建筑设计与自然辩证法(1)

第32卷第7期西建筑󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol.32No.7󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁山2006年4月Apr.󰀁2006SHANXI󰀁ARCHITECTURE

文章编号:1009󰀁6825(2006)07󰀁0048󰀁03

建筑设计与自然辩证法

牛更芝󰀁张三军

摘󰀁要:建筑设计是一项协调人与自然关系的实践活动,从系统观、科学技术观和创新观这三个方面对建筑设计进行哲

学的思考,以促进人与自然的协调,科技与文化的共同发展。关键词:建筑设计,系统观,科学技术观,创新观中图分类号:TU󰀁05

󰀁󰀁建筑设计是一个创作过程,完成一件设计作品需要遵循一定的设计理论。近几十年来,人们在利用和改造自然的过程中,建筑事业取得了飞速的发展,人们在得到收益的同时,也为建筑事业对人类自然环境的破坏而忧心忡忡。

自然辩证法是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学,其研究目的就是为了合理地处理人与自然的矛盾[1]。建筑设计作为一项协调人与自然关系的实践活动,必然要遵循自然辩证法。系统观、科学技术观和创新观是自然辩证法的重要组成部分,在建筑设计中体现负荷,可在新风系统中采用全热交换器自然通风系统[2,4]等措施。

[3]

文献标识码:A

这三方面内容必然会对建筑设计有所启示。

1󰀁系统观

现代系统观认为,事物的普遍联系和永恒运动是一个总体过程,要全面地把握和控制对象,综合地探索系统中要素与要素、要素与系统、系统与环境、系统与系统的相互作用和变化规律,把握住对象与内、外环境的关系,以便有效地认识和改造对象。

在建筑设计中不仅要处理好建筑内部各要素的关系,而且在处理好建筑与外部要素和环境的关系。建筑内部各要素包括建

,在春、秋过渡季节采用

3)利用自然通风。自然通风是利用大气的热压作用而进行

的一种通风方式,该方式最大的特点是不需耗费任何能源,就能达到改善室内环境质量的效果,同时还可以达到空调的效果。但自然通风受到当地气候条件和建筑结构的,为了能达到预定的效果,还需配备其他自动控制措施。

2)自然能源的使用。绿色建筑最大的特点之一就是节能,一般绿色建筑的能耗水平大约是同类普通建筑的1/4~1/2,绿色建筑的要求是在节能的同时,又不能降低建筑室内环境的质量,自然能源的利用对实现绿色建筑的节能至关重要。

可利用的自然能源大体包括以下几种:太阳能是不需要耗费成本的清洁能源,最大限度地使用太阳能对实现绿色建筑的节能意义重大。太阳能的使用有以下三种方式:利用太阳光作为照明,太阳能加热系统和太阳能光伏发电。在白天,尽量利用太阳能作为室内照明能源,日本大林组建筑设计公司本部大楼为采用太阳能照明的一个工程实例[2],根据建筑结构,利用阳光天井来实现建筑内部的照明。为提高太阳能的使用效率,可以与自动控制系统相结合,采用主动式太阳跟踪系统。

在我国西部、北部和许多沿海,风能充沛,可以利用风能作为建筑能源的供应。风能利用的方式一般是利用风能发电,再将电能用于建筑的照明、空调等。除了太阳能和风能外,由于各地的地理条件差异,还可以利用当地所独有的自然能源,例如地热和海洋能源等。烟台就是一个美丽的沿海城市,烟台海域的海水温度在夏季约为20󰀂~25󰀂,冬季约为0󰀂~4󰀂,海水是一个巨大的能源储藏库,若能将海水用于热泵系统,夏季利用海水热泵进行建筑空调,与常用的冷却塔形式的空调系统相比,效率可提高10%以上;冬季利用海水热泵供暖,与气源热泵相比,效率可提高15%以上。

2󰀁结语

在总结文献关于绿色建筑设计的基础上,对绿色建筑设计中所采取的措施进行了总结。绿色建筑设计不仅仅是建筑室内环境的绿色设计,还应当充分考虑选址和与环境的协调,利用一切可以利用的当地自然条件,充分利用一切可以利用的自然能源,从建筑现场设计、建筑布局设计、建筑配套设施设计三方面都达到绿色设计,使建筑既舒适、健康、高效,又与环境和谐,才是真正意义上的绿色建筑。参考文献:

[1]李德英,寿大云.绿色建筑能源综合利用与智能控制技术研究

[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2004(4):34󰀁37.[2]朱颖新.国外绿色建筑面面观[J].科技潮,2005(6):13󰀁15.[3]殷󰀁平.StanleyA.Mumma.新风系统(DOAS)研究(1):综述[J].暖通空调HV&AC,2003(6):44󰀁49.

[4]杨󰀁晖.绿色建筑中的自然通风[J].EnergyConservationandEnvironmentalProtection,2003(5):37󰀁39.

[5]陈红兵,涂光备,陈国泰.自然光的利用与节能分析[J].太阳

能学报,2004,25(4):515󰀁518.

Discussionondesignmethodofgreenbuildings

LIUJian󰀁xun󰀁XUJing

Abstract:Thispaperdiscussedthedesignmethodofgreenbuildingsfromtheperspectivesofsiteselectionanddesign,buildingorientationandcon󰀁figure,andbuildingsystemdesign.Theresultshowsthatonlybuildingsthatintegratethecharacteristicsofthethreeaspectsarerealgreenbuilding.Keywords:greenbuilding,designmethod,buildingorientationandconfigure

收稿日期:2005󰀁09󰀁19

作者简介:牛更芝(1962󰀁),男,助工,平煤集团新峰矿务局,河南许昌󰀁461000

张三军(1976󰀁),男,助教,河南理工大学土木工程学院,河南焦作󰀁4000

󰀁󰀁

第32卷第7期

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

2006年4月

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁牛更芝等:建筑设计与自然辩证法

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筑、结构、设备、建筑物理、建筑材料和建筑施工等,一个建筑设计只有满足上述要素的要求,才能满足一般的使用功能。但今天的建筑设计已不单单是一幢建筑的实用、美观和经济的问题,它还要涉及到社会学、生态学、心理学、历史学、经济学和环境学等多门学科。即建筑设计不仅要满足为人使用的基本功能外,还要体现建筑的时代性、地域性和文化性。在今天!以人为本∀的设计理念指导下,在一个强调人与自然协调发展的年代,人们已经不满足居住在一个个孤立的、毫无生机的钢筋混凝土结构中,而是要居住在与自然环境和社会环境相协调、相统一的绿色建筑体系内。这就要求建筑师在进行设计中必须有综合思维的能力,在错综复杂的诸因素中,抓住主要矛盾和矛盾的主要方面[2]。一个建筑的设计过程也就是一个不断解决问题的过程,建筑师只有解决好各阶段的问题,才能设计出一个健康、安全、高效、节能、方便、舒适和可持续发展的人居环境。

当今建筑设计系统观主要体现在生态建筑的设计,也就是指建筑与环境协调发展的建筑样式,即要求在建筑设计中充分考虑环境保护的需要,使建筑物不仅有效地满足各种使用功能的同时,还要符合环境保护的要求。这其中好的范例是清华大学超低能耗楼的设计。该楼位于清华大学校园东区,建筑地下1层,地上4层,总建筑面积2930m。该楼的设计尽可能减少一次性消耗能源,降低对外界环境的污染。该建筑结构体系采用钢结构,围护结构强调开放性、过滤性;室内环境采用自然采光和自然通风,能源采用太阳能和天然气相结合的方式,从而为使用者提供和谐的工作空间。并在此基础上,开展各项与生态建筑有关的研究,示范先进的生态建筑技术。

2

系统和通风系统等工作状态。

科学技术在建筑设计中的另一个体现是计算机技术的应用。科学技术所引发的变化莫过于计算机技术的日新月异。作为较早应用计算机技术的建筑设计,三维制作软件的发展无疑给建筑设计带来了更大的想象和表现空间。当前的建筑设计早已不只是要求画出平面图的时代,而是要求有直观的效果图,甚至要求有虚拟现实的出现。建筑效果图是建筑师展示其作品的设计意图、空间环境、色彩效果与材质感的一种重要方式;而虚拟现实技术则可以使用户能够在吸收多种信息后,达到身临其境的效果。计算机技术以其简单易用、易修改,可重用、准确真实和易存储传输的特点已经成了建筑设计中不可或缺的重要工具。

3󰀁创新观

创新是社会前进发展中的永恒主题。同志曾精辟地指出:!人类总是不断发展的,自然界也是不断发展的,永远不会停止在一个水平上。因此,人类总得不断地总结经验,有所发现,有所发明,有所创造,有所前进∀。江同志也在十六大报告中指出:!创新是一个民族进步的灵魂∀。

我国改革开放以来,给建筑业带来了难得的机遇,并取得了宏大的成绩,但是在!全球化∀思想的影响下,给人一种千街一调、百城一色的感觉,因此建筑设计需要创新,需要营造中国特色的现代建筑。创新的过程,正如英国心理学家沃勒斯在#思考的艺术∃中指出需要一个准备的过程,即收集资料的过程,包括古今中外的优秀设计思想以及从别人的经验中获取的知识和启示,在此基础上加以分析,经过一个去粗取精和去伪存真的过程,形成自己的设计风格。建筑设计是一件艰辛而复杂的智力劳动,一项优秀的建筑作品的诞生要求建筑师有全面的设计知识、扎实的设计基础和丰富的想象力。建筑设计的创新过程,决非直接搬用国外的设计作品,而是一个不断要否定自我、修正自我、完善自我的过程。一个有特色的建筑往往就建立在巧妙地解决了许多难点的基础上[4],而一个有特色的建筑即一个有创新意识的建筑往往就会得到大家的欣赏。

建筑设计的创新不仅可以体现在建筑外形中,也可以体现在建筑技术中。在清华大学超低能耗楼设计中就有多处创新之处,在围护结构设计中包含了生态舱的设计、相变蓄热地板的设计、植被屋面的设计及各种幕墙的设计。其中的生态舱位于建筑物一层北部,将绿色植物引入室内,创造性地在建筑内部增加了与自然接触的人性化空间,并且也可以在一定程度上改善室内环境质量。能源主要采用太阳能和天然气,将这些天然能源转化为电能和热能,减少了动力电的使用。

2󰀁科学技术观

科学技术是人类认识自然、改造自然的工具,是第一生产力,可以帮助人类不断创造出光辉的物质文明和精神文明。科学技术的飞速发展,必然给建筑设计带来新的设计理念和思想。现代建筑设计必然要满足科学技术观的要求,在当前设计中主要体现在两个方面。

一是智能建筑的设计思想。智能建筑目前尚无统一定义,但其核心思想是系统集成设计[3]。它包括办公自动化(OfficeAu󰀁tomation,缩写OA)系统,即利用先进的科学技术,不断使人的部分办公业务活动物化于人以外的各种设备中,并由这些设备与办公人员构成人机信息处理系统;通信自动化(CommunicationAu󰀁tomation,缩写CA)系统,即在智能建筑中可以迅速进行各种图像、文字、语音及数据的通信;建筑物自动化(BuildingAutomation,缩写BA)系统,即以计算机为核心,对建筑物的设备运行状况进行实时控制和管理。建筑自动化系统中的一项重要内容就是建筑节能技术,这是自能源危机出现后在建筑领域内出现的设计大趋势,节能设计通过对建筑的围护结构、环境控制、能源系统和自控测量等系统的设计达到节约能源,使建筑在各种自然环境下处于一种超低耗能的状态。以上三个系统在智能建筑中由系统集成中心(SystemIntegratedCenter,缩写SCI)统一综合管理。清华大学超低能耗楼同样很好地体现了科学技术观在建筑设计中的运用。作为科研基地,该楼汇集了多种国内外最新的科研成果。仅以该楼的自控测量方案设计为例来说,它在设计中考虑了根据环境的变化调节建筑物各部位的状态,实现建筑智能化控制和实时测量的效果。该楼的控制系统可以自动采集各室外测点的日照情况,根据不同的朝向方位调节遮阳板百叶的状态以减少热负荷;采集室外气象参数,决定外窗的开启状态和热压通风竖井的开启状态;另外还可以控制建筑中采光系统、能源管理

4󰀁结语

建筑设计必须遵循自然辩证法,建筑师应学习自然辩证法,

提高自己的哲学素养和人文素质,进一步树立辩证唯物主义的世界观,掌握和运用科学的思维工具去探索建筑与环境的内在自然规律。在建筑设计中要把握系统观,体现科技观,富有创新观,只有这样才能创作出优秀的建筑作品。参考文献:

[1]国家教委社会科学研究与艺术教育司.自然辩证法概论[M].

北京:高等教育出版社,2003.1󰀁4.[2]何镜堂.建筑创作与建筑师素养[J].建筑学报,2002(9):18󰀁

19.[3]董羽蕙.建筑设备[M].重庆:重庆大学出版社,2003.298.[4]吴良镛.广义建筑论[M].北京:清华大学出版社,19.161.

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第32卷第7期西建筑󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol.32No.7󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁山2006年4月Apr.󰀁2006SHANXI󰀁ARCHITECTURE

结构 抗震

文章编号:1009󰀁6825(2006)07󰀁0050󰀁02

浅论钢筋混凝土结构抗火设计

李丽萍󰀁银永明

摘󰀁要:现就钢筋混凝土结构抗火性能的研究进行了综合述评,分析了火灾下钢筋混凝土力学性能的劣化过程,针对现

阶段的研究状况,对需要深入探讨的课题提出了建议。关键词:钢筋混凝土结构,抗火性能,弹性模量中图分类号:TU375.04

󰀁󰀁火灾给人类的生命财产带来了极大的损失,特别是近年来,由于建筑物高层化、大规模化及用途的复合化,火灾发生的因素也随之增加,火灾规模也日趋扩大。建筑防火作为建筑防灾的一个重要分支,越来越引起人们的重视。在各种建筑结构中,钢筋混凝土结构有相当大的比重。同木结构、钢结构相比,钢筋混凝土结构的耐火性能比较好,一份FIP结构抗火的报告表明,钢筋混凝土结构在火灾作用下,由于结构倒塌而导致死亡的事例是极少的。但客观地讲,在火灾作用下,钢筋和混凝土由于物理和化学变化而使材料的力学性能有相当大的降低,使结构构件显示了相当大程度的破坏。从整个结构来讲,在火灾作用下,结构的变形、内力分布和承载力等均与在常温作用下有很大不同,且与火灾范围、温度、持续时间及升降温历程等许多因素都有很大关系。因此,结构承载力降低、结构失效以至于倒塌的危险依然存在,为了制订相应的抗火设计标准,对钢筋混凝土结构抗火性能研究便成为必需。

20世纪50年代,前苏联首先颁布了耐热钢筋混凝土的设计暂行指示(y󰀁151󰀁56/MC󰀁M%󰀁),之后,美国消防协会(1962)、FIP/CEB(1979)、瑞典(1983)、法国(1984)相继颁布了钢筋混凝土抗火的设计标准。

70年代,我国冶金工业部建筑研究总院等单位编制了#冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计规程∃,该规程给出了60󰀂~200󰀂范围内的设计计算方法、设计措施、材料指标及有关规定,这是我国第一部有关钢筋混凝土结构抗火设计规程。80年代中期开始,为了制订科学合理的建筑结构抗火设计规范,清华大学、同济大学、西南交通大学等单位对钢筋混凝土结构的高温材料模型、构件和结构在高温下的反应以及灾后评估修复等问题进行了研究,并取得了较为丰富的成果。

文献标识码:A

混凝土是由粗细集料和硅酸二钙凝胶体组成。高温下,混凝

土将产生热分解,从而改变了混凝土的力学和热学性能。当混凝土受热后达100󰀂时,混凝土中的游离水开始排除,到200󰀂时,其化学结合水开始排除,在350󰀂时,发生硅酸钙和铝酸钙脱水,在570󰀂时,发生氢氧化钙脱水,开始分解,导致水泥石结构的破坏,使混凝土的强度显著降低。

混凝土弹性模量随温度升高而降低,当温度达到500󰀂,弹性模量就降低到原来的50%,当温度达到700󰀂时,弹性模量只有原来的25%左右。试验研究表明,骨料种类和混凝土强度对高温下混凝土弹性模量影响较小,但骨料粒径影响较大。当碎石的粒径从10mm增大到20mm~40mm时,混凝土弹性模量要降低30%~40%。

1.2󰀁钢筋高温特性

钢筋混凝土结构在火灾温度下,其强度的计算主要同钢筋高温性能有关,它直接影响着建筑结构在火灾下的反应以及对火灾后的评定和处理方案。

钢筋混凝土一般用普通低碳钢筋,随着温度升高,屈服台阶逐渐减小,到300󰀂时,屈服台阶消失,其屈服强度可按0.2%的残余变形确定。钢筋在400󰀂以下时,其强度还比常温时略高,但塑性降低。这是由于钢材在200󰀂~350󰀂时蓝脆现象使其强度增加。超过400󰀂时,强度随温度升高而降低,塑性增加。到700󰀂时,钢筋强度要降低80%以上。

钢筋弹性模量随着温度的升高而降低。从不同种类钢材和不同级别强度的钢筋所做的高温弹性模量试验结果来看,高温下钢筋弹性模量的降低只同温度有关,而同钢材种类和强度级别没有多大关系。普通低碳钢筋的弹性模量到480󰀂时同温度成线性关系降低,大于480󰀂时,降低速率增加。

1󰀁钢筋混凝土高温特性1.1󰀁混凝土高温特性

1.3󰀁钢筋和混凝土高温粘结性能

钢筋与混凝土之间的粘结力主要由混凝土硬化收缩时将钢

Architecturaldesignanddialecticsofnature

NIUGeng󰀁zhi󰀁ZHANGSan󰀁jun

Abstract:Asacoordinatehumanandnaturalpracticeactivity,architecturaldesignshouldbeabidedbydialecticsofnature.Thepaperdiscuss󰀁eshowtodesignarchitectureformsystematicview,science&technologyviewandcreativeview,soastotakecoordinateinhumanandnatu󰀁ralandadvanceinscience&technologyandculturetogether.

Keywords:architecturaldesign,systematicview,Science&technologyview,creativeview

收稿日期:2005󰀁10󰀁14

作者简介:李丽萍(1966󰀁),女,高工,中国石化集团中原石油勘探局勘察设计研究院,河南濮阳󰀁457001

银永明(1966󰀁),男,高工,中国石化集团中原石油勘探局勘察设计研究院,河南濮阳󰀁457001