第04章 建筑剖面设计

第4章建筑剖面设计【教学目的】通过学习，了解建筑空间高度设计的基本知识，熟悉建筑剖面设计方法包括剖面造型，层数，层高及各部分高度的确定，建筑空间的组合与利用等。【教学要求】通过本章的学习，学生能够：1.根据建筑的不同功能确定剖面造型、层数、层高及各部分高度。2.掌握一般建筑空间的剖面组合方式。3.学会在设计中充分利用剖面空间。4.理解不同剖面空间带给人的不同心理感受。【学习重点与难点】本章重点是房间的剖面形状、建筑物层数、层高与净高。本章难点是建筑空间的剖面组合方式和在设计中充分利用空间的方法。【重要知识点】建筑标高、层高与净高，剖面空间的充分利用。建筑平面设计是从水平方向分析建筑空间在的组合关系。除了在平面上的组合外，建筑空间在垂直方向也有一定组合关系。从下图4-1上海大光明电影院的剖面示意图可以看到，建筑物各部分空间高度、建筑层数、各种高度房间的空间组合、结构布置等各方面的问题需要平、剖面相结合解决。图4-1上海大光明电影院剖面示意图4．1建筑标高与高度在建筑设计中，建筑构件在垂直方向的定位是由一个相对标高系统来表示的。一般是把建筑物底层室内某指定地面的高度定为±0.000，单位是米(m)，高于这个标高的为正标高，反之则为负标高。例如某建筑物室内外高差为450mm，层高为3.0m，则其室外地面标高为-0.450。则二层标高为3.000，三层标高为6.000，其他依此类推。需要指出的是，建筑设计人员获得的基地红线图及土质、水文等资料所标注的都是绝对标高，在设计时涉及建筑物的各部分都应当换算为相对标高进行标注，以免混淆。除标高外，在谈及建筑空间高度时常用到层高、净高的概念，解释如下：层高是指建筑物各层之间以楼、地面面层(完成面)计算的垂直距离，例如某个房间上部有结构梁通过，梁底以下又有空调等设备管道及吊顶，那么楼板和结构梁的高度，加上梁底到吊顶面之间的垂直距离，再加上该房间所应有的使用高度，就是楼层在该处的层高，见图图4-2。屋顶层由该层楼面面层(完成面)至平屋面的结构面层或至坡顶的结构面层与外墙外皮延长线的交点计算的垂直距离。室内净高是指按楼地面完成面至吊顶或楼板或梁底面之间的垂直距离计算；对楼板或屋盖的下悬构件(如密肋板、薄壳模楼板、桁架、网架以及通风管道等)影响有效使用空间者，应按楼地面完成面至构件下缘(肋底、下弦或管底等)之间的垂直距离计算。值得注意的是，由于建筑竖向处理和楼梯做法变化，楼梯平台上部及下部净高不一定与各层净高一致，此时其净高不应小于2m，使人行进时不碰头。梯段净高一般应满足人在楼梯上伸直手臂向上旋升时手指刚触及上方突出物下缘一点为限，为保证人在行进时不碰头和产生压抑感，故按常用楼梯坡度，梯段净高宜为2.20m，见图图4-3。图4-2楼层层高与净高示意图图4-3楼梯段净高4．2建筑空间高度的确定一般说来，结构构件本身的高度以及设备所占用的空间高度是通过计算确定的，因此建筑空间的使用功能需要的高度是控制建筑层高的制约因素。决定建筑物各部分使用高度的因素有以下几种：4．2．1房间的高度和剖面形状房间剖面的设计，首先需要确定室内的使用高度和剖面形状，这要根据以下几方面因素来确定。4．2．1．1室内使用活动要求人在房间内活动，如果净高过小的话，会令使用者产生压抑的心理感觉。因此一般的原则是面积大、人多的房间室内净高应大一点，而面积较小的房间，就可以适当减小净高。日常生活使用空间如住宅的起居室、卧室等，由于人数少、房间面积小，从人体活动的尺度和家具布置等方面考虑，室内净高可以低一些，所以现行规范规定“卧室、起居室(厅)的室内净高不应低于2.40m，局部净高不应低于2.10m……”；而宿舍的卧室由于室内人数比住宅的居室多，需要设置上下双层铺，因此房间净高要比住宅卧室稍高；而学校的教室，由于室内使用人数更多，房间面积更大，根据房间的使用性质和卫生要求，房间的净高更高一些(图图4-4)。（a）宿舍高度（b）教室高度图4-4不同使用性质房间的净高对于许多大量建造的建筑类型，国家也会通过设计规范的方式对使用空间高度制定一些指标(见本节层高的确定中表2-2-1)，这些指标是建筑剖面设计的重要参考。一些具有观演功能的空间如学校的阶梯教室、电影院、观众厅、会场等，其高度和剖面形状，要综合许多方面的因素才能确定。其中尤其是视线、音响要求比较严格。观演功能要求视线到观看对象之间没有遮挡，这对室内地坪的剖面形状有影响。需要在房间的剖面中进行视线设计，使室内地坪按一定的坡度变化升起。地坪升起的曲线可用按比例绘制的图解方法或计算方法求得。对于一般观演要求，由于人头顶与视平线间的高度一般不超过120mm，所以只要后排座位升起高于前排120mm，就不会发生遮挡，为了不时地面升起过陡，也可每排升起60mm，但座位需要错开排列（图45）。图4-5前后排座位高差关系由此可见视线要求是决定建筑的地平剖面形状的关键因素。此外室内音质要求会影响房间的高度、体积和顶棚剖面形状。通过声线分析确定的剧院等建筑的剖面形状，可能是很不规则的曲折线，难以通过结构构件的组合来形成，一般在规整的结构空间中通过吊顶等装修手段来实现（图4-6）。图4-6观演功能要求的地坪剖面形状和顶棚剖面形状另外，体育、工厂等建筑的剖面设计也要从使用特点出发来考虑。如游泳馆的剖面，跳台的高度加上运动员的起跳高度和安全附加距离就成为跳台处建筑净高的控制高度如图4-7所示，而看台最后一排处的净高是由该处所需的看台升起高度加上人的使用高度所控制的。工业厂房的车间需要很高的净高，是因为上部还设有行车，除了其本身的设备高度外，还需要留出物品起吊所需的安全高度（图4-8）。图4-7室内游泳馆剖面图图4-8车间的剖面净高4．2．1．2室内环境条件要求建筑室内必须具备适当的环境条件如光照、通风等，这也会影响空间的剖面设计。对于天然采光的房间，室内光线强弱和照度是否均匀，除了和平面中窗户的宽度及位置有关外，还和窗户的高低有关，图4-9（a）的曲线表明了单侧采光时，照度沿房间进深方向的变化。由于光线照射进入室内的深度一般为窗上沿离地的高度的2倍，所以房间一侧开窗时，窗上沿离地高度应大于房间进深的1/2，两侧开窗时，房间的净高不小于总深度的1/4(图4-9(b))。（a）单侧采光室内照度变化（b）双侧采光的有效进深图4-9剖面室内照度变化为了避免在房间顶部出现暗角，窗户上沿到房间顶棚底面的距离，应尽可能留得小一些，例如6m进深单侧采光的教室，窗上沿每提高100mm，室内最不利位置的照度可提高1%。但也要考虑到结构构造要求，为窗过梁或房屋圈梁等留出必要的尺寸。对于一般的中小型建筑而言，外廊式布局的采光和通风条件都较好，但内廊式布局就较差。为了克服内廊式布局的采光通风问题，可以开设高侧窗、天窗。如图4-10。(a)双侧窗采光的内廊式组合(b)顶层天窗采光的内廊式组合图4-10高侧窗、天窗采光在剖面上，窗台高度主要根据室内的使用要求、人体尺度和家具或设备的高度来确定。一般民用建筑，窗台高度常采用900mm左右，和桌面的高度(约800mm)、人坐时的视平线高度(约1200mm)，相互的配合关系比较恰当（图4-11）。当然这也需要灵活掌握，如幼儿园建筑结合儿童尺度，活动室、音体活动室的窗台距地面高度不宜大于0.60m（距地面1.30m内不应设平开窗，楼层应设护栏）；要求室内阳光充足或便于观赏室外景色的风景区建筑，常降低窗台高度或做落地窗；对于浴室、厕所等有私密性要求的房间，常将窗台适当提高以阻挡视线；一些展览建筑，室内利用墙面布置展品常将窗台提高到1800mm以上成为高窗采光，这时相应需要提高房间的净高。在设计外窗时尤其要注意，窗台高度事关安全，必须谨慎对待。对于没有邻接阳台或平台的外窗窗台，高度不足容易发生儿童坠落事故，我国近期因设置低窗台引起的法律纠纷时有发生。所以2003年版《住宅设计规范》明确规定：“窗台的净高或防护栏杆的高度均应从可踏面起算，保证净高0.90m”。有效的防护高度应保证净高0.90m，窗台的净高度或防护栏杆的高度均应从可踏面起算，保证净高0.90m。距离楼(地)面0.45m以下的台面、横栏杆等容易造成无意识攀登的可踏面，不应计入窗台净高。现行《住宅设计规范》GB50386—2005中也再次明确了这一点。对于其他建筑，临空的窗台低于0．80m时，应采取防护措施，防护高度由楼地面起计算不应低于0．80m，低窗台、凸窗等下部有能上人站立的宽窗台面时，贴窗护栏或固定窗的防护高度应从窗台面起计算。内窗的窗台高度也有安全问题，因此开向公共走道的窗扇，其底面高度不应低于2m；一些进深较大的单层房间，仅靠侧窗采光是不够的，常在屋顶设置各种形式的天窗，例如体育馆；一些展览功能房间如博物馆、美术馆，由于要求柔和自然光，所以常以天窗的顶光，或顶光和侧光相结合的布置方式以提高室内采光质量。图4-12所示是中不同形状，对室内照度分布的影响。图4-11窗台高度和桌面的配合图4-12天窗采光的大厅剖面房间内的通风情况取决于室内进出风口在剖面上的高低位置，也对房间净高有一定影响。温湿和炎热地区的民用房屋，经常利用空气的气压差组织室内穿堂风。如在内墙上开设高窗，或在门上设置亮子，使气流通过内外墙的窗户，组织室内通风(图4-13)。一些房间，如食堂的厨房部分，室内高度应考虑到操作时散发大量的蒸汽和热量，这些房间的顶部常设置气楼，图4-14是设有气楼的厨房剖面形状和室内通风排气路线示意。图4-13内墙设高窗组织通风图4-14设有气楼的厨房剖面4．2．1．3结构尺寸与设备安装要求在房间的剖面设计中，梁、板等结构构件的厚度，墙、柱等构件的稳定性，以及空间结构的形状、高度对剖面设计都有一定影响。砖混结构中，钢筋混凝土梁的高度通常为跨度的1/12左右。例如预制梁板的搭接，由于梁底下凸较多，相应房间的净高降低，如改用花篮梁的梁板搭接方式。在层高不变的情况下，可节省板厚的高度，提高了房间的净高(图4-15)。框架结构系统，由于改善了构件的受力性能，能适应空间较高要求的房间，但此时也要考虑柱子断面尺寸和高度之间的细长比要求。图4-15花篮梁提高房间净高空间结构的高度和剖面形状是多种多样的。选用空间结构时，尽可能和室内使用活动特点所要求的剖面形状结合起来，图4-16为薄壳结构的意大利罗马巴里奥体育馆比赛大厅，综合考虑了球类活动和观众看台所需要的不同高度，使运动场地、观众席、服务空间、设备用房的不同高度要求，和薄壳结构的中央高、四周低的剖面形状结合起来。图4-16巴里奥体育馆比赛大厅图4-17医院手术室的净高对房间高度有影响的设备主要有顶棚上的灯具、空调通风管道以及其他设备，计算房间净高时应扣除其所占的高度。图4-17为安装下悬式无影灯时，医院手术室内必要的净高；图4-18是剧院观众厅中面光要求和舞台吊景设备等所需要的观众厅和舞台箱的高度以及它们的剖面形状。图4-18剧院观众厅的剖面形状。4．2．1．4人对室内空间的心理感受要求室内空间长、宽、高的比例，带给人们精神上以一定的感受，宽而低的房间可能使人感觉亲切或压抑，狭而高的房间又会使人觉得拘谨或振奋。但是，人们对房间高低的心理感受并不仅决定于房间的绝对高度，它和房间面积的大小、顶棚和墙面的处理方式以及窗户的大小等有关。图4-19住宅空间的高度对比图4-20公共空间的高度对比图4-21不同窗户形式和比例的空间感觉面积不大的生活房间，在满足室内卫生要求的前提下，高度低些使人觉得亲切。一些宽度较小的过道，降低高度后感到空间比例恰当(图4-19)；公共活动的房间，结合房屋的空间高度有一定的对比，主要空间显得更加高大(图4-20)。同样面积和高度和房间内，由于窗户的形式和比例不同，也给人们以室内空间高度不同的感觉(图4-21)。因此在确定房间净高的时候，要具有建筑空间观念，房间的高度，除了要满足卫生条件和使用要求外，也要认真分析人们对建筑空间在视觉上、精神上的要求。4．2．2建筑层高与首层标高建筑剖面中，除了各个房间室内的净高和剖面形状需要确定外，还需要分别确定房屋层高，以及室内地坪、楼梯平台等