建筑的要素

1　建筑设计概述

本章导读:

●基本要求　了解中西方建筑的发展历程和趋势;掌握建筑构成要素及各种分类标准;熟悉建筑设计的内容及程序;了解建筑设计的要求和依据。

●重点　建筑构成要素及分类,建筑模数。

●难点　建筑耐火等级分类。

建筑是建筑物与构筑物的总称。建筑物是为了满足社会需要,利用技术手段,在科学规律与美学法则的支配下,通过对空间的限定和组织而创造的生产、生活环境。构筑物是指人们一般不直接在内进行生产和生活的建筑。

1.1　建筑的发展历程和趋势

1.1.1　西方建筑的发展历程

“建筑是石头的史诗”,这是对于西方古典建筑言简意赅的评价。古代欧洲以爱琴海为中心的克里特和迈西尼文化,创造了优美的柱式、雕塑、壁画,使石构建筑体系得以成熟和发展。迈西尼城堡的狮子门,距今3300多年,是早期高超的石砌技术与艺术的代表。

古希腊繁荣的城邦文化,在建筑艺术上得到了充分的表达。以神庙、剧场、竞技场、浴场等建筑类型的发展为基础,以完整丰富的建筑群体和比例优美的柱式、山花、精美的雕饰,体现了古希腊文化的艺术成就。其中,雅典卫城(图1.1)是典型代表。

图1.1　雅典卫城

图1.2　罗马万神庙

罗马政府统治希腊后,建立起庞大的古罗马帝国。古罗马建筑在技术与艺术上均取得了极高的成就,如罗马万神庙(图1.2)。万神庙穹顶的直径和高度均为43.3m,是现代建筑结构出现以前世界上最大跨度的建筑空间。此外,该时期建筑理论也得以逐渐成熟和系统化,维特鲁威著名的《建筑十书》,奠定了欧洲建筑科学的基本体系。

随着罗马帝国的分裂,在东罗马逐渐发展出拜占庭建筑,如君士坦丁堡的圣索菲亚教堂(图1.3)。

在罗马帝国消亡之后,欧洲进入中世纪,形成了辉煌的哥特式建筑艺术,如巴黎圣母院(图1.4)。哥特式建筑具有特殊的骨架券结构体系,尖拱、石窗棂、彩色玻璃窗、飞扶壁、钟塔等均为教堂带来一种向上的动势,营造了浓郁的宗教气氛。

图1.3　圣索菲亚大教堂

图1.4　巴黎圣母院

13世纪末,佛罗伦萨大教堂的建造标志着“文艺复兴运动”首先在意大利发轫,随后遍及欧洲。这时期的建筑在造型上排斥象征神权至上的建筑风格,提倡复兴古罗马时期的建筑形式,罗马圣彼得大教堂(图1.5)是其代表性建筑。

16世纪末,在意大利兴起了巴洛克艺术,以热情奔放、倾向于豪华与浮夸、追求动势与起伏为特征,如罗马圣卡罗教堂(图1.6)。18世纪初,洛可可艺术出现于法国,其风格极尽装饰之能事,追求细腻柔媚的情调,琐碎纤巧,色彩娇嫩,如巴黎苏比斯府邸的客厅(图1.7)。

图1.5　罗马圣彼得大教堂

图1.6　罗马圣卡罗教堂

图1.7　巴黎苏比斯府邸的客厅

18世纪中叶开始的工业革命极大地促进了建筑业的发展。1851年英国伦敦博览会由帕克斯顿设计的“水晶宫”(图1.8),以不到9个月的时间展现了工业化装配体系的效率优势;1889年巴黎世界博览会的埃菲尔铁塔(图1.9)创造了当时世界最高建筑(328m)的记录,机械馆(图1.10)创造了当时世界上最大跨度建筑(115m)的记录。

图1.8　水晶宫

图1.9　埃菲尔铁塔

图1.10　机械馆

19世纪下半叶至20世纪初的西方建筑,是对新建筑的探求时期,早期有“工艺美术运动”“新艺术运动”“分离派”等,晚期有“芝加哥学派”“德意志制造联盟”等。

现代主义建筑思潮成熟于20世纪20年代,在50—60年代风行全世界。现代主义建筑强调建筑的发展应与工业化社会相适应,重视建筑的使用功能和经济问题,积极采纳并反映新技术特征,提倡建筑风格的时代性。代表人物有格罗皮乌斯、柯布西耶、密斯和赖特等。其中,格罗皮乌斯创建包豪斯学校,对建筑教育和设计观念进行全面更新,堪称现代设计之源;柯布西耶的萨伏伊别墅体现了新建筑五点,即:底层架空、屋顶花园、自由平面、横向长窗、自由立面(图1.11);纽约的西格拉姆大厦(图1.12),则是密斯追求“少就是多”理性风格的代表;著名的流水别墅(图1.13)反映了赖特对有机的、诗意的建筑形式的追求。

图1.11　萨伏伊别墅

图1.12　西格拉姆大厦

20世纪60年代后期,社会思潮非常活跃,建筑思潮由此进入多元化时代,建筑作品也打破现代主义建筑一统天下的格局,呈现出丰富多元的态势。

图1.13　流水别墅

1.1.2　中国建筑的发展历程

梁思成先生对中国古代建筑的总结是:中国的建筑是一种高度“有机”的结构。它完全是中国土生土长的东西:孕育并发祥于遥远的史前时期;“发育”于汉代(约在公元开始的时候);成熟并逞其豪劲于唐代(7至8世纪),臻于完美醇和于宋代(11至12世纪);然后于明代初叶(15世纪)开始显出衰老羁直之象。

中国奴隶社会经历了夏至春秋的1600多年(公元前2100至前476年)。期间形成了较成熟的夯土技术,建造了规模相当大的宫室和陵墓,如河南安阳小屯村殷墟宫殿遗址(图1.14)。

战国时期确立了封建制度,城市规模扩大,高台建筑更为发达,出现了砖和彩画。秦灭六国后,建立了统一的中央集权的封建皇朝,修建了空前规模的宫殿、陵墓、万里长城等。

图1.14　河南安阳小屯村殷墟宫殿遗址

汉代是中国古建筑作为一个独特体系的形成时期。大量使用成组的斗拱,木构楼阁逐步代替了高台建筑(图1.15);砖石建筑也发展起来,如四川雅安高颐墓阙(图1.16)。

图1.15　高台建筑

图1.16　四川雅安高颐墓阙

图1.17　河南登封崇岳寺砖塔

从晋朝的建立到南北朝结束为止的361年间,是中国历史上充满民族斗争和民族融合的时代。这段时期宗教建筑特别是佛教建筑大量兴建,出现了许多巨大的寺、塔、石窟和精美的雕塑与壁画。其中,北魏时所建造的河南登封崇岳寺砖塔(图1.17)是我国现存最早的佛塔。

隋唐时期是中国古建筑发展成熟的时期,在继承汉代建筑成就的基础上,吸收、融合了外来建筑的影响,形成了完整的建筑体系,呈现出简洁雄浑,雍容大气的建筑风貌。隋代河北赵县安济桥(又称赵州桥)是世界上最早出现的空腹拱桥。唐代山西五台县佛光寺大殿(图1.18)是目前国内保存完整的唐代木构建筑。

宋代的建筑规模一般比唐代小,建筑风格趋向于柔和绚丽,大量出现阁楼式建筑。山西太原晋祠圣母殿(图1.19)是宋代建筑的典型式样。12世纪初编写的《营造法式》制订以“材”为标准的模数制,标志着中国古代建筑已经发展到了较高阶段。

图1.18　佛光寺大殿

图1.19　太原晋祠圣母殿

元代民族众多,给建筑的技术与艺术增加了若干新因素。这时期宗教建筑发达,除佛、道教外,还建造了很多喇嘛教寺院和伊斯兰教清真寺。元大都的建设也奠定了明清北京城的基础。

明清两代是中国古建筑发展的最后一个高潮。明清故宫的总体规划体现封建宗法礼制和象征帝王权威,主要建筑对称地布置在中轴线上。清代《工部工程做法则例》统一了官式建筑的构件的模数和用料标准,简化了构造方法。同时,皇家和私人园林有很大的发展,成为这一时期的珍贵文化遗产,如河北承德避暑山庄(图1.20)、江苏无锡寄畅园(图1.21)。

图1.20　河北承德避暑山庄

图1.21　江苏无锡寄畅园

中国从1840—1949年的100余年,是一个极为动荡的时代。正是这个阶段,我国近代建筑接受了新的建筑形式,也为现代建筑奠定了基础。建筑师吕彦直设计的南京中山陵(图1.22)和广州中山纪念堂(图1.23),运用了我国民族风格,并在继承中创新。

图1.22　南京中山陵

图1.23　广州中山纪念堂

1949年新中国成立后,建设事业取得了很大成就。1959年建成的人民大会堂(图1.24)、民族文化宫(图1.25)等十大工程,标志着我国大型公共建筑走向一个新的阶段。结合新中国的工业发展计划,工业建筑发展迅速。自1980年以来,我国城市建设飞跃发展,建筑行业逐步与国际接轨。

图1.24　人民大会堂

图1.25　民族文化宫

1.1.3当代建筑的发展趋势

图1.26　美国国家艺术东馆

建筑界现代主义大一统的局面被后现代打破后,建筑思潮走向“多元化”,各种流派的建筑思想互相碰撞,呈现“百花齐放,百家争鸣”之势。

现代主义建筑继续发展、变化和充实。在新技术、新功能、新观念的建筑环境背景下,新的现代主义风格作品不断涌现,如美国国家艺术馆东馆(图1.26)。

地域性建筑得以发展,非西方文化建筑被普遍关注,体现出多元并存的态势。反映特定风俗习惯、气候特征等要素的地域性建筑备受青睐,如特吉巴欧文化中心(图1.27)。

图1.27　特吉巴欧文化中心

图1.28　斯图加特新州立美术馆

后现代建筑本身也是风格多样的,如斯图加特新州立美术馆(图1.28)、美国AT&T大楼(图1.29)、波特兰市政厅(图1.30)等,其总的特征大致可归纳为4点:①坚决改变方匣子形象,与玻璃盒子告别;②立面丰富多变,具有象征性和隐喻性;③具有装饰效果;④结合城市文脉。

图1.29　美国AT＆T大楼

图1.30　波特兰市政厅

解构主义建筑风格由哲学上的解构主义演化而来,其形象特征可以归纳为:散乱、残缺、错位、偶合、扭曲及失稳等,如毕尔巴鄂古根海姆博物馆(图1.31)。

“高技派”风格是在建筑形式上突出当代技术特色,具有象征性,代表人物有理查德·罗杰斯、伦佐·皮亚诺和诺曼·福斯特等人,最著名的作品是巴黎蓬皮杜文化中心(图1.32)。

《里约宣言》和《21世纪议程》的发表,标志着可持续发展被确立为21世纪的首要议程,建筑业对应的策略是和谐共生、绿色生态等,因此有了绿色建筑、节能建筑、生态建筑等议题。

图1.31　毕尔巴鄂古根海姆博物馆

图1.32　巴黎蓬皮杜文化中心

1.2　建筑的要素及分类

1.2.1　建筑的要素

构成建筑的基本要素是建筑功能、建筑技术和建筑形象。

①建筑功能。建筑功能就是建筑的使用要求,包括人们生产、生活、工作、学习、娱乐的各种实际需要。同时,建筑还应提供良好的室内环境。

②建筑技术。建筑技术是建造房屋的手段,包括建筑材料与制品技术、结构技术、施工技术和设备技术。

③建筑形象。建筑形象是建筑体形、立面形式、建筑色彩、材料质感、细部装修等的综合反映。

构成建筑的三个要素彼此之间是辩证统一的关系,不可分割。

1.2.2　建筑的分类

建筑物按其使用性质,通常可分为生产性建筑和非生产性建筑。生产性建筑包括工业建筑和农业建筑;非生产性建筑即民用建筑。

1)民用建筑的分类

(1)按照使用功能分类

①居住建筑:如住宅、宿舍等。

②公共建筑:如行政办公建筑、文教建筑、托幼建筑、医疗建筑、商业建筑、观演建筑、体育建筑、展览建筑、旅馆建筑、交通建筑、通信建筑、园林建筑、纪念性建筑等。

(2)按照规模大小分类

①大量性建筑:指量大面广、与生活密切相关的建筑,如住宅、学校、商店、医院等。此类建筑无论在城市,还是在乡村都是不可缺少的,修建数量很大,故称大量性建筑。

②大型性建筑:指规模宏大的建筑,如大型体育中心、大型剧院、大型航空港、大型会展中心等。此类建筑规模巨大,投资很高,修建量比较有限,故称大型性建筑。

(3)按照建筑层数和高度分类

根据《民用建筑设计通则》(GB50352—2005)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—95,2005年版)和《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)的相关规定,民用建筑按地上层数或高度进行分类。

①居住建筑按层数分类:1～3层为低层住宅;4～6层为多层住宅;7～9层为中高层住宅; 10层及10层以上为高层住宅(包括首层设置商业服务网点的住宅)。

②公共建筑按高度分类:

●单层建筑:单层公共建筑,高度不限。

●多层建筑:建筑高度不大于24m的多层公共建筑。

●高层建筑:建筑高度超过24m的公共建筑(不包括单层主体建筑高度超过24m的体育馆、会堂、剧院等公共建筑)。

●超高层建筑:建筑高度大于100m的民用建筑。

(4)按建筑耐火等级分类

在建筑设计中,应对建筑的防火与安全给予足够的重视,特别是在材料选择和构造做法上,应根据其性质分别对待。现行《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)把建筑物的耐火等级划分成四级(表1.1)。一级的耐火性能最好,四级最差。

表1.1　建筑物构件的燃烧性能和耐火极限　　单位:h

建筑物的耐火等级是按照组成房屋构配件的耐火极限和燃烧性能这两个因素确定的。

①建筑构件的耐火极限。它是指在标准耐火试验条件下,建筑构配件或结构从受到火的作用时起,到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间,用h表示。

●耐火稳定性:在标准耐火试验条件下,承重或非承重建筑构件在一定时间内抵抗坍塌的能力。

●耐火完整性:在标准耐火试验条件下,建筑分隔构件当其一面受火时,能在一定时间内防止火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力。

●耐火隔热性:在标准耐火试验条件下,建筑分隔构件当其一面受火时,能在一定时间内其背火面温度不超过规定值的能力。

②构件的燃烧性能。构件的燃烧性能分为3类。

●不燃烧体:即用不燃烧材料做成的建筑构件,如天然石材、人工石材、金属材料等。

●难燃烧体:即用难燃烧的材料做成的建筑构件,或用燃烧材料做成而用不燃烧材料做保护层的建筑构件,例如沥青混凝土构件、木板条抹灰的构件均属难燃烧体。

●燃烧体:即用燃烧的材料做成的建筑构件,如木材等。

(5)按建筑的设计使用年限分类

根据《民用建筑设计通则》(GB50352—2005)的规定,建筑的设计使用年限分为4类,应符合表1.2的规定。

表1.2　设计使用年限分类

1.2.3　建筑模数

建筑模数是选定的尺寸单位,整个建筑物以及建筑构配件的尺寸应是基本模数的倍数。建筑模数的制订是为了使建筑制品、建筑构配件实现工业化大规模生产,加强构配件的通用性和互换性,以加快设计速度,提高施工质量和效率,降低建筑造价。

1)基本模数

基本模数的数值规定为100mm,符号为M,即1M=100mm。

2)导出模数

导出模数分为扩大模数和分模数。扩大模数是指基本模数的整倍数,扩大模数的基数为3M、6M、12M、15M、30M、60M,共6个;分模数是指基本模数的分数,分模数的基数为1/10M、1/5M、1/2M,共3个。

3)模数数列

模数数列是以基本模数、扩大模数、分模数为基础扩展成的一系列尺寸(表1.3)。模数数列在建筑工程中,除了便于尺寸的统一协调,还应减少尺寸的范围,以及增加尺寸叠加和分割的灵活性。

表1.3　模数数列　　单位:mm

续表

1.3　建筑设计的内容和程序

1.3.1　建筑设计的内容

建筑工程设计一般包括建筑设计、结构设计、设备设计等几个方面的内容。几方面的工作是分工合作的一个整体,各专业设计的图纸、计算书、说明书及预算书汇总,形成一个建筑工程项目的完整文件,作为建筑工程施工的依据。

(1)建筑设计

建筑设计主要包括建筑物与周围环境协调,建筑物使用功能的合理安排,建筑内部空间和外部造型的艺术效果,以及各个细部的构造方式等内容。建筑设计在整个工程设计中起着先行和主导作用,由建筑师完成。

(2)结构设计

结构设计主要是根据建筑设计选择切实可行的结构方案,进行结构计算及构件设计、结构布置及构造设计等,由结构工程师完成。

(3)设备设计

设备设计主要包括给水排水、电气照明、通信、采暖、空调通风、动力等方面的设计,由相应的设备工程师完成。

1.3.2　建筑设计的程序

1)设计前的准备工作

(1)落实设计任务

建设单位必须具有主管部门对建设项目的批准文件、城市建设管理部门同意设计的批文,方可向设计单位办理委托设计手续。

(2)熟悉设计任务书

设计任务书是由建设单位提供给设计单位进行设计的依据性文件,一般包括以下内容:

①建设项目总的用途、要求与规模。

②建设项目的组成,单项工程的面积,房间组成,面积分配及使用要求。

③建设项目的投资及单方造价,土建、设备及室外工程的投资分配。

④建设基地大小、形状、地形,原有建筑及道路现状,并附地形测量图。

⑤供电、供水、采暖、空调通风、电信、消防等设备方面的要求,并附有水源、电源的接用许可文件。

⑥设计期限及项目建设进度计划安排要求。

(3)调查研究、收集必要的设计原始数据

除设计任务书提供的资料外,还应当收集有关的原始数据和必要的设计资料,包括:

①建设地区的气象、水文地质资料。

②基地环境及城市规划要求。

③当地文化传统、生活习惯及风土人情。

④施工技术条件及建筑材料供应情况。

⑤与设计项目有关的定额指标及已建成的同类型建筑的资料等。

同时,还应进行现场踏勘,对照地形图了解现场的地形、地貌、地物及周围环境,考虑拟建房屋的位置和总平面布局的可能性。

2)设计阶段的划分

民用建筑工程一般应分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段。对于技术要求简单的民用建筑工程,经有关主管部门同意,并且合同中有不做初步设计的约定,可在方案设计审批后直接进入施工图设计。各阶段设计文件编制深度和内容应按以下基本原则进行:

方案设计文件应满足编制初步设计文件的需要,主要包括:①设计说明书,含各专业设计说明以及投资估算,建筑节能设计专项说明;②总平面图以及建筑设计图纸;③设计委托或设计合同中规定的透视图、鸟瞰图、模型等。

初步设计文件应满足编制施工图设计文件的需要,主要包括:①设计说明书,含设计总说明、各专业设计说明、建筑节能设计的专项说明;②有关专业的设计图纸;③主要设备或材料表;④工程概算书;⑤有关专业计算书。

施工图设计文件应满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要,主要包括:①合同要求所涉及的所有专业的设计图纸(含图纸目录、说明,必要的设备、材料表,建筑节能设计的专项说明);②合同要求的工程预算书;③各专业计算书。

1.4　建筑设计的要求和依据

1.4.1　建筑设计的要求

(1)符合城市规划要求

建筑是城市的组成细胞,为了城市的健康持续发展,必须满足城市规划的要求。城市规划对建筑单体的要求主要体现为:容积率、建筑高度、建筑密度、绿地率、停车位和配套设施等方面。对于特殊地段的建筑还应考虑城市风貌协调、城市天际轮廓线的要求等。

(2)满足建筑功能要求

满足建筑物的功能要求,为人们的生产和生活创造良好的环境,是建筑设计的首要任务。

(3)采用合理的技术措施

根据建筑功能的需要,合理选择建筑材料、结构及施工方案,使房屋坚固耐久、建造方便。

(4)具有良好的经济效果

建筑设计应重视经济规律,将使用要求、建筑标准、技术措施和相应的造价综合权衡。

(5)考虑建筑艺术要求

建筑是社会的物质和文化财富,在满足使用要求的同时,还必须考虑建筑艺术方面的要求。

1.4.2　建筑设计的依据

建筑设计在构思的过程中有很多外部限定,都是设计的依据。而这些依据大都会因不同的项目而变化,其中,普适性的设计依据主要指建筑的使用者和其所处的自然环境。

1)人体工程

(1)人体尺度

人体尺度是确定建筑内部各种空间尺度的主要依据之一。比如门洞、窗台及栏杆的高度,走道、楼梯、踏步的高宽,家具设备尺寸以及内部空间尺度等都与人体尺度直接相关。人体尺度和人体活动所需的空间尺度如图1.33和图1.34所示。

图1.33　中等身材成年男子的人体基本尺度

图1.34　人体基本动作尺度

(2)家具设备尺寸

房间内家具设备的尺寸,以及使用它们所需的活动空间是确定房间内部使用面积的重要依据。图1.35为居住建筑常用家具尺寸示例。

图1.35　常用家具基本尺寸

2)自然条件

(1)气象条件

建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据,对建筑设计有较大的影响。图1.36为我国部分城市的风玫瑰图,图1.37为我国建筑气候区规划图。

图1.36　我国部分城市的风向频率玫瑰图

(2)地形、地质及地震烈度

基地地形平缓或起伏,基地的地质构成、土壤特性和承载力大小,对建筑物的平面组合、结构布置、建筑构造处理和建筑体形都有明显的影响。

地震烈度表示当发生地震时,地面及建筑物遭受破坏的程度,地震烈度越大对房屋的影响越重。9度以上地区,地震破坏力很大,不宜修建。

(3)水文

水文条件是指地下水位的高低及地下水的性质,直接影响到建筑物基础及地下室。一般应根据地下水位的高低及地下水性质确定相应的防水和防腐蚀措施。

图1.37　建筑气候区划图

复习思考题

1.建筑的含义是什么?构成建筑的基本要素有哪几个方面?

2.简述西方建筑的发展历程。

3.简述中国建筑的发展历程。

4.浅议当代建筑的发展趋势。

5.高层民用建筑的分类及标准是什么?

6.建筑的耐火等级是如何确定的?

7.什么是建筑模数?我国规定的基本模数是多少?导出模数有哪些分类?

8.建筑设计包含哪几个方面的内容?民用建筑设计一般划分为哪几个设计阶段?

9.简述建筑设计所依据的主要内容。