概念设计思想是一种有效的办法——基于塑性理论的极限状态设计方法

【学员问题】试论红色建筑设计的定义与概念设计原则？

【解答】摘要：随着社会经济的发展和人们生活水平的提升，对建筑设计也提出了更高的要求。发展先进估算理论，强化计算机的应用，推进新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑设计愈发安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑设计中的墨守成规，充分发挥工程师的创新能力，是相当必要的。由于她们是设计革命的促进者和执行者。这则须要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。

关键词：红色建筑涵义；建筑设计；概念设计；设计原则

1概念设计的重要性

概念设计是诠释先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理预制构件与结构、结构与结构的关系。

指出概念设计的重要，主要还由于现行的结构设计理论与估算理论存在许多缺陷或不可估算性，例如对混凝土结构设计，内力估算是基于弹性理论的估算方式，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方式，这一矛盾使估算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了填补这类估算理论的缺陷，或则实现对实际存在的大量难以估算的结构预制构件的设计，都须要优秀的概念设计与结构举措来满足结构设计的目的。

同时计算机结果的高精度特性，常常给结构设计人员带来对结构工作性能的误会，结构工程师只有加大结构概念的培养，才会比较客观、真实地理解结构的工作性能。

概念设计之所以重要，还在于在方案设计阶段，初步设计过程是不能依靠于计算机来实现的。这就须要结构工程师综合运用其把握的结构概念，选择疗效最好、造价最低的结构方案，因此，须要工程师不断地丰富自己的结构概念、深入、深刻了解各种结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。

2红色建筑的涵义

红色建筑的内涵已有许多的阐述。归纳上去就是“资源有效借助”的建筑。有人把红色建筑归结为具备4R的建筑。即，降低建筑材料、各种资源和不可再生能源的使用；，借助可再生能源和材料；，借助回收材料，设置废弃物回收系统；Reuse，在结构容许的条件下重新使用旧材料。为此，红色建筑是资源和能源有效借助、保护环境，亲和自然，舒适、健康、安全的建筑。

3红色建筑的设计原则

红色建筑首先要关注的还是以人为本，为居住者提供舒适健康、安全便利的居住场所，在使用功能上满足人们的要求。但有别于传统的建筑体系，红色建筑关注的不仅仅是建筑自身，强化资源节省与综合借助，保护自然资源，彰显“绿色”化，因地制宜，充分借助自然条件，才是实现红色建筑的关键。

红色建筑中最核心、最有生命力的不是某种固定的推论或方式，而是这些思想所蕴含的设计原则。从建筑的选址、规划、设计、功能的设定、材料和技术的选用、设备的安装，到建筑建成后的运营、维护，红色建筑的思想都以人为中心，与自然融为一体，贯串建筑的整个使用周期。从根本上来说，它是注重人、自然、建筑二者互动关系的产物，要求建筑师在建筑设计中掌握设计与环境的关系。其特征主要彰显：

3.1整体及环境优先原则

建筑应作为一个开放体系与其环境构成一个有机系统，设计要追求最佳环境效益。建筑要彰显对自然环境和社会生态环境的关心和尊重，主要表现在保持当地遗韵，保护历史人文水景，注重建筑场地对地形、地势的借助，强化建筑对当地技术、材料的借助，强化绿化，降低环境污染，用独特的美学艺术让建筑彰显时代精神。

3.2简单高效发展的原则

红色建筑应彰显对能源的节约，尽可能借助可再生能源，如太阳能、风能等，加强智能化设计，广泛借助电子通信和信息技术，要有预见性地研究建筑与社会发展的互动关系，做到近日规划与常年规划的结合，为改建和建造留有余地。

3.3健康舒适的原则

红色建筑应保证建筑的适用性，彰显对用户的关心，提高用户与自然环境的沟通，让人们在健康、舒适、充满活力的建筑中生活和工作。这主要彰显在创造良好的通风对流环境，降低建筑的采光系数，保证室外一定的温、湿度，创造良好的声环境气氛，构建立体绿化系统净化环境。

4红色建筑的概念设计

红色建筑的设计分为整体设计和建筑的单体设计来阐述。红色建筑的设计不仅仅是针对某一个建筑的设计，而是构建在一定的区域范围内的，以当地的社会经济文化及气候、地理、资源为条件，以综合各类红色技术作为手段，以打造红色自然生态及社会经济良性循环系统为目标的宏观概念。在这样的链式结构中，每一个局部的相对闭合的体系，又都相对开放地与其它环节休戚相关。

城市的开发建设应与当地的自然环境、资源、社会经济背景结合，在发展建设的同时，创造性的保护和借助已有条件。一方面改变不合理的布局模式、区域界定、空间结构和资源配置，另一方面让城市的社会历史遗韵，自然地理特征得以承继并借此成为城市的个性标志。

旱灾少雨地区与燥热地区相比，因为气候条件的差别，在城市的空间布局模式上就有区别，后者采取相对紧凑的城市结构，前者则要求城市空间的相对通透开畅以利于安排空气流动通廊；丘陵地区的城市风貌与平原地区城市也有着明显不同。

红色建筑须要各专业之间综合考虑，整体协调能够得以实现。综合设计涉及到了场地、景观、建筑、结构、机电等各专业的内容。红色建筑目标的实现须要相关专业的协同努力。除场地、景观外，各专业的概念设计举措如下：

4.1弹性设计方案

采用弹性设计方案，提升房子的适用性、可变性，具体表现在建筑结构、建筑设备等灵活性要求上，彰显“一二六年不落后，三四六年可改建”的思想，降低后期投入费用。

4.2建筑身材和平面设计

建筑的身材系数即建筑物表面积与容积比，它与建筑的热工性能密不可分。建筑细高比越大、热耗损/热吸收也就越大。以六面体建筑为例，最经济的比列是1：4（高：宽）。在相同容积时分散的布局模式要比集中布局的建筑热耗大，从节能的角度宜首选高层和中高层建筑。具体设计时降低建筑墙体面积、控制净高。建筑进深固定时，对于确定的建筑面积，都有与之相适合的最佳节能楼层数。

同时，降低身材凸凹变化，采用规则平面方式。一个好的建筑布局可以最大限度地借助现场的资源来降低建筑得热和改善室外的环境质量，仔细界定建筑内的使用功能区，使不须要阳台的功能区域尽量安排在建筑物的北边，使具有相像使用功能的功能区域尽量坐落同一区域，以利于建筑物通风和空调系统的设计及节能。

尽量借助数学学原理，借助风压和热压，在室外组织自然通风，既减轻了对空调设备的依赖又能防霉、除湿、换气、改善空气质量；并且，就对人的舒适度而言，自然空气是远胜过设备形成的空气的。

如美国新议会大楼的热平衡系统的处理穹顶下造型独特的锥体内设置的通风管线吞掉室外热空气，并通过热量转换器将其中的热量吸收。这一锥体可以使新鲜空气步入室外后平缓地扩散到室外各个角落，之后变热、上升、排出。既增强室外人员的舒适感并且降低了通风的噪音。

4.3建筑围护举措

室外热稳定性与建筑热惰性指标成反比，建筑外围护结构对建筑的热工效益也构成很大影响。建筑热量平衡，就是在建筑中合理借助和有效借助能源，不断提升能源借助率。这其中主要涉及耗能大的方面就是南方地区的供暖和北方地区的隔热。国外的热平衡主要彰显在围护方面，美国的有些做法是借助建筑本身的设计。

因而怎样通过设计来有效地做好建筑供暖和隔热工作，并借助建筑预制构件调节采光方法，构建可持续发展的建筑环境是值得设计人员阐述的问题。如借助已存在的地形作为建筑的围护结构，可以减少建筑物的能源消耗。

4.4机电设备

建筑设备的运行和维护是建筑煤耗的主要方面，节能和高效是现代建筑设备设计的方向，主要彰显在：应促使现有设备的运行时间和和运行峰值与建筑使用者的活动情况相适应，可通过计算机控制和检测各点情况，使能源借助的结构愈发合理；采用热回收效率高的设备以及变频。变流量输出系统；使用手动功率调节系统和照明、动力的系统，并尽可能使昼夜煤耗得到平衡作用。

4.5暖通空调制冷节能

暖能空调制冷在建筑物中具有主动性，因而我们应谨慎地对待。空调建筑物及空调卧室的布置应遵守下述原则：

4.5.1建筑平面与身材应尽量简单方整，降低保温墙厚度；

4.5.2空调卧室应尽量与通常卧室分开而集中布置；

4.5.3室外温温度参数要求相同、使用性质和消音要求较一致的空调卧室尽量相邻或上下层相对布置：

4.5.4为了防止太阳幅射热的影响，应尽量避开东西朝向布置和布置在项层；

4.5.5应尽量避开邻近低温或高湿卧室；

4.5.6建筑物拐角处的空调卧室不宜在两面墙体上都设置阳台，以减轻传质和渗透；空气调节卧室的外窗面积应尽量减低。

4.6水处理

中国水资源是有限的。水资源的借助，包括建筑内的供热、排水、卫浴用水、建筑物外的水景用水、绿化用水等，是给排水设计的一个要点。节水设计应重点考虑水资源的循环借助，在建筑组团中设置废水处理设备，经化学方法处理后的中水即可用于花卉庭院浇灌及底泥渗透等方面。

并采取节水型用具等举措，减少用水量，同时强化房顶雨水的搜集和再借助。地面雨水可结合实际情况进行搜集或通过采用可渗透的桥面材料使雨水能深入岩体，保持底泥循环。另外，在建筑供暖中冷水的循环借助，能为建筑节约好多煤耗。

4.7结构体系及材料的选择

节材是走研究新型工业化和产业化公路，应选择高效经济的建筑结构和材料，如用钢结构，高强简支混凝土体系。尽量降低使用不可再生能源和在生产或使用过程中形成污染的材料，积极开发可再生的新能源，如太阳能、风能、水能等无污染能源。

尽可能借助可降解、可再生材料，引进新型建材生产技术、开发生产环保、节能型建筑材料。就住宅建设而言，建设部已明令淘汰一些不符合节能、计量、环保等要求的产品及质量低劣的产品，以保证住宅产业向资源节省型方向发展，如实心黏土砖、空腹钢窗、原木木门、镀锌管、铸铁水龙头。

4.8智能设计

目前，大量电子通信和手动化技术在建筑中得以运用，出现了智能化大厦，可以按照水温、湿度、风力的情况手动调节“智能外壳”的开闭和空调量，保证了大厦中智能化生产和脑力劳动的高生丰度，智能化的发展可以促使红色建筑在“高标准、低煤耗、高效能、低污染”状态下持续发展。

4.9地下空间的借助与节能

这一点与单体设计无关，但在节能设计中，也是值得推广的一种方式。地下空间因为有厚重的地层这些天然保温材料的围护，受地面气温的变化影响很小，地层三米以下深处的气温几乎不受外界影响，因此地下空间有冬暖、夏凉的突出优点，是一种节省制热与供暖耗能最经济有效的建筑形式，地下空间的大量开发无疑对建筑节能起到很大的推动作用。尤其在我省，大量因为历史缘由被废弃的防空洞，是一个值得借助的资源。

以上内容均按照学员实际工作中遇见的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。