小议生态建筑设计方法

摘 要：本文阐述了生态建筑设计的原则,分析介绍了生态建筑设计的方法及建筑结构的选择.

关 键 词：生态建筑；设计方法

生态建筑作为一个新兴事物,今后的研究与探索之路将会是漫长而艰辛的.因此,对生态建筑的研究应该从设计阶段延伸至施工、检测、新材料研发以及相关的管理法规的制定和实施等方面.同时,生态建筑的发展需要进行许多跨学科的研究与合作,需要建筑师协同规划师、结构工程师、设备工程师、监理工程师以及建造师一起,共同履行所肩负的社会责任,共创美好未来.

1生态建筑设计的原则

1.1对自然环境的关心与尊重

对自然环境的关心是生态建筑存在的根本,是一种环境共生意识的体现.它首先要求建筑师调整自己的心态,正确地认识到建筑作品仅仅是环境中的一分子,以一种谦逊的姿态处理与环境的关系,给予自然环境以更多的关心.

1.2对使用者的关心

对使用者的关心表现在以下几个方面：尽可能利用自然的方法创造宜人的通风、温度、湿度环境,在尽量减少能耗的同时保证以至提高舒适性；创造良好的声环境氛围,给使用者提供一个安静、和谐、宜人的居住、工作环境.

1.3增强使用者与自然环境的沟通

建筑物作为联系使用者与自然环境的桥梁,应尽可能多地将自然的元素引至使用者的身边,这是生态设计原则的一个重要体现.在这里,建筑不再是隔绝人类与自然环境的厚重屏障,不再是冷漠与远离自然的代名词,它将提供给人们一种崭新的生活.

1.4采用环保技术和材料

环保技术和材料是生态建筑的技术支撑.虽然到目前为止,并没有足够理想的技术和材料来支持生态建筑的设计实践,但至少我们应认识到大力开发环保技术和材料对生态建筑的支撑作用.

1.5依照法律和规范开展生态建筑设计

法律和规范是建筑设计的基本依据,直接影响到我国生态建筑发展的战略方向.在生态建设方面,目前我国已颁布了《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《民用建筑节能管理规定》、《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》等法律法规,对我国节约建筑能耗,保护环境,保障人体健康,推进住宅产业现代化起到了积极的推动作用.

2生态建筑设计的方法

2.1气候设计法

气候是生态建筑设计的原点.建筑适应气候要求的特征,在“自力更生”最大限度庇护人类的同时,也顺应和保护了人类的生存环境.气候设计法是指在建筑设计中以气候为参照物,选择和创造与场地气候相适应的材料、构造、建筑形式和自然能源的利用方式,其设计的生态意义在于影响建筑的舒适度和能源利用方式.气候设计法重点突出气候调节被动系统的设计,并从更高的技术起点来增强对自然能源的利用.

2.2生物设计法

借鉴生态系统的运行规律来解决建筑与环境间的冲突,是生物设计法的主要思想.生物设计法是将建筑看作是一个生态系统,通过安排建筑内外的物质因素,以循环方式令资源、能源在系统内有序流动,获得一种低耗、高效、无污、无废、生态平衡的人工环境.其中最为著名的是美国风景建筑师麦克哈格提出的“生态设计方法”.该方法可以分为以下四个步骤：

2.2.1自然过程调查：视自然过程为资源,进行资源信息调查.

2.2.2生态因子调查：广泛收集规划区域内的自然和人文资料,进行资源信息调查.

2.2.3生态因子的分析综合：先对各种因素进行分类分级,构成单因素图；再根据具体要求用图叠技术进行叠加或用计算机技术归纳出各种综合图.

2.2.4结果表述：对各主要因素及各种资源开发利用方式进行适宜度分析,确定最优的利用方式.

3建筑结构的选择

结构设计对建筑的生态、能源和社会效益具有重大的影响.合理的结构设计不仅可以改变建筑的形象、降低建筑的建造和使用成本,而且可以大大提高建筑的稳定性、延长建筑的生命周期.另一方面,建筑的飞跃总是建立在结构革命的基础上,一些新的结构形式的出现,把人们对建筑的建造认识提高到一个全新的阶段,从而可以在意义更为广泛的范畴内探讨全球的可持续发展的建造问题.

3.1结构方式的选择

3.1.1结合使用功能和空间需求选择结构方式

结构方式的选择受到建筑物的使用功能、空间需求的影响.一般常见的结构方式如下：木结构、砖混结构、钢筋混凝土框架结构、钢结构、桁架与网架结构、拱结构以及索结构等等,每种结构方式都具有其自身的独特特点,应根据建筑需要灵活选择.对于高层建筑来说,其各种结构体系所能提供的内部空间是不同的,反映在建筑平面中也各具特色.

3.1.2从节约能源、资源角度选择结构

轻质低耗能结构具有两个优点：①材料强度高、用料省,从而节约资源和能源,较少废弃物排放,做到“少废多用”.②结构轻便,对基础要求较低,灵活性较大；轻质低耗能结构包括一般的轻质结构：木结构、轻钢结构等,也包括一些新出现的结构形式,如张力穹隆、张拉膜结构等.

由于现在木材已很少作为承重的结构构件使用,因此轻质低耗能结构主要是针对轻钢结构而言.

3.1.3几种构造方式耗能量及二氧化碳排放量评估

一般说来,钢筋混凝土结构比钢结构更经济,具有很好的适应性及耐久性.但从节能和环保的角度看,钢结构建筑比钢筋混凝土结构建筑建造时的总耗能量和CO2排放量减少约25%和40%.从长远的社会及经济利益考虑,钢结构具有更大的优势.但生产钢材比生产水泥所耗能源要高许多,在开采过程中会对自然环境产生破坏,因此出现了一些更新的轻质高强的结构体系,以弥补这些方面的不足,具体如下：

①短线张力穹隆结构短线张力穹隆结构是由美国建筑师富勒（RichardBuckminsterFuller）发明的一种轻质高强结构.

②张拉膜结构：张拉膜结构除了方便拆卸以外,其结构自身重量轻,具有吸收地震力与风力的机理.

③弹性可变结构：对于一些临时性的建筑来说,自成型结构是一种十分合理的选择.像伞一样,自成型结构在使用时可以撑开,使用完毕后,又可以收起来；在不占用自然资源的情况下,满足一些临时性的活动要求.

3.2结构方式的优化设计

优化是让一个系统通过最小的代价取得最大的效益.结构设计系统在理论上存在一个临界点：当设计方案未达到这个临界点时,系统不能发挥其最大效益,导致不经济；而当设计方案超过此临界点时,系统就会失效,结构可能会坍塌.因此,优化就是要寻找这个临界点.结构方式的优化包括以下几个方面：

3.2.1传力效能――结构轻量化

根据结构构件传力的特点来确定构件的材料和形状,最大限度的发挥各种材料的特性是结构轻量化的主要特点.

3.2.2提高材料效能

提高材料的强度,不仅可以减少结构材料的消耗、减小结构构件的尺寸、减轻结构自重,而且可以提高建筑的耐久性,从而节约更多的资源、能源.

例如,就钢筋混凝土结构而言,法国最近研制了一种超高性能的高强度绿色混凝土（简称UHPC）.这种绿色新型混凝土的构成成分中包含一种活性细粒混凝土（ReactivePowderConcrete）,简称RPC,其强度可达到200Mpa,甚至可以代替某些金属材料.利用这种材料制成的型材,不仅减少了构筑物的水泥与混凝土用量、减轻结构自重,同时提高了建筑的耐久性,保证或延长了建筑的安全使用期.

3.2.3结构构件的工业化和标准化

在不影响建筑艺术和造型创作的前提下,设计应尽量标准化,减少构件数量类型,提高预制构件比例.尽管生产构件需要较高的工艺水平,但从总体上说,规模化、产业化带来的高效率会弥补这方面的投入.此外,预制件组装现场,采用干式作业,减少施工时的能耗和污染.