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房屋建筑学
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房屋建筑学论文
1房屋建筑学概论
1.1建筑的定义
1.1.1建筑物
1.1.2构筑物
1.1.3建筑三要素
1.2建筑的分类
1.2.1建筑按照使用性质不同，通常分为
1.2.2民用建筑的分类
1.2.3工业建筑的分类
2房屋建筑与生态、节能相结合
2.1生态建筑概述
2.1.1国内房屋建筑发展的状况
2.1.2当前生态建筑的设计内容
2.2我国如何建筑生态建筑
2.2.1中国要实现绿色建筑需要解决六个问题
2.2.2生态建筑与节能综合运用的技术策略
2.2.3实例—青岛天人生态大厦
前言
本文论述了房屋建筑的内涵、功能、分类等，阐述了生态建筑的内涵和特点，并结合当今国内现状及发展趋势和需要解决的问题，就如何建造生态、节能及可持续性的建筑进行了详尽论述。
以一个具体的实例结尾并展望未来。
正文
1房屋建筑学概论
1.1建筑的定义
建筑：
是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律和美学法则创造的人工环境。
1.1.1建筑物：
供人们在其中生产、生活或进行其他活动的房屋或场所，即直接供人们使用的建筑称为建筑物。
例如：
主宅、办公楼等。
1.1.2构筑物：
间接供人们使用的建筑称为构筑物。
如水塔、蓄水池、烟囱、贮油罐等。
1.1.3建筑三要素
（1）建筑功能：
是指建筑的使用要求。
①满足人体尺度和人体活动所需的空间尺度。
②满足人的生理要求。
要求建筑应具有良好的朝向、保温、隔声、防潮、防水、采光及通风的性能，这也是人们进行生产和生活活动所必须的条件。
③满足不同建筑有不同使用特点的要求。
不同性质的建筑物在使用上有不同的特点，例如火车站要求人流、货流畅通；影剧院要求听得清、看得见和疏散快；工业厂房要求符合产品的生产工艺流程；某些实验室对温度、湿度的要求等等，都直接影响着建筑物的使用功能。
（2）建筑技术
建筑的物质技术条件是指建造房屋的手段。
包括建筑材料及制品技术、结构技术、施工技术和设备技术等，所以建筑是多门技术科学的综合产物，是建筑发展的重要因素。
（3）建筑形象
构成建筑形象的因素有建筑的体型、立面形式、细部与重点的处理、材料的色彩和质感、光影和装饰处理等等，建筑形象是功能和技术的综合反映。
建筑形象处理得当，就能产生良好的艺术效果，给人以美的享受。
有些建筑使人感受到庄严雄伟、朴素大方、简洁明朗等等，这就是建筑艺术形象的魅力。
1.2建筑的分类
1.2.1建筑按照使用性质不同，通常分为
（1）民用建筑：
指供人们工作、学习、生活、居住用的建筑物。
（2）工业建筑：
指为工业生产服务的生产车间及为生产服务的辅助车间、动力用房、仓贮等。
（3）农业建筑：
指供农（牧）业生产和加工用的建筑，如种子库、温室、畜禽饲养场、农副产品加工厂、农机修理厂（站）等。
1.2.2民用建筑的分类
（1）按使用功能分
①居住建筑：
如建筑、宿舍、公寓等；
②公共建筑：
按性质不同又可分为15类之多。
a文教建筑；b托幼建筑；c医疗卫生建筑；d观演性建筑；e体育建筑；f展览建筑；g旅馆建筑；h商业建筑；i电信、广播电视建筑；j交通建筑；k行政办公建筑；l金融建筑；m饮食建筑；n园林建筑；o纪念建筑。
如图1.
图1居住建筑（左）公共建筑（右）
（2）按规模与数量分
①大量性建筑：
指建筑规模不大，但修建数量多，与人们生活密切相关的分布面广的建筑，如建筑、中小学教学楼、医院、中小型影剧院、中小型工厂等。
②大型性建筑：
指规模大、耗资多的建筑，如大型体育馆、大型剧院、航空港、站、博览馆、大型工厂等。
与大量性建筑相比，其修建数量是很有限的，这类建筑在一个国家或一个地区具有代表性，对城市面貌的影响也较大。
（3）按建筑层数分类
①建筑建筑按层数划分为：
1～3层为低层；4～6层为多层；7～9层为中高层；10层以上为高层。
②公共建筑及综合性建筑总高度超过24m者为高层（不包括总高度超过24m的单层主体建筑）。
③建筑物高度超过100m时，不论建筑或公共建筑均为超高层。
（4）按承重结构的材料分类
①木结构建筑：
指以木材作房屋承重骨架的建筑。
②砖（或石）结构建筑：
指以砖或石材为承重墙柱和楼板的建筑。
这种结构便于就地取材，能节约钢材、水泥和降低造价，但抗害性能差，自重大。
③钢筋混凝土结构建筑：
指以钢筋混凝土作承重结构的建筑。
如框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构等，具有坚固耐久、防火和可塑性强等优点，故应用较为广泛。
④钢结构建筑：
指以型钢等钢材作为房屋承重骨架的建筑。
钢结构力学性能好，便于制作和安装，工期短，结构自重轻，适宜超高层和大跨度建筑中采用。
随着我国高层、大跨度建筑的发展，采用钢结构的趋势正在增长。
⑤混合结构建筑：
指采用两种或两种以上材料作承重结构的建筑。
如由砖墙、木楼板构成的砖木结构建筑；由砖墙、钢筋混凝土楼板构成的砖混结构建筑；由钢屋架和混凝土（或柱）构成的钢混结构建筑。
其中砖混结构在大量性民用建筑中应用最广泛。
（5）按建筑物等级划分
①按耐久性能划分等级：
主要根据重要性和规模大小划分，作为基建投资和建筑设计的依据分为四等，如表1.
表1按耐久性能划分等级
耐久等级
耐久年限
适用范围
一级
100年以上
适用于重要的建筑和高层建筑，如纪念馆、博物馆、国家会堂等
二级
50～100年
适用于一般性建筑，如城市火车站、宾馆、大型体育馆、大剧院等
三级
25～50年
适用于次要的建筑，如文教、交通、居住建筑及厂房等
四级
15年以下
适用于简易建筑和临时性建筑
②按耐火性能划分等级：
决定与房屋主要构件的燃烧性能和它们的耐火极限。
分为：
a非燃烧体；b燃烧体；c难燃烧体。
如表2
表2建筑物的燃烧性能和耐火极限
（6）按建筑结构的承重方式分
①承重墙结构：
荷载通过墙体传给基础
②骨架结构：
荷载由骨架传给基础
③剪力墙结构：
荷载通过抗水平剪切的钢筋混凝土墙体传给基础
④筒体结构：
荷载由四周围合的钢筋混凝土墙体传给基础
⑤空间结构：
大跨度、大空间建筑中屋盖采用的特种结构形式
图2高层建筑中加强房屋刚度的墙体和筒体示意
1.2.3工业建筑的分类
（1）按用途：
主要生产厂房，辅助生产厂房，动力用厂房，储藏类建筑，运输工具用房，其它。
（2）按层数：
单层厂房，多层厂房，混合层数厂房。
2房屋建筑与生态、节能相结合
2.1生态建筑概述
2.1.1国内房屋建筑发展的状况
原始人类为避寒暑风雨，预防虫蛇猛兽的袭击，住住山洞里或树上，这就是原始社会的“穴居”（图3）和“巢居”（图4）。
在漫长的历史进程中，人们的居住
图3适合黄土地带的穴居的发展过程（中国建筑史插图）
条件的要求也越来越高，经过不断进化，古人开始营建房屋。
据考古发掘证明，
图4适合沼泽地带的巢居的发展过程（中国建筑史插图）
我国最早的房屋建筑生产于距今约六七千年前的新石器时代，当时的房屋主要有两种：
一种足以陕西西安半坡遗址为代表的北方建筑模式——半地穴式房屋和地面房屋（图5）：
一种是以浙江余姚河姆渡遗址为代表的长江流域及以南地地区的建筑模式——干栏式建筑。
图5西安半坡遗址2号大房子（网络资源）
人类的房屋模式，不仅受人们生活方式的影响，更受到社会经济发展和科学技术进步的影响。
到了近代，随着时代的不断进步，建筑建筑的舒适度也不断提高：
从老少同居一室到隔代分室；从食寝合一到食寝分离；从起居不分到起居分离：
到关注室内的卫生、日照、通风、选用绿色环保材料等。
但目前建筑建筑在提高舒适性的同时，很多大面积、大能耗的设计造成了资源的浪费，这与国内资源短缺的实际相背离，因此提高建筑舒适性应该在提高面积利用率和节能环保上多下工夫。
进入新世纪，生态建筑的功能划分要更加明晰，更加注重人性化设计，把各种生态能源同建筑结合起来，把几千年来人类居住、遮风挡雨、避寒暑的简单场所，发展成为具有独立能源、自我循环式的新型建筑，这将是人类进步和社会、科学技术发展的必然要求。
2.1.2当前生态建筑的设计内容
图6流水别墅—住宅与环境相协调的典范之作
生态建筑又可以称作是绿色建筑、可持续建筑。
生态建筑涉及的面很广,是多学科、多工种的交叉,是一门综合性的系统工程。
生态建筑空间设计是指在遵循生态平衡及可持续发展的设计原则下，综合运用当代建筑学、建筑技术科学、生态学、美学及其它科学技术的成果，对建筑的室内外空间环境进行设计、组织，创造一种舒适、健康、高效和美观的建筑形式。
生态建筑环境的设计不仅涉及到自然环境，如空气、水体、土地、绿化、动植物、能源等要素，也涉及到建筑周边的人文环境和社会环境。
（图6）
2.1.3生态建筑的特征
随着城市现代化的发展，生活节奏的加快，人们在室内工作和生活的时间越来越长，居住空间的环境设计也越来越引起人们的关注。
在这一趋势下，生态环境艺术设计也更多的涌入人们的生活环境当中．例如建筑本身的选材、建筑庭院、室内、阳台和屋顶花园的设计等。
生态环境艺术设计在改善环境质量、空间感觉、视觉审美及满足人们返朴归真的愿望等方面都起着不可替代的作用（图7）。
因此，随着人们对生态建筑认识的不断加深，生态建筑的建设应该具有以下特征：
（1）健康
生态住宅也称“健康住宅”。
生态住宅的总体布局、空间组合、房屋构造、能源的利用、节能措施、绿化系统以及生活服务配套的设计，都必须以改善及提高人的生态环境、生命质量为出发点和目标。
①叠水景墙②休闲桌椅
③玻璃平台④小木桥
⑤叠水⑥叠水汀步
⑦木平台⑧白沙石
⑨木拱桥⑩汀步
⑾休闲木平台⑿休闲桌椅
⒀木坐凳⒁花坛
⒂块石汀步⒃大理石铺底⒄净手钵⒅石灯笼
⒆特色植物组景
图7体现休闲功能的屋顶花园设计（网络资源）
生态建筑空间环境首先要因地制宜的满足人体的舒适性，如适宜的温度、湿度以满足人体本身的需要。
此外，生态建筑建设还应有益于人的身心健康，如充足的日照、良好的通风以及无辐射、无污染的室内装饰材料等。
在具体设计上，要注重绿化布局的层次、风格与建筑物要相互辉映，注重不同植物各方面的相互补充与融合。
另外在心理方面，生态建筑既要保证家庭生活所需要的安全性、私密性，又要满足邻里交往、人与自然交往的要求。
（2）高效
高效是生态建筑的核心内容。
所谓高效，是指尽可能充分的利用资源和能源，特别是对不可再生资源和能源的利用。
传统的建筑业以及与建筑业相关的其它产业消耗了大量的能源和资源，严重影响了社会经济的可持续发展。
而生态环境艺术设计正是要转变这种粗放型的发展模式，走可持续发展的道路，以最少的能源、资源成本去获取最高的效益，维护生态系统平衡。
图8装饰造型体现严谨的科技美感
（3）美观
美观是生态建筑不可或缺的灵魂。
生态建筑与自然环境和谐不仅体现在能量、物质方面，同时也体现在精神境界方面，包括与自然景观的融合，与社会文化相融合等。
从环境艺术设计的角度来看，生态建筑的设计没有固定的可套用的模式，它是诸多专业相互协调、综合作用的设计成果。
生态环境艺术设计尊重建筑材料固有的性能，最大限度的发挥其美学特征，从不矫揉造作．有时体现出精确严谨的科技美，有时又能体现出纯朴自然的生态美（图8）。
2.2我国如何建筑生态建筑
2.2.1中国要实现绿色建筑需要解决六个问题
中国对绿色建筑的探索源于上世纪七十年代，从当初的空白到如今已制定了国家绿色建筑评价标准及其实施细则，可谓发展迅速。
但清华大学建筑设计学院院长秦佑国分析指出，在中国发展绿色建筑必须考虑中国国情，中国绿色建筑设计必须做到三条：
首先，要因地制宜选用适宜的技术；其次，要兼顾全局利益与局部利益，重要的是调动群众的积极性；再次，关注普通建筑而非高标准和高技术的“示范”，并选择被动式的技术，适合实际需求。
针对中国国情，他提出出中国要实现绿色建筑需要解决六个问题：
第一，节约土地要考虑“生态足迹（footprint）”和土地生态价值。
普遍意义上的土地节约只是面积上的，现在的概念应该考虑到“生态足迹（footprint）”和土地的生态价值。
减少footprint即减少人均占用资源的总量，这与国家在2006年6月1日提出的“70%的住宅建筑在90平米以下”的标准有着相似的意义。
应该提倡通过土地利用，尤其是对荒地，劣地，废弃土地的开发利用，提高土地的生态价值，而不是“建设性破坏”。
第二，能源问题。
首先是大力减少建筑能源消耗，另一方面，解决能源问题应该从能源结构上入手。
中国目前的能源结构还是要以燃煤为主，石油和天然气必须慎用，“煤改电”“煤改气”应该慎行，还应该开发新的能源：
太阳能、地热能等等。
第三，采用新的采暖设备技术（如电采暖）应与围护结构热工性能设计相结合。
围护结构是耗能的主体，在应用新的技术设备时，充分考虑到外维护结构的材料和设计，才能真正达到节能效果。
第四，建筑寿命问题。
建筑寿命不仅仅是牢固，更需要有前瞻性、适应性，适合未来发展，这主要在设计中体现。
而现实的情况是，许多建筑往往还未达到其使用寿命即被拆除重建，造成了巨大的资源浪费。
第五，二次装修问题。
许多业主习惯把刚建好的新房重新装修，这样造成了材料上、资金上浪费，甚至在建筑安全上也埋下巨大隐患。
第六，绿色建材问题。
粘土砖以其就地取材的便利和价格的便宜被广泛使用，但由于中国有限的土地面积，已被国家限制使用。
木材本来使一种很好的绿色建材，由于滥砍滥伐使我国森林资源难以为继，并且造成生态破坏，所以被限制使用。
类比之下，加拿大和北欧等以木材建筑为主的国家，他们的木材已形成了投入产出的良性循环，可以大量使用。
混凝土材料在中国的国情下还不得不大量的使用，但其并不是绿色建材，损毁和拆除后难以再利用和自然降解。
四川地震后堆积如山的破碎混凝土成了建筑垃圾，其处理和再利用将是一个巨大的难题。
2.2.2生态建筑与节能综合运用的技术策略
一般来讲,生态是指人与自然的关系,那么生态建筑就应该处理好人、建筑和自然三者之间的关系,它既要为人创造一个舒适的空间小环境（即健康宜人的温度、湿度、清洁的空气、好的光环境、声环境及具有长效多适的灵活开敞的空间等）;同时又要保护好周围的大环境——自然环境（即对自然界的索取要少、且对自然环境的负面影响要小）。
这其中,前者主要指对自然资源的少费多用,包括节约土地,在能源和材料的选择上,贯彻减少使用、重复使用、循环使用以及用可再生资源替代不可生资源等原则。
后者主要是减少排放和妥善处理有害废弃物（包括固体垃圾、污水、有害气体）以及减少光污染、声污染等等。
对小环境的保护则体现在从建筑物的建造、使用,直至寿命终结后的全过程。
以建筑设计为着眼点,生态建筑主要表现为:
利用太阳能等可再生能源,注重自然通风,自然采光与遮阴,为改善小气候采用多种绿化方式,为增强空间适应性采用大跨度轻型结构,水的循环利用,垃圾分类、处理以及充分利用建筑废弃物等。
仅以上几个方面就可以看出,不论哪方面都需要多工种的配合,需要结构、设备、园林等工种,建筑物理、建筑材料等学科的通力协作才能得以实现。
当前生态建筑的建设的技术策略主要有如下几个方面：
（1）建筑主体节能技术
在生态建筑空间环境的设计中应充分考虑气候因素和场地因素，如地域环境、地形地貌、建筑布局、朝向方位等因素。
建筑主体节能要求在保证舒适、健康的室内环境的基础上，采取有效的节能措施改善建筑的室内环境，降低建筑的能耗，最大限度地减少建筑对能源的需求，以实现可持续发展的目标。
此外，应因地制宜的充分利用天然热源、冷源来实现采暖与降温，如利用自然通风来改善空气质量、降温、除湿等。
（2）可再生能源的综合利用
生态建筑应尽可能实现煤、石油、天然气等不可再生能源的含理利用，并且要积极开发可再生的新能源，包括太阳能、风能、水能、生物能、地热等无污染型能源，提高可再生能源在生态建筑系统中的利用率，尽可能降低建筑的生态环境系统的破坏，确保自然环境的可持续发展。
（3）常规能源的优化利用环
在当前国家能源政策允许的范围内，结合生态建筑的地理位置、规模密度、周边环境状况等具体信息，设计制定生态建筑空间中各设备系统的能源供应方案，优化组合建筑中的能源设备系统，实现能源的合理利用。
例如在北方生态建筑规模密度适宜的地区推广热电联产、集中供热等大型采暖方式，在有合适的地温热源可以利用的地区，可考虑采用热泵等采暖力式等。
（4）水的循环利用与综合处理
结合当地水资源状况和气候特点，保证安全的生活用水、生态环境用水和娱乐景观用水．制定相应的节水、污水处理回收利用、雨水收集和利用方案，实现水的循环利用和梯级利用。
对滨海地区的生态建筑建设应积极研发合理的海水利用方案，努力提高水资源的循环利用率，减少污水排放量。
（5）材料与资源的有效使用
生态建筑建设应选择在生产和输送过程中消耗的自然资源少，且能持久利用的建筑材料。
在建筑主体的设计过程中要注意实现材料的可重复使用、可循环使用和可再生使用，应尽量避免选择在使用过程中对人体和环境有害的建筑材料。
在经济条件允许、科学技术成熟的地区可合理的运用新材料、新技术，减少建筑材料对环境污染，提高生态建筑空间环境的科技性能。
图9青岛天人生态大厦
2.2.3实例—青岛天人生态大厦（体现生态和循环理念的资源利用和节能建筑集成技术）
生态建筑遵从循环经济的基本理念，以减少因建筑物的建造而对大自然产生伤害、营造人与自然和谐空间为出发点。
它将建筑看成一个循环的生态系统，通过设计建筑内外空间中的各种物态因素，使物质、能源在建筑内部有秩序地循环和转换利用。
青岛天人生态大厦是按照国际生态建筑标准设计建造的，国内第一座具有示范意义的实用型生态建筑！
（图9）
它是由清华大学建筑设计研究院规划设计，它融入了光伏发电、光导管、风力发电、生物质能回收利用、中水回用、雨水收集、人工湿地、生态核、热压通风、太阳能集热、屋顶绿化、垂直绿化、立面遮阳以及外墙保温等十多项新技术新工艺。
它充分体现了循环经济所倡导的“减量化、再利用、再循环”原则，所有指标均达到并超过国外生态建筑标准。
是多项循环再生技术、可再生能源利用技术、节能降耗技术与建筑设计集成的智慧结晶！
（1）绿色建材
按照就地取材、减少环境影响的原则，大厦建筑材料采用了多种生态建材和可回渗地面等新技术。
生态大厦建设所需的建材，在距施工现场500公里以内生产的占建材总重量60%以上；可再循环材料占所用建材总重量10%以上；可再利用建筑材料使用率大于5%。
（2）灵活装修
生态大厦的装修采用大空间、灵活隔断，减少了材料浪费和垃圾产生，充分体现了“减量化”的原则。
办公家具与生态大厦整体风格浑然一致，造型简洁，具有多功能、可组合、可回用的特点，体现了“再利用”的原则。
（3）中水回用
为了实现生态大厦水资源的循环利用，在设计中采用了“自然循环方式中水处理系统”专利技术。
“自然循环方式中水处理系统”是模仿土壤和水田对污水的净化机理，依靠微生物对污水进行净化,采用生物炭、木炭、石灰石等自然材料作为填埋过滤净化材料,并通过科学合理的工艺组合,使生物净化功能达到最佳效果。
再生水可用作灌溉植被、冲厕、洗车以及景观用水；使用多年后的材料可以返回土地作为肥料（图10）。
图10通过人工湿地净化污水
（4）天然采光
生态大厦在室内照明中采用了健康、环保、无能耗的光导管绿色照明技术。
它主要由采光罩、光导管和漫射器三部分组成。
其原理是通过采光罩高效采集室外自然光线，经过特殊制作的光导管传输和强化后，由系统底部的漫射器把自然光均匀高效地照射到室内（图11）。
图11天然采光
（5）自然通风
过渡季节利用太阳能热水加热风道内的空气，热压作用下的自然通风量约可提高1倍。
初步运行效果表明，在保证室内热舒适性和空气品质的前提下，在夏秋季节春夏季节各缩短空调运行时间近1个月，全年约可减少空调运行时间2个月。
（6）风力发电
在生态大厦的外立面和屋顶设有50kW太阳能光伏电池方阵，屋顶还设有3台5kW风力发电机。
它们所发出的直流电可通过逆变器转化为交流电，满足大厦日常用电的需要。
由太阳能电池阵列、风力发电机、智能管理系统、并网逆变器和交流配电柜组成的“风光互补发电系统”，在国内首次实现了太阳能、风能与建筑一体化（图12）
图12风力发电
（7）生物智能
在生态大厦内部，设计了一套生物质能回收装置，它采用了先进的全混式联合消化工艺、柔性双膜气柜等专利技术。
在对固体垃圾进行分类收集后，备餐间的有机垃圾经粉碎装置粉碎，与粪污一起输送到CSTR反应器。
在CSTR内部设有中心搅拌和加温装置，它利用太阳能热水系统提供热源，通过高效微生物产生的沼气，被收集储存到一座干式柔性气柜中。
沼气经过净化处理后，用于供地下室沼气灯照明使用；沼渣沼液则用作室外绿化的肥料，变废为宝，实现了废弃物资源化的再利用再循环的目的（图13）！
图13天人生态大厦沼气工程
（8）屋顶花园，垂直绿化
建筑室内空间与室外自然环境不断地进行着物质流和能量流的交换。
生态大厦在设计中借助垂直绿化（图13）、屋顶花园（图14）作为过渡，把室内的生态中庭与室外的自然环境相互连通；循环往复的潺潺水流将室内外水景连成一脉，充分体现了一种与自然和谐共融、生态补偿的理念。
图13垂直绿化
图14屋顶绿化
生态大厦在有限的空间尺度和投资范围内，通过科学的规划设计，提高了建筑的功能、效率与舒适性水平，创造出了一个高效低耗、无废无污、健康舒适、天人和谐的工作环境。
它从建筑与人、建筑与环境的视角，用科技和建筑的“语言”对建筑的生态节能可持续理念做了独到的诠释。
展望未来：
循环经济理念与建筑技术的融合，将会催生越来越多的新技术，为人们创造更加舒适和美好的生活。
建筑将被赋予“生命与活力”，它将从大自然的阳光、雨露和微风的滋润中获得源源不断的动力，通过自身的再生循环实现高效利用与生态平衡。
建筑将不再是桎梏人们的“水泥森林”，而成为人与自然和谐共处的“诺亚方舟”……
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