建筑外形設(shè)計對體形系數(shù)的影響

牛啟平

（山西省第二建筑設(shè)計院 山西長治 046000）

建筑外形設(shè)計對體形系數(shù)的影響

牛啟平

（山西省第二建筑設(shè)計院 山西長治 046000）

就目前的建筑參數(shù)來說，建筑外形設(shè)計對其體形系數(shù)的影響是非常大的，具體的原因包括很多方面，本文旨在針對其多方面原因，通過列舉實例來分析外形設(shè)計對體形系數(shù)的影響，僅供參考。

外形；體形系數(shù)；影響

建筑的外形是建筑品質(zhì)與風(fēng)格的直觀表現(xiàn)，更對建筑立面的體形具有非常大的影響，為了適應(yīng)人們的生活需求，相應(yīng)的建筑體形也要向更高層次面發(fā)展，而建筑外形設(shè)計正是影響其發(fā)展的重要因素之一。

1 理論依據(jù)

目前在《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《民標(biāo)》）中對建筑外形體系數(shù)S做出了相應(yīng)的注釋，即“建筑物接觸空氣的其外表面積和所包圍的體積比值”。

即：S=F/V

式中：S為建筑體形系數(shù)；F為建筑的外表面積，符號為：m2；V為建筑體積，符號為：m3。

根據(jù)上述公式及定義不難看出，體形系數(shù)是建筑外表面積與建筑體積的比值，從一定程度上來說，體形系數(shù)決定著一個建筑的復(fù)雜程度，體形系數(shù)越大，其結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，因此，建筑外形的外表面積以及建筑體積對體形系數(shù)具有非常大的影響。

2 設(shè)計要求

《民標(biāo)》中明確規(guī)定，建筑體形系數(shù)不得大于0.30，否則應(yīng)該對外墻及屋頂?shù)忍巼o(hù)采取保溫措施，由于進(jìn)行保溫從而也會相應(yīng)的提高建筑的造價預(yù)算，由上述的理論依據(jù)所知，體形系數(shù)是外表面積與體積的比值，也就是說提高外表面積，其體形系數(shù)也會相應(yīng)的增大，舉個例子，如果十個房子并排連接在一起，那么就相當(dāng)于剩下了9堵墻，而且體積不變，外表面積減小，從而致使建筑體形系數(shù)也會相應(yīng)減小，就目前而言，大型建筑對于0.30的系數(shù)很容易達(dá)到，但是對于小型建筑而言，顯得相對比較困難。舉例說明：

假設(shè)某建筑為四層樓，長L=30m，寬B=8m，層高均為3.2m，高H=12.8m，其體形系數(shù)為：

S=［2（30+8）×12.8+30×8］（/30×8×12.8）=1212.8/3072=0.4

同樣長寬的建筑，若為五層，則長L=30m，寬B=8m，層高均為3.2m，高H=3.2×5=16m。其體形系數(shù)為：

S=［2（30+8）×16+30×10］（/30×8×16）=1452/3840=0.37

根據(jù)以上數(shù)據(jù)不難看出，假如建筑的長寬相同，其高度越高，則其體形系數(shù)越小，如果長寬高均增加，亦可以降低體形系數(shù)，所以說，大型建筑在一定條件下比較容易滿足0.30這個系數(shù)，但是小型建筑則相對較難。

3 體形系數(shù)影響分析

盡管上文表明小型建筑難以滿足0.30這個體形系數(shù)，但是也不能一揮而就的認(rèn)為小型建筑就一定不能滿足0.30體形系數(shù)，以下提出幾個能夠滿足體形系數(shù)0.30的小型建筑外形設(shè)計方案，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析：

3.1 矩形建筑設(shè)計

根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知，當(dāng)矩形的長寬均相等時，其相同邊長形成的面積最大。

矩形建筑的體形系數(shù)公式為：

S=[2H（L+B）+LB]/LBH=2/B+2/L+1/H

由公式可得，在實際矩形建筑的實際過程中，為了減小體形系數(shù)可以將長寬設(shè)計的較為接近。例如：

假如別墅樓層三層，高9m，而且長寬均為22m時，那么建筑體形系數(shù)為：

S=［2（22+22）×9+22×22］（/22×22×9）=1276/4356=0.30

這時，需要對實際情況進(jìn)行考慮，因為別墅建筑均為住宅使用，但是每層的建筑面積高達(dá)484m2，全部面積為1452m2，作為住宅面積過大，而且不易于房間采光，建議應(yīng)假設(shè)采光天井，如果在房子內(nèi)設(shè)置一個300m2左右的大廳，或者300m2左右的庭院，降低建筑總面積，或者直接將其設(shè)置為雙拼別墅，將大大降低總面積，上述設(shè)計均可以滿足體形系數(shù)0.30的要求。

例如別墅樓層三層。高9m，長寬均為25m，則其體形系數(shù)為：S=［2（25+25）×9+25×25］（/25×25×9）=1525/5625=0.27

3.2 圓柱形建筑設(shè)計

目前，所有的小型建筑總建筑面積都想盡可能的比剛才的矩形設(shè)計方案小，但是體形系數(shù)能夠滿足0.30也并不能一蹴而就，就剛才的矩形設(shè)計可知，三層矩形建筑尺寸如果小于20m×20m，那么將不會滿足0.30的體形系數(shù)，這就需要我們從其外形設(shè)計上進(jìn)行思考。數(shù)學(xué)常識中，圓是相同邊長情況下，面積最大的幾何形狀，所以通常可以優(yōu)先選擇圓柱形的建筑，圓柱形體形系數(shù)的計算公式為：

S=（2H+R）πR/πR2H=2/R+1/H。

假設(shè)某圓柱形建筑三層，高度H10m，若要確保體形系數(shù)滿足0.30，從計算公式可得，其半徑R必須大于10m。

S=（2×10×3.14×10+3.14/4×202）（/3.14×10/4×202）=0.30

此時總建筑面積達(dá)到940m2，小于1000m2，這時可以加設(shè)采光天井，進(jìn)而減小建筑總面積，以上述所設(shè)計的矩形方案相比，由于圓柱形建筑的房屋設(shè)計并不能達(dá)到方形分割，所以導(dǎo)致家具形狀不一致以及人們生活不習(xí)慣，布置相對而言比較困難，而且面積使用率也會有所降低。

3.3 半球體形建筑設(shè)計

從數(shù)學(xué)知識中可知圓柱形建筑的體積并非最小，球體形建筑才是體積最小的形狀，因此，通常設(shè)計半球體形建筑減小建筑體積，其體形系數(shù)公式為：

S=2πR2（/2πR3/3）=3/R

經(jīng)過數(shù)學(xué)計算之后得出：假設(shè)3/R≤0.30，則R≥10，所以在半球形建筑設(shè)計時，要求R≥10m時，進(jìn)而滿足建筑體形系數(shù)0.30的要求。

和上述的圓柱形建筑設(shè)計相比，一層占地面積相同，但是二三層的占地面積大大減小，假設(shè)層高3.3m進(jìn)行計算，則二樓R為9.4m，三樓R為7.5m，總的建筑面積大約為769m2，但是半球體形建筑一般施工較為困難，而且空間布置也不方便，目前使用較少。

3.4 加屋頂建筑設(shè)計

根據(jù)上述設(shè)計所知，球體建筑設(shè)計的表面積以及體積比相對而言最小，其直徑需要20m，在實際研究中發(fā)現(xiàn)，在房屋假設(shè)半球形屋頂以及錐形屋頂?shù)臅r候，可以滿足建筑尺寸較小而且同時滿足建筑體形系數(shù)0.30的要求，而且相對更小。

例如在長18m、寬18m、高10m的矩形建筑物的屋頂上，加設(shè)頂高為3m的四方錐體，建筑體形系數(shù)為：

如果在此基礎(chǔ)上繼續(xù)提高房頂高度，那么還會減小體形系數(shù)，與此同時，加設(shè)球體屋頂同樣也會降低建筑體形系數(shù)。例如在長寬均為18m，高為10m的矩形建筑屋頂上，加設(shè)直徑為15m的半球體，其體形系數(shù)為：

S=［4×18×10+（172-3.14×7.52）+2×3.14×7.52］（/172×10+2× 3.14×7.53/3）=1185/5539=0.22

一般而言，此類建筑均為具有大圓頂?shù)牧_馬式建筑，其建筑屋頂最高時可達(dá)到17.5m。在實際使用過程中可以將其屋頂下的面積充分的利用起來，進(jìn)而增加其建筑面積，以上幾個建筑外形設(shè)計均滿足體形系數(shù)0.30的要求，同時也是小型建筑的極限，盡可用作參考，當(dāng)然，大型建筑對于體形系數(shù)的影響相對較想，本文便不再贅述。

4 總結(jié)

建筑外形對于體形系數(shù)的影響是多方面的，不同形狀的建筑都會產(chǎn)生不同的效果，在實際設(shè)計過程中，必須要充分考慮建筑外形的合理使用，盡可能的在滿足體形系數(shù)的前提下，提高建筑面積的使用率。

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[2]蘇紅兵，張凌.基于建筑體形系數(shù)的溫室屋頂節(jié)能分析[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（08）：223～225.

[3]姚璐.住宅建筑節(jié)能體型設(shè)計[J]工程建設(shè)與設(shè)計，2010（05）：24～26.

TU201.5

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1673-0038（2015）35-0036-02

2015-8-12