補充,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,關系極為緊密。在建筑設計中常通過雙層或多層構件實現(xiàn)通風與采光系統(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:外層為遮陽系統(tǒng);中間層為主要的保溫隔熱構件系統(tǒng),其形態(tài)為均布的玻璃窗,在梁柱位置為有色的鋁制構件。玻璃窗由三層玻璃組成,以增強保溫隔熱性能;內兩層構件系統(tǒng)共同承擔通風功能。外層構件能夠根據不同的光線條件而變化:光線強烈時,它具有遮陽功能,令光線在進入室內時形成漫反射,使室內光線柔和;光

5、線較弱時.則利用光線的折射,承擔部分間接采光功能,增強室內光線。玻璃窗上方的木質葉片可手動翻轉。整體葉片可調節(jié)。并由中心控制,自然風進來后通過內兩層構件所形成的對流器進行預熱,再進入室內。這個系統(tǒng)使得在窗戶關閉時,也能保證良好的通風,同時減少能量的流失。典例二:巴塞羅那國際會議巴塞羅那國際會議中 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,構成良好的遮陽效果。沖孔板的運作原理半透明金屬孔板網用于建筑表皮上,則能過濾太陽光線、風和雨等自然氣候要素,同時也能保證室內視線向外滲透的最大可能性,提供一定的安全保障。金屬孔板網與其它表皮組合形成多層的建筑表皮能有效地過濾太陽輻射,又能使室內

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外視線的聯(lián)系。金屬孔板網形成的遮陽構件在遮擋陽光的同時會因吸收太陽輻射而升溫,由于金屬是低熱質的材料,在沒有太陽輻射熱時(如晚上能夠迅速冷卻,避免白天所吸收的熱量過多地傳入室內,同時由于金屬孔板網的滲透性,熱空氣也不會滯留于其附近。重疊于玻璃幕墻外的金屬孔板網與玻璃之間形成的空氣層在煙囪效應的作用下會自下而上地流動,帶走堆積在金屬孔板網附近的熱量,避免熱量過多地傳入室內。在建筑表皮設計脫離多層材料同時滿足通風采光的嘗試。典例一:芝貝歐文化中心 它的外形取

7、決于計算流體力學CFD(Computational Fluid Dynamics的模擬氣流分析和風洞試驗,并達到了自然同通風和減少風荷載的目的。木條編成貝殼狀的棚屋,針對不同的風度和風向,通過調節(jié)百葉與不同方向百葉的配合來控制室內氣流,從而實現(xiàn)完全被動式的自然通風。典例二:美國波斯頓麻省理工學院學生宿舍美國波斯頓麻省理工學院學生宿 舍引人注目的是在外墻表面的處理上, 霍爾探究了網格狀小窗戶作為表皮的潛力。每間宿舍有九個可開啟的窗戶,分成3排,每排9扇,每扇約60*60cm。形成一個模數化的預制嵌板。小窗與內凹的墻壁自然而然地擋住了夏日的陽光,而冬季,太陽入射角低,卻能照射到建筑場內,給室內帶來

8、陣陣暖意。2.保溫隔熱與通風保溫隔熱系統(tǒng)構件與通風系統(tǒng)構件相對應,前者需圍合,后者需開啟。前者是表皮的基本構件系統(tǒng),其性能主要決定于材料。后者與開啟的大小、位置有關,而且在開啟的同時,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件共同擔負通風系統(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”、“遮陽隔熱”都是將太陽輻射熱直接轉移到室外,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。室內熱舒適與建筑節(jié)能的同時,卻帶來了城市熱島強度的增加。而“生態(tài)隔熱”是采用綠色植被、水體介質等具有生態(tài)要素的復合體,將其置于建筑表面構成生態(tài)建筑

9、表皮,將吸收的太陽輻射熱經過物理、生化反應之后,除儲存機體必須的少部分能量外,大部分的太陽輻射熱通過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,降低太陽對外圍護結構的輻射強度,而且由于綠色植被對太陽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,降低了建筑表皮對周圍環(huán)境的太陽輻射反射和熱量轉移,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。建筑表皮的生態(tài)隔熱技術措施: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,通過在墻面設置網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,達到遮陽隔熱作用。通過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,說明植物攀緣表皮具有良好的生態(tài)隔熱效果。 此外,對于低層或多層建筑在其四周種植喬木,利用樹冠遮陽也不失為一種簡便易行的生態(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性和比熱容大的特點,將水體直接蓄存于平屋面或擱置吸水率高的介質(如

11、:砂礫、加氣混凝土等蓄水,以及通過在墻體表面敷設導管,并在導管內注水,形成蓄水表皮。前者,利用水體的被動蒸發(fā)帶走大量的太陽輻射熱,對周圍環(huán)境增濕而不增溫。后者,借助水的流動性帶走太陽輻射熱,避免墻體表面溫度升高。尤其在夏季,通過導管內水的循環(huán),既吸收了太陽輻射熱,降低了建筑表面溫度,又可獲得熱水用于日常生活。在冬季將導管內的水排空,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到保護基地環(huán)境、避免生態(tài)系統(tǒng)退化的這一目的,應盡量在不破壞自然環(huán)境的基礎上,首先提倡使用當地的天然原生材料,注重廢棄物的循環(huán)再利用(recycle,真正地回到設計的本原。典例一:EX

12、PO2000瑞士展館采用木材建造的EXPO2000瑞士展館,將長達百年左右的建筑生命周期,濃縮為我們能看到的短短幾個月展期。展覽結束后,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,采用當地的石頭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構形式。結合玻璃的厚重石墻,對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見,在該建筑生命周期結束的那一天,用于表皮的石頭材料能實現(xiàn)其循環(huán)再生,而建筑基址則納入動植物再度生長于這塊場地上的土地回歸。2.結合

13、綠化的復合表皮生態(tài)的表皮設計,綠化是大自然提供給我們的天然遮陽方式。建筑遮陽構件在吸收太陽能后溫度會明顯升高,其中一部分熱量還會通過各種方式向室內傳遞。而植被通過光合作用將太陽能轉化為生物能,葉片溫度并未改變多少因此,屋頂的綠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計的上海某多層建筑“Z58”,就是將滴灌盆栽植物與玻璃表皮有機地結合起來。在這個復合綠化表皮中。遮陽植物盆栽在構架上,構架與墻面之間形成了良好的通風問層。這種方式既避免了常見的爬墻遮陽植物對墻體產生不利影響的弊端,還能有效地控制植物的生長周期。 3.具有可

14、瞢及性的適宜技術建筑表皮的氣候適應性,還反映在表皮對光熱輻射通過的調控能力上。這就涉及到相關技術的采用。技術的可能性和經濟發(fā)展的現(xiàn)實性之間會存在一定的矛盾,不同國家的工業(yè)技術基礎條件決定了技術層次的選擇。對發(fā)達國家的建筑師來說,高技術是符合經濟技術條件的。典例一:阿拉伯研究中心阿拉伯研究中心則完全模擬動物瞳7L的功能,采用電控液壓技術來調節(jié)光圈式的金屬葉片,以此精確地控制進入室內的光熱輻射量,實現(xiàn)了對氣候的積極適應。 三.實例調研玻璃幕墻的實際使用傳統(tǒng)建筑實體圍護體系的構造特征,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功能。但這種固定的構造難以提供動態(tài)調節(jié)的

15、方式。因而不完全具備適應氣候變化的能力。作為建筑表皮,采光系統(tǒng)構件同時擔負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,不透明的實體圍護部分,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合特征的構造方式,在玻璃之外增設一個帶通風層的外表皮,形成雙層玻璃幕墻,在雙層皮之間通過?？勺兓臉嬙?實現(xiàn)諸如組織通風、設置遮陽、引入陽光等一系列截然不同的目標。設計合理的系統(tǒng),其功能大于所組成的諸元素之和。建筑表皮的這種復合構造特征,可以大大改善外圍護結構的

16、熱工性能。建筑表皮玻璃(透明部分的氣候適應性原則,是通過各種方法來調節(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現(xiàn)能耗的最小化。遮陽系統(tǒng)構件隨季節(jié)、太陽位置的改變而改變,根據具體情況來控制,因而能更好地利用陽光。民樂園萬達購物廣場民樂園萬達購物廣場由兩個主體塊構成:由通高的玻璃幕墻構成的體塊和由實質墻體構成的體塊,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比性,來對比實體圍護體系的建筑表皮構造特征和玻璃幕墻透明建筑表皮構造特征。 1.采光:實墻部分光線嚴重缺乏,全部依賴人工采光滿足照明。建筑能耗大,使用時給人壓抑之感,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,充分滿足了商場內采光的要求,生態(tài)節(jié)能并給人以自然通透的舒適之感。同時為防止光照的過分攝入,在玻璃幕墻內表面設置了遮光簾。 2.通風:實墻部分由于商場的功能性所決定無法開窗,故空氣不流通,僅依靠人工通風設施以及通高中庭及天井等建筑結構幫助內部通風的實現(xiàn)。玻璃幕墻部分由于簡單采用單層玻璃幕墻,內部直接采用鋼架進行固定的結構,故沒有雙層玻璃或多層玻璃幕墻的良好通風道,玻璃幕空間比較氣悶,自然通風只能由入口進入。 3.保溫隔熱:實墻部分由于商場的功能性所決定無法開窗,故空氣不流通,秋冬季不采用人工措施時室溫較正常,夏季采用人工制冷,與一般建筑無異。玻璃幕墻部分由于簡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構,保溫隔熱性能較差,內部較燥熱,形成“玻璃暖房”,室溫比室外溫度明顯偏高。 參考文獻:1. 基于建筑表皮的城市熱島效應改善技術研究李積泉、蔡碧新福建工程學院2. 另一個方向梁建國3.