建筑的运作之道——建筑遵循的自然法则

 

 

　　《建筑的运作之道(建筑遵循的自然法则)》通过上百幅作者爱德华·艾伦亲手绘制的线图揭示了建筑运作中的每一个细节，解释了很多复杂的现象，比如建筑如何立起来？如何使使用者感到安全和舒适？如何建造、老化和衰亡？为什么有些建筑优于其他建筑？各种结构中用作支撑的构件是怎样的？作者强调巧妙处理过热、过冷、能源过渡使用、防火安全等问题的重要性。

　　爱德华·艾伦是建筑师和教师，美国建筑协会成员。他在麻省理工学院、耶鲁大学和俄勒冈大学任教30余年，曾出版《建筑工程基础》等著作。

序言：可持续建筑
建筑是做什么的
  1  室外环境
  2  人的环境
  3  栖息场所
建筑是如何运作的
  4  建筑功能
  5  供水
  6  废弃物回收
  7  提供热舒适性
  8  建筑构件的热性能
  9  控制热辐射
  10  控制空气温度和湿度
  11  控制空气流动
  12  防水
  13  视觉与照明
  14  听与被听
  15  提供集中能量
  16  人性化的建筑
  17  提供结构性的支持
  18  为建筑运动做准备
  19  火的控制
  20  建造一座建筑
  21  保持建筑的活力与发展
  22  建筑构件和建筑功能

　　建筑，既意味着金钱与时间上的巨大投入，也是世界性资源的巨大投入。在建造和使用它时，我们消耗了数量巨大的材料，环境污染的一大部分也是由此产生的。根据世界观察研究所的调查，全世界每年所使用的能源中，建筑物消耗了超过40%的能源，其中释放到大气中引起酸雨的二氧化碳占总量的1/3，化合物占总量的2/5。在美国，每年用于建筑的淡水占淡水消耗总量的1/6，用于建筑的木材占木材总产量的1/4。大约一半的碳氟化合物是由建筑物释放的，它们进入到高空大气层，破坏了保护我们免于紫外线伤害的臭氧层。大约40%的垃圾来自建筑工程。从这些统计数据中我们可以看出，多种形式的环境恶化现象，建筑都是负有责任的。它们给地球资源带来很大负担，其中大部分资源都是不可再生和有限的，建筑危害了人类的健康与幸福。因而我们认识到以一种可持续的方式来建造和使用建筑迫在眉睫。
　　可持续性是指既满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力。当我们燃烧化石燃料时，我们消耗了有限的、不可再生的资源，以至于在未来，它们不能为我们的后代所使用。温室气体加速了全球变暖，这会使近期的后人们所面临的世界有这样的问题：冰川和冰盖正在缩小，海水正在向一个危险的平面上升，天气变得日益和无法预测。当我们在曾经种植庄稼的肥沃土地上建造庞大的居住区时，我们就减少了后代可用的农业用地储备；当我们用掉森林里的树木而又不重新种植时，对我们的子孙来说木材就很可能将成为一种稀有的、昂贵的物品。
　　我们有能力改变这种形势。我们可以大量地减少建筑的能量消耗。我们可以用太阳能和风能来满足这些需求，这两种能量都是可再生、无污染、在建筑的场地上就能够得到的。在许多情况下，我们可以在过去被滥用、如今已经被恢复的土地上进行建设，比如被污染的工业用地、被拆除的出租公寓用地和由于粗放的农业生产导致大范围水土流失的土地。我们可以使用被许可开发的木材进行建造，森林既砍伐也进行补种，并以这种方式不断地出产木材。我们还可以利用从被拆毁的旧建筑中回收的木材进行建造。在上述每一个例子里，我们都是在用一种可以留传给后代的方式建造，并将类似的方式传授给后代。
　　许多组织和制造商正在坚持不懈地致力于可持续构筑物的实践（也被称作“绿色建筑”）。一些是涉及特殊的资源，如森林；一些是利用回收的材料，如废弃的石膏墙板或破旧的轮胎，制成新石膏墙板、屋顶板材之类的建材；一些组织正在积极推进可再生的能源（如太阳能、风能）和光电技术；一些组织通过更好的保温性、更密闭的构造、更高效的加热和冷却装置，致力于改善建筑的能源性能；还有一些组织致力于培养建筑师和工程师，通过明智的选址和确定建筑朝向，恰当地布局，有意地选择材料，详细设计合适的构造，能大大地减少建筑对地球及其资源的影响。
　　有几个组织正在致力于培养建筑师和工程师如何可持续地建造。其中美国绿色建筑协会是较突出的，他们推行LEED体系对建筑的可持续性进行评估。LEED是能源与环境设计的先锋。这个评估体系由若干指标构成，这些指标用于评估一个建筑中可持续性达到的程度。了解这些指标的具体内容具有启发意义。
　　类，“可持续建筑场址”
　　·建筑将改善基地还是使基地恶化；
　　·建筑的使用者是否可以依靠步行、骑自行车或乘公共交通工具来往，以节约燃料和减少空气污染；
　　·基地被新建筑干扰的程度；
　　·如何处理雨水（是被储存起来现场使用，还是用来回流补充到所在基地的蓄水层，或是由地下雨水管道排走）。
　　第二类，“水资源效率”
　　·用于灌溉的储存的雨水或者灰水（不含人类排泄物的洗涤用水）；
　　·革新的废水处理方法；
　　·使用降低水消耗的设备。
　　第三类，“建筑节能与大气”
　　·供暖和制冷设备与系统的效率；
　　·基地可再生资源的利用；
　　·建筑对臭氧层消耗的潜在威胁。
　　第四类，“材料和资源”
　　·建筑材料和建筑垃圾的循环利用；
　　·建筑基地的垃圾管理；
　　·旧建筑材料的重复利用；
　　·使用当地的材料，减少运输过程中的燃料消耗，不要使用远距离运输的材料；
　　·可迅速再生的材料；
　　·被许可进行开发的森林木材。
　　第五类，“室内环境质量”
　　·室内空气质量；
　　·消除抽烟造成的烟气；
　　·通风效力；
　　·建造过程中的空气质量；
　　·使用不释放有毒气体的材料；
　　·控制在建筑中使用的化学制品；
　　·热舒适度；
　　·日光的利用。
　　第六类，也是后一类的标题为“创新与设计过程”。
　　这是一个开放性指标，对可持续建筑的原创设计理念授予荣誉。已被认可为LEED专家的建筑师或工程师参与的项目也会被授予荣誉。
　　虽然这个评估体系还处于发展完善的过程中，但是它已被作为判定建筑可持续性程度的基准。另外，它是一个提高建筑师、工程师和建造者的环境觉悟的有力工具。
　　以下内容，你将会得到涉及建筑在设计、建造和使用运营过程中的可持续性信息。每一章都会讲述如何优化资源、节约能源、减少垃圾的产生，并以对环境尽可能小的成本代价来营造舒适、耐久和健康的建筑。有许多都是古老的、众所周知的做法，还有一些是创新的做法。如果我们要留给子孙后代一个像我们出生时一样可爱的、宜人的、健康的、资源富足的世界，无论在什么情况下，建筑师和工程师都应该熟悉这些做法并能始终如一地贯彻它们。

　　即使是一栋看上去坚固而庞大的建筑，也一直处在运动中。尽管这种运动通常小到我们无法察觉，但建筑物的多数运动是由几乎不可抗拒之力造成的，如果不在某些方面做好准备，这些运动会让建筑物分崩离析。建筑表面会出现裂缝、扭曲和撕裂；建筑构件会被扯断或者压碎。好的情况下，建筑物仅仅会变得难看点；坏的情况，建筑物会出现渗漏，并且结构失稳。
　　在建造初期，当批材料运送至场地时，建筑物就开始运动。随着建筑质量的增加，土壤在地基下逐渐下沉。场地中大部分潮湿的材料，如混凝土、砂浆、水磨石、灰泥在变硬的过程中会稍微收缩，常会裂开，而石膏灰泥会略有膨大，推挤邻近的材料。没有充分干燥的木材在安装后会收缩。梁、柱和其他建筑构件，不论它们是用什么材料制成的，随着建造中叠加载荷的累积，会逐渐下陷或缩短。随着结构上活载荷的变化，会产生进一步的下陷，量上的变化会在建筑物的整个生命中发生。在有些结构材料中，尤其是木材和混凝土，在几年中会发生一个长期的、不可逆转的被称为蠕动的下陷过程。风和地震之力还会造成建筑框架小幅的横向移动。
　　由热量和水分作用引起的反复循环运动经常发生。建筑物会在暖和的天气里明显膨大，而在寒冷的天气里缩小。在正午时分，屋顶由于受到太阳的加热会膨大，而下面温度较低的墙壁则会保持原来的大小。夜间，屋顶因受冷而又会缩小。当温度降到冰点以下时，建筑物内部或地基下面的水，在形成冰的过程中发生膨胀，会使建筑材料产生裂纹，或者造成地基的抬升。在潮湿环境下，木材和木材制品会发生膨胀，而且往往非常明显，但当空气变干时，就像冬天受热的建筑一样，这些木材和木材制品会收缩，有时甚至会产生裂纹。在炎热的季节，黏合不够牢固的木制家具在接缝处会偶尔断开。在潮湿的天气里，木制门窗有时会固定在框架里纹丝不动，而在天气干燥时又会显得过于松动。当把不同建材的建筑构件并置时，它们之间的运动会大有差异。天气寒冷时，铝合金窗框会明显缩小，但温差对镶嵌窗框的木建筑结构几乎没有影响。然而，长时间的潮湿会使木结构膨胀而不会对铝合金窗户产生影响。
　　某些不需要的化学反应也会引起建筑物运动。当金属受到腐蚀时，也会膨胀。当石灰砂浆或灰泥的晶状体结构与空气中的水分结合后，会由于使用前未与水充分结合而膨胀。波特兰水泥与一些在制造混凝土时可能因疏忽而与其混在一起的矿物质发生化学反应，从而造成破坏性的膨胀。受腐蚀的金属构件拥挤在一起是很常见的。通过严格控制建造期间使用的建材质量和使用合适的涂料全面保护易腐蚀的金属，这些情况才可以得到补救。
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