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基于模拟能耗分析的寒地现代木结构建筑形态模式研究

发布时间:2018-09-25 21:20 论文编辑:lgg 所属栏目:建筑学论文 关键词: 模拟能耗木结构建筑形态模式

本文是一篇建筑学论文,建筑学所涉及的建筑艺术和建筑技术、以及作为实用艺术的建筑艺术所包括的美学的一面和实用的一面,它们虽有明确的不同但又密切联系,并且其分量随具体情况。

本文是一篇建筑学论文,建筑学所涉及的建筑艺术和建筑技术、以及作为实用艺术的建筑艺术所包括的美学的一面和实用的一面,它们虽有明确的不同但又密切联系,并且其分量随具体情况和建筑物的不同而大不相同。本科建筑类专业包括:建筑学专业、城乡规划专业、风景园林等专业。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑学论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 课题研究的目的和意义
在诸多建筑材料内,木材具备如下特征,即节能、固碳以及可再生, 且可较好的被运用于寒冷的气候环境之中,现如今世界上木结构建筑发展较好的国家和地区也大多位于寒地城市, 如日本、加拿大以及北欧国家。就施工效率、绿色低碳等诸多方面来看,木结构建筑的优势极为显著。 不论是在实现建筑业发展方式、城乡建设模式的转变、实现资源利用率的提升、还是在令建筑结构得以多元化发展方面,发展木结构建筑都具有及其重要的意义。 此外,还可由此积极改善全球气候、使得生态文明水平变得更高。在我国,木结构建筑在南方发展相对完善,在北方,尤其是东北寒地城市发展相对缓慢, 另外,建筑在寒地城市面临的最大挑战是其本身的寒地适应性以及建筑的防寒防风构造, 这就迫使建筑的体形系数不能过大,极大的限制了寒地城市建筑形态的多样性, 然而,因木结构建筑形态极为灵活,对比其他建筑类型而言,优势较为突出。东北地区有着丰富的林业资源,绿化率高,为国内的木结构建筑的大面积发展奠定了基础。 如此,即需要我们寻求一条在降低木结构建筑能耗的基础上发展建筑形态的道路[1]。在这个重大历史任务面前,吉林省作为全国木结构建筑产业化试点省份,承担了先行先试的重任, 正在努力探索一条适合吉林省,又可供全国复制和借鉴的发展之路,在发展好吉林省木结构建筑产业化的同时,为推动全国木结构建筑产业的发展打下坚实的基础。
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1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
自公元前 1000 年开始,古希腊以及埃及,即开始以木结构作为梁柱的基本结构形式,古罗马时期,木桁架技术已极为成熟。因西式建筑多以砖石结构的建筑为主,而此处提及的木结构建筑,其一般位于次席。最古老的著名木建筑是波兰发现的原木住宅,大约建于公元前 700 年,但最近一段时间,在技术前沿的建筑材料里面,几乎看不到木材的身影了。结合检索文献、并对此进行研究后,最终认识到,国内部分文献已结合多个方面来针对国外寒地城市木结构建筑的发展状况开展探究工作,并对国内外在发展木结构建筑方面的差距予以分析[3]。在此之中,美国、日本以及北欧等发达地区的建筑多被引用于文献之中。具有代表性的包括以下文献:周浩明:《芬兰当代建筑与传统木文化》(2005),这一文献之中,以芬兰为例,对其木结构建筑之中体现的民族文化性予以阐述,对芬兰民族的树木、森林情结进行探究,表明其在现代建筑之中的地位。张九红:《来自北欧的节能建筑芬兰节能环保木结构》(2012)以建筑技术作为切入点,通过芬兰木结构建筑如何设计、设备、构造等方面,来具体分析当地建筑的技术特色,对我国的节能技术提出了建议。蒙光忠.《走进加拿大木结构建筑》[J]. 住宅产业(2009)介绍了作者对于加拿大现代木结构建筑的考察之旅,初步以卑诗省作为案例,来阐述了其木结构建筑产业。
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第 2 章 木结构替代下寒地室内外建筑空间能耗模拟分析
 
2.1 能耗模拟概况
建筑环境分为室内环境与室外环境,本小节分别从室内木结构替代数字化能耗模拟分析、建筑木结构替代对比分析以及数字化能耗模拟的建筑木结构替代优化对比分析三个角度,从室内环境、木结构替代建筑模拟对比和现有建筑木结构替代模拟优化等角度对木结构替代传统结构的能耗优劣进行对比分析,总结归纳木结构建筑的能耗优势。正向模拟法建立的模型,具体内容包括四大模块:即经济、系统、负荷以及设备模块,上述模块互为关联,构成建筑系统模型。 参见下图来看,以对室内负荷、室外环境以及外围护结构的影响的模拟作为负荷模块;系统模块,则是对空调系统控制装置、风机等进行模拟;设备模式,即对冷却塔、冷热源、发电等设备的模拟;经济模块,即对建筑负荷得以满足的能源耗费进行计算。
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2.2 基于数字能耗模拟的既有室内办公空间数字化能耗模拟分析
项目地处吉林长春净月区的吉林建筑大学逸夫教学馆, 寒地城市设计研究中心办公空间位于逸夫教学馆一层,室内面积为 162,高度为 3.5 m, 为 2 位中心主任老师和约 14 名科研人员提供办公、学习场所。(图 2-4)寒地城市设计研究中心办公空间建成初期为吉林建筑大学的学生创作实践中心,因学校科研需要,改建为校级科研平台寒地城市设计研究中心。现有建筑结构形式为钢筋混凝土结构,办公空间供暖形式单一,为学校统一供暖,无夏季制冷措施,围护结构保温性能较差,需进行空间结构改建。(图 2-5)建筑能耗模拟软件的模型建立有别于普通建筑模型的创建,建筑能耗模型的首要任务是对建筑的各个区域进行能耗的计算,而非对建筑形态的表达,所以要根据建筑功能和模拟的需要划分热工区域。如办公、接待、仓储、会议空间等共同构成了寒地城市设计研究中心的功能空间,人流量和功能需求各不相同,因此划分为不同的热工分区(zone),对不同的热工分区进行能耗模拟时要进行不同的参数设置[5]。(图 2-6)
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第 3 章木结构建筑形态数据组建与结构优选........ 34
3.1 木结构形态分析 ........... 34
3.2 建筑形态参数组建 ....... 38
3.3 能耗模拟与形态分析 ................ 45
3.4 本章小结 ......... 49
第 4 章 寒地木结构建筑形态分析............. 50
4.1 形态构成要素构建 ....... 50
4.2 构件连接形式分析 ....... 60
4.3 木材及建筑材质的形态表达 .... 65
4.4 本章小结 ......... 70
第 5 章 形态设计原则与模式构建............. 71
5.1 居住性建筑能耗分析与形态原则构建 .............. 71
5.2 节能型建筑能耗分析与形态原则构建 .............. 77
5.3 地域性建筑能耗分析与形态原则构建 .............. 82
5.4 技术性建筑能耗分析与形态原则构建 .............. 85
5.5 本章小结 ......... 87
 
第 5 章 形态设计原则与模式构建
 
总体来讲,严寒地区的建筑总能耗高于其他气候区,夏热冬暖地区的夏季制冷能耗高于其他气候区,不同气象参数条件下建筑能耗随各设计参量的变化趋势大致相同。建筑全年单位能耗随窗墙比的增大呈上升趋势,其中窗墙比对夏季制冷能耗影响较大,因此在夏热冬暖地区进行建筑节能设计时,应充分考虑窗墙比的影响。建筑体形系数越大,能耗越大,且体形系数对长春地区的影响相比其他三个气候区更大。基于 2-3 章的建筑能耗模拟分析,对于梁结构、桁架结构、网架结构、排架结构与刚架结构、拱结构、穹、壳结构等典型结构形态,木结构建筑在梁结构与拱结构建筑形态上能耗较低,因此对这几种形态进行模式总结与原则构建的同时,在能耗模拟的基础上,总结了建筑能耗对建筑形态的决定性因素。在建筑形态设计阶段,应当制定建筑节能方案,需要扩展传统思维。在设计过程中,将建筑节能的设计过程分解为不同的几个阶段,由通用方法衍生而来,用于减少建筑能源消耗:1. 了解当地气候状况;2.减少负荷;3.使用自由能;4.使用高效的系统。基于能量消耗的方法论,制定出贯穿所有建筑形态模式的节能步骤与节能因素,以适用于建筑物的能源利用、水资源利用、材料的使用,以及场地设计:1.了解当地的气候、文化和地域特点;2.了解建筑类型;3.降低资源消耗的需求;4.使用免费/本地资源和自然系统;5.使用高效的人造系统;6.使用可再生能源生产系统;7.抵消其他的负面影响。每种建筑形态模式对应的节能方法不尽相同,本章旨在分析不同建筑形态模式的节能方法,对比总结不同建筑形态的设计原则与模式特征。
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结论
 
对于严寒地区的木结构建筑而言,在设计阶段进行能耗控制意义重大的。本文基于整体分类与典例研究的思路利用能耗模拟的方法对木结构建筑进行探讨,通过定量分析与定性分析结合的方法重点探究从建筑室内环境到建筑外部形态在建筑能耗控制下的不同模式,从微观到宏观对严寒地区木结构建筑进行形态模式总结。
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