建筑构造结课作业

1、建筑构造结课大作业触摸“皮肤”,感受建筑建筑表皮功能研究及调研建筑学01班大纲:1.表皮的现状与建筑主体结构脱离结构是表皮独立化的成因2.表皮生态功能及使用手法:(1通风、(2保温隔热、(3采光3.表皮生态功能例证4.实地调研:西安民乐园万达购物广场表皮的发展现状:表皮已经与建筑主体结构脱离,建筑表皮不再是简单的内部与外部的分隔于是建筑表皮不再附属于体而是附加于体且甚至可以游离于体之外,取得了相对独立的地位。表皮与支撑结构的分离已使表皮成为一个真正的膜随着人们对舒适度越来越高的要求和对生态环境的重视附加在表皮上的技术越来越多规范要求也越来越严格。表皮功能的分离使得现代建筑表皮的基本功能包括:采

2、光、通风、抗冷(热、防风、防潮、防晒、防炫光、视觉阻隔(流通、安全、防火、隔音等。根据建筑特定的功能要求、地域特点、环境特点,以及业主的要求,表皮还可能具有一些其他功能,或是特别强调某部分功能,例如教室对光线有较严格的要求,风景优美的环境则适宜视觉流通等等。根据以上基本功能,建筑表皮大体可分为几大功能系统:保温隔热、通风、采光、遮阳、隔音及其他功能系统。总体说来,表现为光线、热能、视觉等方面的“通”与“隔”这对矛盾。表皮丰富而完整的功能的实现依托于建筑表皮的独立性,而结构的发展与完善则是表皮独立性得以实现的技术前提。正式结构的发展和创新使得建筑表皮以一种独立的结构承担起独立的功能。典例:德国汉

3、诺威博览会办公楼( DMAG的立面上使用了空心陶质面砖系统。 这种空心陶质面砖是一种用于建筑外装修的悬挂式空心陶质面砖,通过龙骨和连接构件固定于建筑的构造外墙上。在面砖和构造外墙之间可以附加保温材料,龙骨构架起来形成的通风夹层可以防止保温材料受潮,确保了外墙的保温性能空心构造减少单位面积的重量,小尺寸便于安装和运输,如果发生破损可以局部进行更换不影响立面效果。它不仅提高了其保温和美观效果,而且由于面砖表面纹理的水平接缝的作用而有效缓解了因高层建筑周边的高速气流而形成的立面雨水上行的问题。一.表皮的作用1.采光采光系统构件与遮阳系统构件:采光系统构件与遮阳系统构件是另一对相对的系统,前者需通,后

4、者需隔。前者同时担负着与外界视觉流通的功能,需要开启或采用透明、半透明的材料。后者是对前者的辅助与补充,一方面能够减少建筑能源的消耗,另一方面则使光线柔和,创造舒适的视觉环境。两者相辅相成,关系极为紧密。在建筑设计中常通过双层或多层构件实现通风与采光系统两者的功能。典例一:威斯巴登管理大楼。该建筑表皮可分为三层:外层为遮阳系统;中间层为主要的保温隔热构件系统,其形态为均布的玻璃窗,在梁柱位置为有色的铝制构件。玻璃窗由三层玻璃组成,以增强保温隔热性能;内两层构件系统共同承担通风功能。外层构件能够根据不同的光线条件而变化:光线强烈时,它具有遮阳功能,令光线在进入室内时形成漫反射,使室内光线柔和;光

5、线较弱时.则利用光线的折射,承担部分间接采光功能,增强室内光线。玻璃窗上方的木质叶片可手动翻转。整体叶片可调节。并由中心控制,自然风进来后通过内两层构件所形成的对流器进行预热,再进入室内。这个系统使得在窗户关闭时,也能保证良好的通风,同时减少能量的流失。典例二:巴塞罗那国际会议巴塞罗那国际会议中 心的南面和西面的玻璃层外部装置了重叠开孔密度不同的冲孔板,构成良好的遮阳效果。冲孔板的运作原理半透明金属孔板网用于建筑表皮上,则能过滤太阳光线、风和雨等自然气候要素,同时也能保证室内视线向外渗透的最大可能性,提供一定的安全保障。金属孔板网与其它表皮组合形成多层的建筑表皮能有效地过滤太阳辐射,又能使室内

6、向外的视线不被太多遮挡,如金属编织表皮在遮光50%的情况下,仍能保证由室内看清室外环境的性能,而在同样条件下的传统百叶却基本上是完全隔断了室内外视线的联系。金属孔板网形成的遮阳构件在遮挡阳光的同时会因吸收太阳辐射而升温,由于金属是低热质的材料,在没有太阳辐射热时(如晚上能够迅速冷却,避免白天所吸收的热量过多地传入室内,同时由于金属孔板网的渗透性,热空气也不会滞留于其附近。重叠于玻璃幕墙外的金属孔板网与玻璃之间形成的空气层在烟囱效应的作用下会自下而上地流动,带走堆积在金属孔板网附近的热量,避免热量过多地传入室内。在建筑表皮设计脱离多层材料同时满足通风采光的尝试。典例一:芝贝欧文化中心 它的外形取

7、决于计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics的模拟气流分析和风洞试验,并达到了自然同通风和减少风荷载的目的。木条编成贝壳状的棚屋,针对不同的风度和风向,通过调节百叶与不同方向百叶的配合来控制室内气流,从而实现完全被动式的自然通风。典例二:美国波斯顿麻省理工学院学生宿舍美国波斯顿麻省理工学院学生宿 舍引人注目的是在外墙表面的处理上, 霍尔探究了网格状小窗户作为表皮的潜力。每间宿舍有九个可开启的窗户,分成3排,每排9扇,每扇约60*60cm。形成一个模数化的预制嵌板。小窗与内凹的墙壁自然而然地挡住了夏日的阳光,而冬季,太阳入射角低,却能照射到建筑场内,给室内带来

8、阵阵暖意。2.保温隔热与通风保温隔热系统构件与通风系统构件相对应,前者需围合,后者需开启。前者是表皮的基本构件系统,其性能主要决定于材料。后者与开启的大小、位置有关,而且在开启的同时,要尽量减少能源流失,并保证保温隔热系统功能的正常发挥。现在多由双层或多层构件共同担负通风系统常与采光系统两者的功能。传统表皮隔热的方式“反射隔热”、“热阻隔热”、“遮阳隔热”都是将太阳辐射热直接转移到室外,在满足建筑保温隔热的需要。效果:能耗大,效果不佳,空间感受较差。室内热舒适与建筑节能的同时,却带来了城市热岛强度的增加。而“生态隔热”是采用绿色植被、水体介质等具有生态要素的复合体,将其置于建筑表面构成生态建筑

9、表皮,将吸收的太阳辐射热经过物理、生化反应之后,除储存机体必须的少部分能量外,大部分的太阳辐射热通过蒸腾作用以水分蒸发方式散热。利用绿色植被的生态隔热措施,不仅能遮阳,降低太阳对外围护结构的辐射强度,而且由于绿色植被对太阳辐射的吸收和蒸腾作用,使空气的湿度增加,而不提高空气温度。因此,降低了建筑表皮对周围环境的太阳辐射反射和热量转移,从而有利于改善建筑外部的热环境,减弱城市的热岛效应。建筑表皮的生态隔热技术措施:植物攀缘表皮、覆土种植表皮、蓄水表皮等。1.植物攀缘表皮 植物攀缘表皮就是在建筑的周围种植藤蔓植物,如爬山虎,通过在墙面设置网格或利用粗糙的墙面,藤蔓植物攀缘其上,覆盖建筑表面(墙面、

10、屋面,达到遮阳隔热作用。通过墙体的植物攀缘植被表面温度、裸露墙体表面温度、植被覆盖下的墙体表面温度以及室外的空气温度,可知在太阳辐射下植物攀缘表皮温度以及植被覆盖下的墙体表面温度明显低于裸露墙面的温度,并接近空气温度,且温度变化的振幅小,说明植物攀缘表皮具有良好的生态隔热效果。 此外,对于低层或多层建筑在其四周种植乔木,利用树冠遮阳也不失为一种简便易行的生态隔热措施。2.覆土种植表皮与植物攀缘表皮不同的是,覆土种植表皮是在建筑屋面或墙面搁置土壤或人工培养基,将植物直接种植在建筑的表面上形成生态隔热表皮。3 .蓄水表皮利用水的流动性和比热容大的特点,将水体直接蓄存于平屋面或搁置吸水率高的介质(如

11、:砂砾、加气混凝土等蓄水,以及通过在墙体表面敷设导管,并在导管内注水,形成蓄水表皮。前者,利用水体的被动蒸发带走大量的太阳辐射热,对周围环境增湿而不增温。后者,借助水的流动性带走太阳辐射热,避免墙体表面温度升高。尤其在夏季,通过导管内水的循环,既吸收了太阳辐射热,降低了建筑表面温度,又可获得热水用于日常生活。在冬季将导管内的水排空,形成空气间层,又能提高墙体的保温性能。二.表皮的生态作用1.可循环使用的建造材料为达到保护基地环境、避免生态系统退化的这一目的,应尽量在不破坏自然环境的基础上,首先提倡使用当地的天然原生材料,注重废弃物的循环再利用(recycle,真正地回到设计的本原。典例一:EX

12、PO2000瑞士展馆采用木材建造的EXPO2000瑞士展馆,将长达百年左右的建筑生命周期,浓缩为我们能看到的短短几个月展期。展览结束后,拆除的表皮材料可以马上被回收重新再利用。 典例二:多米尼葡萄酒厂 多米尼葡萄酒厂,采用当地的石头作为主要的表皮材料,而摒弃了传统的人工砖石或混凝土结构形式。结合玻璃的厚重石墙,对传热周期起到了有效的延迟作用(白天吸热,晚上放热,这正好与沙漠干热气候的温度波幅变化相反。两者的叠加,降低了地域气候昼夜温差大而可能增加的建筑能耗。可以预见,在该建筑生命周期结束的那一天,用于表皮的石头材料能实现其循环再生,而建筑基址则纳入动植物再度生长于这块场地上的土地回归。2.结合

13、绿化的复合表皮生态的表皮设计,绿化是大自然提供给我们的天然遮阳方式。建筑遮阳构件在吸收太阳能后温度会明显升高,其中一部分热量还会通过各种方式向室内传递。而植被通过光合作用将太阳能转化为生物能,叶片温度并未改变多少因此,屋顶的绿化在夏季能有效地阻止外表面温度升高,从而降低屋顶下的室内温度。典例一:上海某多层建筑“Z58”由日本建筑师隈研吾改造设计的上海某多层建筑“Z58”,就是将滴灌盆栽植物与玻璃表皮有机地结合起来。在这个复合绿化表皮中。遮阳植物盆栽在构架上,构架与墙面之间形成了良好的通风问层。这种方式既避免了常见的爬墙遮阳植物对墙体产生不利影响的弊端,还能有效地控制植物的生长周期。 3.具有可

14、瞢及性的适宜技术建筑表皮的气候适应性,还反映在表皮对光热辐射通过的调控能力上。这就涉及到相关技术的采用。技术的可能性和经济发展的现实性之间会存在一定的矛盾,不同国家的工业技术基础条件决定了技术层次的选择。对发达国家的建筑师来说,高技术是符合经济技术条件的。典例一:阿拉伯研究中心阿拉伯研究中心则完全模拟动物瞳7L的功能,采用电控液压技术来调节光圈式的金属叶片,以此精确地控制进入室内的光热辐射量,实现了对气候的积极适应。 三.实例调研玻璃幕墙的实际使用传统建筑实体围护体系的构造特征,一般是叠加式的,如在单层混凝土屋面板上添加保温层、防水层,各司其职地完成各项功能。但这种固定的构造难以提供动态调节的

15、方式。因而不完全具备适应气候变化的能力。作为建筑表皮,采光系统构件同时担负着与外界视觉流通的功能,需要开启或采用透明、半透明的材料,不透明的实体围护部分,常常与半透明的材料相组合。常采用玻璃这种透明材料形成大面积的玻璃幕墙来满足人们的需求。虽然玻璃的热阻较大,但由于一般尺寸较薄而热容小,往往是表皮的薄弱部分。行之有效的方法就是采用具有复合特征的构造方式,在玻璃之外增设一个带通风层的外表皮,形成双层玻璃幕墙,在双层皮之间通过。可变化的构造,实现诸如组织通风、设置遮阳、引入阳光等一系列截然不同的目标。设计合理的系统,其功能大于所组成的诸元素之和。建筑表皮的这种复合构造特征,可以大大改善外围护结构的

16、热工性能。建筑表皮玻璃(透明部分的气候适应性原则,是通过各种方法来调节“透明度”,使其在透明、半透明及不透明之间的组合变化中实现能耗的最小化。遮阳系统构件随季节、太阳位置的改变而改变,根据具体情况来控制,因而能更好地利用阳光。民乐园万达购物广场民乐园万达购物广场由两个主体块构成:由通高的玻璃幕墙构成的体块和由实质墙体构成的体块,两体块同属于同一栋建筑,所处环境一致,建筑空间体量相似,具有可比性和良好的对比性,来对比实体围护体系的建筑表皮构造特征和玻璃幕墙透明建筑表皮构造特征。 1.采光:实墙部分光线严重缺乏,全部依赖人工采光满足照明。建筑能耗大,使用时给人压抑之感,不利于生态可持续发展。玻璃幕

17、墙使得自然光线充分而柔和的充满大厅,充分满足了商场内采光的要求,生态节能并给人以自然通透的舒适之感。同时为防止光照的过分摄入,在玻璃幕墙内表面设置了遮光帘。 2.通风:实墙部分由于商场的功能性所决定无法开窗,故空气不流通,仅依靠人工通风设施以及通高中庭及天井等建筑结构帮助内部通风的实现。玻璃幕墙部分由于简单采用单层玻璃幕墙,内部直接采用钢架进行固定的结构,故没有双层玻璃或多层玻璃幕墙的良好通风道,玻璃幕空间比较气闷,自然通风只能由入口进入。 3.保温隔热:实墙部分由于商场的功能性所决定无法开窗,故空气不流通,秋冬季不采用人工措施时室温较正常,夏季采用人工制冷,与一般建筑无异。玻璃幕墙部分由于简单采用单层玻璃幕墙,未采用双层玻璃或多层玻璃幕墙的结构,保温隔热性能较差,内部较燥热,形成“玻璃暖房”,室温比室外温度明显偏高。 参考文献:1. 基于建筑表皮的城市热岛效应改善技术研究李积泉、蔡碧新福建工程学院2. 另一个方向梁建国3.