地穴式建筑的應(yīng)用前景

地穴式建筑的應(yīng)用前景

利用建筑的特點和地形地貌在中國，土地面積大，地形復(fù)雜。如何利用有利的自然條件，合理利用自然能源，降低建筑成本。洞穴建筑是高層建筑中的良好選擇。其實這種建筑方式在遠古時代就已經(jīng)存在,古人居住的山洞以及延續(xù)至今的窯洞都是典型的例子?，F(xiàn)在在歐美等很多國家,也有許多設(shè)計巧妙、裝修豪華的地穴式建筑,這類建筑尤其適合于一些夏冬季節(jié)溫差較大、多地震、山區(qū)、丘陵、高原地區(qū)以及風(fēng)景區(qū),當(dāng)然也會出現(xiàn)在一些軍事等特殊需要的地方。在這些地區(qū)可以因地制宜,通過合理設(shè)計和布局,地穴式建筑不僅可以節(jié)省大量的土地,降低成本、節(jié)省能源,而且還可以增加大量的綠地和植被,對保護環(huán)境和減少水土流失也有著很重要的意義。同時,地穴式建筑的使用合理性和舒適性并不亞于現(xiàn)代的豪宅大院。地穴式建筑首先必須合理規(guī)劃和設(shè)計,不同的地形地貌有不同的設(shè)計風(fēng)格和布局。同時,與自然環(huán)境的合理搭配以及充分利用自然界“免費”的能源,也是設(shè)計方案的一個尺度,例如建筑的采光、綠化、視線、排水等,這些因素在選址時就應(yīng)予以考慮。1覆蓋的立朝外因為地穴式建筑主要的結(jié)構(gòu)部分被土壤覆蓋,因此,它必須有一個良好的立面朝外,而且不應(yīng)有任何障礙和阻擋,以滿足采光、交通、換氣等的需要。1.1太陽能接收系統(tǒng)采光對任何建筑來講都是十分重要的,它不僅有利于人們的健康,還可以為人們提供一些輔助的能源。目前,收集太陽的能量的主要方法就是太陽能系統(tǒng),因此,地穴式建筑在設(shè)計之初,就應(yīng)該將如何充分、合理地采光和利用太陽能,包括太陽能系統(tǒng)的類型和安裝方式等考慮完善,以便于這種建筑最大化地發(fā)揮它的“綠色”效益。太陽穿過門窗照射到室內(nèi),是間接地吸收和利用太陽能源,這種方式無須安裝太多的設(shè)備和大量投入。而通過太陽能接收系統(tǒng)收集太陽能為人們生活提供輔助能源,是比較直接的方法。隨著科技的進步,這種方法不僅可以為人們提供生活熱水和供暖,還可以為人們提供冷風(fēng)冷氣,現(xiàn)在不論是在我國還是在西方很多國家,這種設(shè)備已經(jīng)被普遍使用。1.2向南吹將建筑材料用于大環(huán)境建筑地穴式建筑由于其建筑的特殊性,通風(fēng)換氣系統(tǒng)尤其重要,無論是在炎熱的夏季,還是在寒冷的冬季,合理的通風(fēng)設(shè)計可以為人們帶來涼爽或溫暖。在寒冷的冬季,冷風(fēng)一般是從西部或北部吹過來,因而習(xí)慣上多將建筑物的朝向面向南,既可以避開寒風(fēng)的“吹拂”,又可以盡可能多地接受光照;而在夏季,人們當(dāng)然希望更多的自然風(fēng)吹到室內(nèi),夏季的風(fēng)大多是從東面或南面吹過來的,因而多在南面設(shè)計門窗以便空氣流通。地穴式建筑也不例外,但地穴式建筑與其他建筑的區(qū)別比較大,在西側(cè)、北側(cè)和東側(cè)一般不設(shè)門窗,以保護室內(nèi)的熱量不會流失;由于空氣流通的需要,一般在地穴式建筑的頂部增設(shè)換氣窗口,再輔以機械設(shè)備進行強制性通風(fēng)換氣,以充分享受“穿堂風(fēng)”的愜意。1.3注意地形地貌的變化地穴式建筑的視線局限性比較大,因為三面被封閉,只能一面開放,視野設(shè)計對建筑物的使用和舒適性影響很大。因此,在設(shè)計時必須盡可能地利用自然條件,以增加視覺效果。有兩點值得注意:一是如果主朝向不是朝陽,則整個建筑就比較昏暗,同時也不利于太陽光源的利用;二是必須注意周圍地形地勢的變化,在布局或結(jié)構(gòu)上進行適當(dāng)調(diào)整。對于平地或因道路、其他建筑物等原因造成的不能直接朝向南面的地穴式建筑來講,可以采取建設(shè)庭院的方式解決朝向問題。對坡地或錯落起伏的地勢,這個問題則比較容易解決,也是比較有利的地形。2地穴式建筑的設(shè)計在地穴式建筑中,地形因素在設(shè)計之初就必須考慮進去,避免在建成后出現(xiàn)不協(xié)調(diào)。在設(shè)計時,地形因素務(wù)必與其他因素同時考慮,尤其是建筑物的結(jié)構(gòu)和防水系統(tǒng)等因素。就建筑來講,所處的地勢地形的變化,在很多方面會對建筑物帶來影響。如果是普通的工業(yè)和民用建筑,可以通過場地開挖或土方回填等方式解決建筑物的朝向、排水、交通等問題,但對地穴式建筑來講困難相對就比較大,它對地形地勢的依賴遠大于普通建筑。在一塊平坦的場地上,可以采用隱蔽式或半隱蔽式設(shè)計,而且通常采用單層結(jié)構(gòu);如果采用多層結(jié)構(gòu),則會帶來大量的開挖和土方回填,在經(jīng)濟上不太合理。如果是丘陵地帶或高原、山坡地是比較理想的,一般可以建成多層結(jié)構(gòu),但選擇理想的朝向比較困難,一般多是就地依勢而建,在設(shè)計時應(yīng)充分考慮這些因素。3陽光采集的影響和應(yīng)對措施在地穴式建筑中,自然光的采集是十分重要的,主要體現(xiàn)在以下兩個方面:一是人們總是希望盡可能多地采集大自然恩賜的這種綠色的、免費的自然能源,特別是在有供暖需求時;二是由地穴式建筑自身的特點所決定的,因為地穴式建筑主體往往被周圍的土壤緊密包圍,內(nèi)部光線較暗,如果在設(shè)計時考慮到這一因素,利用有限的條件盡可能多地采集陽光,對于優(yōu)化室內(nèi)照明和居住環(huán)境是非常重要的。因此,在設(shè)計時必須充分考慮到太陽在全年的不同季節(jié)和每天的不同時間的光線強弱及照射角度的變化。如圖1所示,合理的挑檐設(shè)計可以避免夏季陽光直射和冬季采光的問題,而采用格狀遮板挑檐又可以進一步優(yōu)化其功能。這里有一個需要解決的問題,就是窗戶往往集中在一面墻上,光線穿透也往往就是這面墻,因此,在室內(nèi)自然光采集方面也有很大的局限,尤其是遠離采光窗戶的廚房、餐廳等。所以,在設(shè)計時采取一些技術(shù)措施,如設(shè)置天窗等手段(見圖2),可以大大改善室內(nèi)的舒適度。雖然這樣做會在一定程度上增加成本和室內(nèi)能量的流失,但合理設(shè)置天窗在自然采光和通風(fēng)換氣功能上發(fā)揮的作用,要遠大于在其他方面所帶來的不足。當(dāng)然,最終的采光方案必須建立在總的設(shè)計方案的基礎(chǔ)上,充分考慮到設(shè)計布局、朝向、地形、結(jié)構(gòu)特點等要素。4屋頂與地形的合理布置地穴式建筑的優(yōu)點很多,例如成本較低、占地少、冬暖夏涼等,同時它也增加了大量的植被,對于環(huán)境的保護和美化、凈化空氣、降低噪聲、減少水土流失等,都能起到積極的作用。但是,如果設(shè)計上不合理,也可能效果不理想,如阻擋空氣流通、遮擋陽光等。因此,地穴式建筑應(yīng)該在其被包覆的三面盡可能種植樹木和花草,但在其開放面則不應(yīng)種植樹木等,應(yīng)留下足夠的空間。如何合理地利用地形來設(shè)計一個地穴式建筑的屋面是一個復(fù)雜的問題。不僅要從審美和生態(tài)的角度去考慮可以使植物生長,而且還要具有節(jié)能的功能。屋面設(shè)計所涉及的一些重要因素包括土壤的深度、土壤的類型和合理的排水。建筑物的節(jié)能效果以及植物的生長直接取決于土壤的厚度,但必須在建筑物的承載能力范圍之內(nèi)。因此,應(yīng)考慮不同植物所需要的最小的土壤厚度要求。普通草坪對土壤的最低厚度要求是30cm,其他覆蓋式植物和普通灌木的最低土壤厚度是60cm,大灌木和樹木的要求是150cm以上。當(dāng)然,根據(jù)不同的植物類型和要求,對土壤的厚度也有不同的要求。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,對于一些大型的和商業(yè)性質(zhì)的具有土壤覆蓋的建筑來講,利用一些新型復(fù)合材料可以取代或減少大量的土壤覆蓋,以減輕建筑物的負(fù)荷,同時能滿足植物的生長需要。屋面覆蓋的土壤還應(yīng)有合理的排水,否則不利于植物的生長,保持一定的坡度是最佳的排水保濕方法。在土壤與屋面之間敷設(shè)卵石層,更有利于排水和防止水土流失。此外,還有許多有效的排水保濕方法,可以根據(jù)具體情況選用。5隔熱溫度5.1解決構(gòu)件設(shè)計時造成的一些特殊構(gòu)件地穴式建筑通常采用混凝土結(jié)構(gòu),通過混凝土的熱量散失是一個重要問題,主要發(fā)生在混凝土屋頂或墻體,特別是直接外露或延伸到外面的挑檐、天窗、女兒墻等部分。解決這個問題的方法很多,一是在設(shè)計時盡量減少這些構(gòu)件的出現(xiàn),二是在混凝土熱交換層利用復(fù)合材料設(shè)置熱隔斷;三是將上述容易造成熱量流失的構(gòu)件與主題結(jié)構(gòu)分開設(shè)置,例如采用分離的格式結(jié)構(gòu)等。另外,采用空心磚等保溫材料也可以發(fā)揮很大的作用;對設(shè)有門窗的對外的墻體,設(shè)置隔熱效果好的隔離墻也是可以考慮的,這樣可以適當(dāng)減少室內(nèi)外的熱交換,從而減少熱量散失。5.2與門廊或門診進行熱量交換或室外陽光照射的熱域設(shè)置設(shè)有門廊或門廳的地穴式建筑,可以有效地增強隔熱保溫效果。在冬季,室內(nèi)熱量交換或外界陽光照射首先與門廊或門廳進行熱量交換,門廊或門廳形成一個封閉的熱空間,不僅可以保溫,而且還可以通過門窗向室內(nèi)供熱。當(dāng)然,這種結(jié)構(gòu)與希望有門窗直接對外的要求有些沖突,但可以采取其他辦法合理解決。5.3合理的《觀念設(shè)計》和有效的采暖設(shè)置熱隔柵對于地穴式建筑結(jié)構(gòu)比較合理和實用,不僅可以起到有效的隔熱效果,而且還可以節(jié)省空間和簡化結(jié)構(gòu)。還可以在室內(nèi)設(shè)置復(fù)合材料的熱隔柵,利用木板或隔熱布包覆形成折疊式的復(fù)合墻,具體的設(shè)計和要求根據(jù)不同的材料有所區(qū)別。6其他因素在設(shè)計一個地穴式建筑時,各方面的因素都應(yīng)該仔細(xì)分析和考慮,每個因素又都有其自身的特殊情況和要求。6.1配合和協(xié)調(diào)原則在城市或城市周邊地區(qū),由于建筑物較多、地形比較復(fù)雜,在設(shè)計時應(yīng)綜合考慮與周邊建筑物的搭配和協(xié)調(diào),以避免與周圍環(huán)境的不協(xié)調(diào)或帶來不利影響。主要應(yīng)考慮的因素有:建筑的間距、高度和建筑物的尺寸大小、交通和人們活動的緩沖區(qū)等,同時還要注意不能與有關(guān)的政策法規(guī)相沖突。6.2對土壤特性和地下水的影響由于建筑物的特點,地穴式建筑往往要求結(jié)構(gòu)有較大的承載力,因為其主要結(jié)構(gòu)是覆蓋在土壤中,而土壤特性和地下水對結(jié)構(gòu)的影響尤為突出。另外,還有流沙、流石、膨脹土等因素的影響。對于不同土壤品質(zhì)和地下水位,應(yīng)采用不同的地基形式和墻體形式,還要考慮采用必要的屋面和墻體防水;如果地下水位太高,是不適宜建造地穴式建筑的。因此,在立項之初,就必須對地下水進行認(rèn)真的探測和土壤鑒定。6.3建筑物表面噪聲地穴式建筑結(jié)構(gòu)中的包覆土壤可以阻斷外部的聲音和震動,如美國肯薩斯州的一個精品樂器廠就是建造在地下,以阻隔外界的噪聲和震動的干擾。民用建筑的隔音要求也是非常重要的,尤其是對于高速公路、機場及其他的外界噪聲。地穴式建筑可以有效地阻隔那些嘈雜的噪聲包括建筑物周圍設(shè)備的轟鳴,為人們提供一個十分安靜、舒適的生活環(huán)境。在設(shè)計