1）厚度不小于70mm，可以进行密封壁凹槽和裂纹指向槽处理，主要用于建筑墙体。2）原木结构房屋是以木材为墙体材料的新型建筑，这些木材是取之于大自然的天然绿色植物，是人类最佳的居住用材料。3）北美及东欧木房多为原木结构，所以其外观较为粗扩。木房的屋顶为斜屋顶，以防止雨雪堆积所形成的塌。所用原木很大程度上保留了其原来的颜色，这样可以是木房更好地融入进周边的环境。木房的拐角处采用拼接接口，拼接接口的方式多样，在外观上也有不同的效果。4）因北美及东欧天气寒冷，许多木房配备有壁炉和烟，这同时也符合欧美独有的建筑风格。5.井干式木结构井于式木结构又称木刻楞，是一种不用立柱和大梁的房屋结构。这种结构以圆木或矩形六角形木料平行向上层层叠置，在转角处木料端部交叉咬合，形成房屋四壁，形如古代井上的木围栏，再在左右两侧壁上立矮柱承脊构成房屋。6.干栏式木结构干栏式房子是指在木（竹）柱底架上建筑的高出地面的房子。其具体构筑办法是用竖立的木桩为基础，其上架设竹、木质大小龙骨作为承托地板悬空的基座，基座上再立木柱和架横梁，构筑成框架状的墙围和屋盖，柱、梁之间或用树皮茅草或竹条板块或用草泥填实。我国未结构建筑的历史悠久，建筑形式也多种多样，究其原因是因为不同地区，不同的文化会有不同形式的木结构建筑特征，多样化的分类依据所致木结构体系类别也就很多，因此在讨论研究木质构造时，应先确定分类依据。LDEF图1.17常见木结构建筑形式例A轻型木结构B原木结构C干栏式木结构D钢木结构E大跨度木结构F传统木结构（穿斗式）-21-
- 21 - 1）厚度不小于 70mm，可以进行密封壁凹槽和裂纹指向槽处理，主要用于建筑墙体。 2）原木结构房屋是以木材为墙体材料的新型建筑，这些木材是取之于大自然的天然绿 色植物，是人类最佳的居住用材料。 3）北美及东欧木房多为原木结构，所以其外观较为粗犷。木房的屋顶为斜屋顶，以防 止雨雪堆积所形成的坍塌。所用原木很大程度上保留了其原来的颜色，这样可以是木房更好 地融入进周边的环境。木房的拐角处采用拼接接口，拼接接口的方式多样，在外观上也有不 同的效果。 4）因北美及东欧天气寒冷，许多木房配备有壁炉和烟囱，这同时也符合欧美独有的建 筑风格。 5. 井干式木结构 井干式木结构又称木刻楞，是一种不用立柱和大梁的房屋结构。这种结构以圆木或矩形、 六角形木料平行向上层层叠置，在转角处木料端部交叉咬合，形成房屋四壁，形如古代井上 的木围栏，再在左右两侧壁上立矮柱承脊檩构成房屋。 6. 干栏式木结构 干栏式房子是指在木（竹）柱底架上建筑的高出地面的房子。其具体构筑办法是用竖立 的木桩为基础，其上架设竹、木质大小龙骨作为承托地板悬空的基座，基座上再立木柱和架 横梁，构筑成框架状的墙围和屋盖，柱、梁之间或用树皮茅草或竹条板块或用草泥填实。 我国木结构建筑的历史悠久，建筑形式也多种多样，究其原因是因为不同地区，不同的 文化会有不同形式的木结构建筑特征，多样化的分类依据所致木结构体系类别也就很多，因 此在讨论研究木质构造时，应先确定分类依据
第2章建筑环境设计基础建筑是人类发展到了一定阶段后才出现的。人类的一切建筑活动都是为了满足人的生产和生活需要。从最早的为了躲避自然环境对自身的伤害，用树枝，石头等天然材料建造了原始小屋，到现代化的高楼大厦，人类其间几千年的建筑活动无不受到了环境和科学技术条件发展的影响，同时，随着人们对人与自然的关系、建筑与人的关系、建筑与环境之间关系的认识的不断调整与深化，人们对建筑在人类社会中的地位、建筑发展模式的认识也在不断地提高。人们在长期的建筑活动中，结合各自生活所在地的地形，为了适应当地的气候条件，就地取材因地制宜积累了很多的设计经验。木结构建筑也是如此，譬如生活在西双版纳傣族人民，为了防雨、防湿和防热以取得较于爽阴凉的居住条件，创造出了颇具特色的架竹木楼（于栏式木结构）。木结构建筑亦是如此，木质构造随着科学技术的发展，大量新材料、新设备的使用，使得人们在室内的生活变得更方便，“感觉”更好。因此建筑设计不仅要求造型新颖美观、功能合理，还必须把它提高到人工环境的角度上来，以满足人们物质文明和精神文明的需求。因此，在强调可持续发展的今天，木结构建筑的设计也面临着函待解决的问题，即是如何协调满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾。2.1建筑物理环境建筑环境学包含了建筑、传热、声、光、材料及生理、心理和生物学等多门学科的内容，事实上，它是一门跨学科的边缘科学性问题。2.1.1建筑外环境建筑物所在地的气候条件，会通过围护结构，直接影响室内的环境，为得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。2.1.1.1 日照日照是指物体表面被太阳光直接照射的现象。建筑对日照的要求主要是根据它的使用性能和当地气候情况而定。太阳在天空中的位置因时、因地时刻都在变化，正确掌握太阳相对运动的规律，是处理建筑环境问题的基础。地球与太阳的相对位置可以用纬度、太阳赤纬d、时角h、太阳高度角β和方位角A等来表示。O点表示地心，QQ表示赤道，NS表示地球轴线。纬度()：地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移。时角（h)：如图1.18所示，时角是指OP线在地球赤道平面上的投影与当前时间12点时日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。当地时间12点时的时角为零，前后每隔一小时，增加36024=15°，如10点和14点均为15×2=30。地球上某一点所看到的太阳方向，称为太阳位置。太阳位置常用两个角度来表示，即太阳高度角β和太阳方位角A。太阳高度角为太阳方向与水平面的夹角，太阳方位角为太阳方向的水平投影偏离南向的角度。见图2.1。确定太阳高度角和方位角的目的在于进行日照时数、日照面积、房屋朝向和间距以及房屋周围阴影区范围等的设计。影响太阳高度角和方位角的因素有三赤纬，它表明季节（日期）的变化；时角，它表明时间的变化；地理纬度，它表明观察点所在的位置。- 22 -
- 22 - 第2章 建筑环境设计基础 建筑是人类发展到了一定阶段后才出现的。人类的一切建筑活动都是为了满足人的生产 和生活需要。从最早的为了躲避自然环境对自身的伤害，用树枝，石头等天然材料建造了原 始小屋，到现代化的高楼大厦，人类其间几千年的建筑活动无不受到了环境和科学技术条件 发展的影响，同时，随着人们对人与自然的关系、建筑与人的关系、建筑与环境之间关系的 认识的不断调整与深化，人们对建筑在人类社会中的地位、建筑发展模式的认识也在不断地 提高。 人们在长期的建筑活动中，结合各自生活所在地的地形，为了适应当地的气候条件，就 地取材因地制宜积累了很多的设计经验。木结构建筑也是如此，譬如生活在西双版纳傣族人 民，为了防雨、防湿和防热以取得较干爽阴凉的居住条件，创造出了颇具特色的架竹木楼（干 栏式木结构）。木结构建筑亦是如此，木质构造随着科学技术的发展，大量新材料、新设备 的使用，使得人们在室内的生活变得更方便，“感觉”更好。因此建筑设计不仅要求造型新 颖 美观、功能合理，还必须把它提高到人工环境的角度上来，以满足人们物质文明和精神文明 的需求。 因此，在强调可持续发展的今天，木结构建筑的设计也面临着亟待解决的问题，即是如 何协调满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾。 2.1 建筑物理环境 建筑环境学包含了建筑、传热、声、光、材料及生理、心理和生物学等多门学科的内容， 事实上，它是一门跨学科的边缘科学性问题。 2.1.1 建筑外环境 建筑物所在地的气候条件，会通过围护结构，直接影响室内的环境，为得到良好的室内 气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。 2.1.1.1 日照 日照是指物体表面被太阳光直接照射的现象。建筑对日照的要求主要是根据它的使用性 能和当地气候情况而定。太阳在天空中的位置因时、因地时刻都在变化，正确掌握太阳相对 运动的规律，是处理建筑环境问题的基础。 地球与太阳的相对位置可以用纬度 φ、太阳赤纬 d、时角 h、太阳高度角 β 和方位角 A 等来表示。O 点表示地心，Q Q′表示赤道，N S 表示地球轴线。纬度(φ): 地球表面某地的纬 度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移。时角( h): 如图 1.18 所示，时角是指 O P 线在地 球赤道平面上的投影与当前时间 12 点时日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。 当地时间 12 点时的时角为零，前后每隔一小时，增加 360°/ 24 = 15°，如 10 点和 14 点均 为 15×2 = 30°。地球上某一点所看到的太阳方向，称为太阳位置。太阳位置常用两个角度来 表示，即太阳高度角 β 和太阳方位角 A 。太阳高度角为太阳方向与水平面的夹角，太阳方 位角为太阳方向的水平投影偏离南向的角度。见图 2.1。 确定太阳高度角和方位角的目的在于进行日照时数、日照面积、房屋朝向和间距以及房 屋周围阴影区范围等的设计。影响太阳高度角和方位角的因素有三:赤纬，它表明季节(日期) 的变化;时角，它表明时间的变化;地理纬度，它表明观察点所在的位置
夏至天顶23°27正午时太阳高度角春秋分半天球23°27冬至Pw北天极NA出地辅太阳轨迹9S地平面S地平圈日落W图2.1日地位置及参数示意2.1.1.2太阳辐射太阳辐射能是地球上热量的基本来源，是决定气候的主要因素，也是建筑物外部最主要的气候条件之一。太阳辐射热量的大小用辐射强度I来表示。它是指1m黑体表面在太阳辐射下所获得的热量值，单位为W/m2。太阳辐射热强度可用仪器直接测量。在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线垂直的表面上的辐射强度1o=1353W/m2，被称为太阳常数。在不同的太阳高度角下，光谱的成分也不相同，各种辐射能量占太阳辐射总能量的百分比与太阳高度角的变化见表2.1。从表中可以看出，太阳高度角越高，紫外线及可见光成分越多：红外线则相反，它的成分随太阳高度角的增加而减少。表2.1太阳辐射与太阳高度角的关系太阳高度角紫外线可见光红外线太阳高度角紫外线可见光红外线90°4%0.5°046%50%28%72%30°3%44%53%图2.2为了北纬40°全年各月水平面、南向表面和东西向表面每天获得的太阳总辐射热量。从图中可以看出，对于水平面来说，夏季总辐射热量达到最大：而南向垂直表面，则冬季所接受的总辐射量为最大。法向900038000【3070006000S255000￥204000水平面3000do2000垂直平面1000（东西向）125678910111234（月份）图2.2北纬40°的太阳总辐射量变化示意-23 -
- 23 - 2.1.1.2 太阳辐射 太阳辐射能是地球上热量的基本来源，是决定气候的主要因素，也是建筑物外部最主要 的气候条件之一。太阳辐射热量的大小用辐射强度 I 来表示。它是指 1 m2 黑体表面在太阳 辐射下所获得的热量值，单位为 W/ m2 。太阳辐射热强度可用仪器直接测量。在地球大气 层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线垂直的表面上的辐射强度 I0 = 1353 W/ m2，被 称为太阳常数。 在不同的太阳高度角下，光谱的成分也不相同，各种辐射能量占太阳辐射总能量的百分 比与太阳高度角的变化见表 2.1。从表中可以看出，太阳高度角越高，紫外线及可见光成分 越多; 红外线则相反，它的成分随太阳高度角的增加而减少。 表 2.1 太阳辐射与太阳高度角的关系 图 2.2 为了北纬 40°全年各月水平面、南向表面和东西向表面每天获得的太阳总辐射热 量。从图中可以看出，对于水平面来说，夏季总辐射热量达到最大; 而南向垂直表面，则冬 季所接受的总辐射量为最大。 图 2.2 北纬 40°的太阳总辐射量变化示意 太阳高度角 紫外线 可见光 红外线 太阳高度角 紫外线 可见光 红外线 90° 4% 46% 50% 0.5° 0 28% 72% 30° 3% 44% 53% 图 2.1 日地位置及参数示意
对于住宅室内的日照标准一般是由日照时间和日照质量来衡量。保证足够或最低的日照时间是对日照要求的最低标准。中国地处北半球的温带地区，居住建筑一般总是希望夏季避免日晒，而冬季又能获得充分的阳光照射。居住建筑多为行列式或组团式布置，考虑到前排住宅对后排住宅的遮挡，为了使住户保持最低限度的日照时间，总是首先着眼于底层住户。北半球的太阳高度角全年中的最小值是冬至日，因此，冬至日底层住宅内得到的日照时间，作为最低的日照标准。在我国一般民用住宅中，要求冬至日的满窗日照时间不低于1h。住宅中的日照质量是通过日照时间的积累和每小时的日照面积两方面组成的。只有日照时间和日照面积都得到保证，才能充分发挥日照辐射的作用。虽然阳光对生产和生活是不可缺少的，但直射阳光对生产和生活也会产生某些不良影响。如夏季直射阳光会使室内温度过高，人们易于疲劳，无其是紫外线能破坏眼睛的视觉功能。又如在直射阳光中注视物体，或阳光反射到人的视野范围中，引起显著的明暗对比，会产生眩光感，时间过长会影响视觉功能。因此，直射阳光的高度角低于30°，或反射光与工作面所夹的角在40°～60°之间的光线是有害的2.1.1.3建筑物的配置和外形与日照的关系建筑对日照的要求主要是根据它的使用性质和当地气候情况而定。寒冷地区的建筑、病房、幼儿活动室等一般都需要争取较好的日照，而在炎热地区的夏季一般建筑都需要避免过量的直射阳光进入室内，尤其是展览室、绘图室、化工车间和药品库都要限制阳光直射到工作面或物体上，以免发生危害。由于建筑物的配置、间距或者形状造成的日影形状是不同的。对于行列式或组团式的建筑，为了得到充分的日照，必须考虑南北方向的楼间距。在我国一般民用住宅中，要求冬至日的满窗日照时间不低于1h，有的国家则要求得更高。最低限度日照要求的不同，建筑所在地理位置即纬度的不同，使得建筑物南北方向的相邻楼间距要求也不同。对于需要同一日照时间的建筑，由于其所在纬度不同，南北方向的相邻楼间距是不同的，纬度越高，需要的楼间距也越大。以长春（北纬43°52）、北京（北纬39°57'）和上海（北纬31°12°）为例，如果日照时间为2h，在上海地区的楼间距d/h约为0.9，北京地区约为2，而最北的长春则需要2.5左右。由于有其他建筑的遮挡，有的地方在一天中都没有日照，这种现象称为终日日影，同样在一年中都没有日照的现象称为永久日影。为了居住者的健康，也为了建筑物的寿命起见终日日影和永久日影都应该避免。建筑物周围的阴影和建筑物自身阴影在墙面上的遮蔽情况，是与建筑物平面体形、建筑物高度和建筑朝向有关。比如下图2.3的建筑（群），就会产生不同的日照效果。建筑物周围的阴影和建筑物自身阴影在墙面上的遮蔽情况，是与建筑物平面体形、建筑物高度和建筑朝向有关。常见的建筑平面体形有正方形、长方形、L形及凹形等种类。它们在各朝向产生的阴影和自身阴影遮蔽示意图见图2.4所示。由此可见，正方形和长方形是最常用的较简单的平面体形，其最大的优点都是没有永久阴影和自身阴影遮蔽情况。L形体形的建筑会出现终日阴影和建筑自身阴影遮蔽情况。同时，由于L形平面是不对称的，在同一朝向上因转角部分连接在不同方向上的端部，其阴影遮蔽情况也有很大的变化，也会出现局部永久阴影区。那么，在进行建筑设计的时候，特别是针对建筑外形轮廓进行设计，则需要考虑日照阴影的因素。从日照角度来考虑建筑的体形，期望冬季建筑阴影范围小，使建筑周围的场地能接受比较充足的阳光，至少没有大片的永久阴影区。在夏季最好有较大的建筑阴影范围，以便对周围场地起一定的遮阳作用。长方形、L形和凹形这三种体形，在南北朝向时，冬季阴影区范围较大，在建筑物北边有较大面积的终日阴影区，在夏季阴影区范围较小，建筑物南边终年无阴影区。东西朝向时，冬季阴影区范围较小，场地日照良好，夏季阴影区都很大，-24 -
- 24 - 对于住宅室内的日照标准一般是由日照时间和日照质量来衡量。保证足够或最低的日照 时间是对日照要求的最低标准。中国地处北半球的温带地区，居住建筑一般总是希望夏季避 免日晒，而冬季又能获得充分的阳光照射。居住建筑多为行列式或组团式布置，考虑到前排 住宅对后排住宅的遮挡，为了使住户保持最低限度的日照时间，总是首先着眼于底层住户。 北半球的太阳高度角全年中的最小值是冬至日，因此，冬至日底层住宅内得到的日照时间， 作为最低的日照标准。在我国一般民用住宅中，要求冬至日的满窗日照时间不低于 1h。住 宅中的日照质量是通过日照时间的积累和每小时的日照面积两方面组成的。只有日照时间和 日照面积都得到保证，才能充分发挥日照辐射的作用。 虽然阳光对生产和生活是不可缺少的，但直射阳光对生产和生活也会产生某些不良影响。 如夏季直射阳光会使室内温度过高，人们易于疲劳，尤其是紫外线能破坏眼睛的视觉功能。 又如在直射阳光中注视物体，或阳光反射到人的视野范围中，引起显著的明暗对比，会产生 眩光感，时间过长会影响视觉功能。因此，直射阳光的高度角低于 30°，或反射光与工作面 所夹的角在 40°～60°之间的光线是有害的。 2.1.1.3 建筑物的配置和外形与日照的关系 建筑对日照的要求主要是根据它的使用性质和当地气候情况而定。寒冷地区的建筑、病 房、幼儿活动室等一般都需要争取较好的日照，而在炎热地区的夏季一般建筑都需要避免过 量的直射阳光进入室内，尤其是展览室、绘图室、化工车间和药品库都要限制阳光直射到工 作面或物体上，以免发生危害。 由于建筑物的配置、间距或者形状造成的日影形状是不同的。对于行列式或组团式的建 筑，为了得到充分的日照，必须考虑南北方向的楼间距。在我国一般民用住宅中，要求冬至 日的满窗日照时间不低于 1h，有的国家则要求得更高。最低限度日照要求的不同，建筑所 在地理位置即纬度的不同，使得建筑物南北方向的相邻楼间距要求也不同。对于需要同一日 照时间的建筑，由于其所在纬度不同，南北方向的相邻楼间距是不同的，纬度越高，需要的 楼间距也越大。以长春(北纬 43°52′)、北京(北纬 39°57′) 和上海(北纬 31°12′) 为例， 如果日照时间为 2h，在上海地区的楼间距 d/ h 约为 0. 9，北京地区约为 2，而最北的长春则 需要 2. 5 左右。 由于有其他建筑的遮挡，有的地方在一天中都没有日照，这种现象称为终日日影，同样 在一年中都没有日照的现象称为永久日影。为了居住者的健康，也为了建筑物的寿命起见， 终日日影和永久日影都应该避免。建筑物周围的阴影和建筑物自身阴影在墙面上的遮蔽情况， 是与建筑物平面体形、建筑物高度和建筑朝向有关。比如下图 2.3 的建筑（群），就会产生 不同的日照效果。 建筑物周围的阴影和建筑物自身阴影在墙面上的遮蔽情况，是与建筑物平面体形、建 筑物高度和建筑朝向有关。常见的建筑平面体形有正方形、长方形、L 形及凹形等种类。 它们在各朝向产生的阴影和自身阴影遮蔽示意图见图 2.4 所示。 由此可见，正方形和长方形是最常用的较简单的平面体形，其最大的优点都是没有永久 阴影和自身阴影遮蔽情况。L 形体形的建筑会出现终日阴影和建筑自身阴影遮蔽情况。同 时，由于 L 形平面是不对称的，在同一朝向上因转角部分连接在不同方向上的端部，其阴 影遮蔽情况也有很大的变化，也会出现局部永久阴影区。 那么，在进行建筑设计的时候，特别是针对建筑外形轮廓进行设计，则需要考虑日照阴 影的因素。从日照角度来考虑建筑的体形，期望冬季建筑阴影范围小，使建筑周围的场地能 接受比较充足的阳光，至少没有大片的永久阴影区。在夏季最好有较大的建筑阴影范围，以 便对周围场地起一定的遮阳作用。长方形、L 形和凹形这三种体形，在南北朝向时，冬季 阴影区范围较大，在建筑物北边有较大面积的终日阴影区，在夏季阴影区范围较小，建筑物 南边终年无阴影区。东西朝向时，冬季阴影区范围较小，场地日照良好; 夏季阴影区都很大
上午阴影区在西边，下午阴影区在东边。在东南或西北朝向时，阴影区范围在冬季较小，在夏季较大。上午阴影区在建筑物的西北边，下午在东南边。在西南或东北朝向时，阴影变化情况与东南朝向相同，只是方向相反。终日日影区11:0建筑的互遮指冬圣日的情况图2.3建筑物（群）的日照阴影示意(2)(1)(3)(4)(5)L形建筑的阴影区凹形建筑的明影区自身明影遮蔽冬季阴影区矩形建筑的阴影区图2.4不同建筑外廓的阴影区域-25-
- 25 - 上午阴影区在西边，下午阴影区在东边。在东南或西北朝向时，阴影区范围在冬季较小，在 夏季较大。上午阴影区在建筑物的西北边，下午在东南边。在西南或东北朝向时，阴影变化 情况与东南朝向相同，只是方向相反。 图 2.4 不同建筑外廓的阴影区域 图 2.3 建筑物（群）的日照阴影示意