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生態(tài)節(jié)能住宅的建筑結(jié)構(gòu)

采用稻草磚的生態(tài)節(jié)能住宅常有混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)3種類型。

1混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)的屋蓋或樓板采用混凝土、鋼、木結(jié)構(gòu)，由縱墻承重、橫墻承重或縱橫墻混合承重，采用稻草磚作為墻體承重材料。這種結(jié)構(gòu)施工簡單方便，周期短，適合自建，但是不能承受較大的屋面荷載，墻體材料須使用較大密度的稻草磚，且要對墻體進行預(yù)應(yīng)力處理。這種結(jié)構(gòu)適宜單層、開間和進深小、墻上開洞較小的建筑。建議采用稻草板或稻草板與輕鋼裝配在一起作為屋蓋或樓板，這樣可以減輕屋面或樓面荷載。

2框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由梁和柱為主要承重構(gòu)件，承受豎向和水平向的作用力。這種體系的最大特點是承重結(jié)構(gòu)和圍護、分隔構(gòu)件完全分開，墻只起圍護、分隔作用。梁或柱可采用木材、鋼筋混凝土或鋼材等建筑材料，屋面或樓板采用稻草板與輕鋼裝配，墻體采用稻草磚。施工時，在砌筑稻草磚墻之前，先完成屋蓋和樓板的施工，以防止稻草磚墻在施工過程中被淋濕。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是平面布置靈活，可形成較大空間，立面處理比較方便；缺點是側(cè)向剛度較小，當(dāng)層數(shù)較多時，會產(chǎn)生較大的側(cè)移，易引起隔墻、裝飾等非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件破壞。根據(jù)梁柱采用的材料不同，框架結(jié)構(gòu)可分為以下4種。（1）磚混框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ)，混凝土圈梁、磚柱、輕型屋蓋或樓板、稻草磚墻做圍護。該結(jié)構(gòu)適用于外形簡單、開間和進深較小、經(jīng)濟適用的單層稻草磚住宅。（2）木框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為條形混凝土，采用木柱、木梁、稻草磚墻、木質(zhì)樓板、木屋架，這種結(jié)構(gòu)適用于開間較大的低層稻草磚住宅。木框架結(jié)構(gòu)的稻草磚住宅外型美觀，在國外深受使用者喜愛，但是受森林資源的限制，不推廣木框架結(jié)構(gòu)體系的稻草磚住宅，僅小規(guī)模應(yīng)用在旅游景區(qū)的特色建筑。（3）混凝土框架結(jié)構(gòu)采用混凝土柱下獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)和混凝土柱、混凝土梁板、稻草磚墻、混凝土屋蓋。這種結(jié)構(gòu)適用于造型豐富、開間大的多層稻草磚住宅，施工較復(fù)雜、施工周期長，目前應(yīng)用尚少。（4）鋼框架結(jié)構(gòu)采用條形基礎(chǔ)、鋼柱、鋼梁、鋼屋架、組合樓板或木樓板、稻草磚墻、輕鋼屋蓋。這種結(jié)構(gòu)適用于造型豐富、開間較大的多層稻草磚住宅?？蚣芙Y(jié)構(gòu)施工的順序：地基→框架→屋頂→砌草磚→抹灰。在砌草磚之前蓋好屋頂，能保護草磚墻的頂部不受雨淋，為草磚存放提供一個干燥的場所。

3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在框架結(jié)構(gòu)中適當(dāng)設(shè)置剪力墻承受水平荷載，框架主要承受豎向荷載。一般情況下，全部剪力墻至少承受80%的水平荷載，全部框架至少承擔(dān)20%的水平荷載。在水平荷載的作用下，剪力墻好比固定于基礎(chǔ)上的懸臂梁，其變形為彎曲變形，框架為剪切變形。框架與剪力墻通過樓板和屋蓋聯(lián)系成一體，一起變形。剪力墻可用稻草磚砌筑，樓板或屋蓋可采用稻草板。

圍護結(jié)構(gòu)

1屋面系統(tǒng)節(jié)能住宅的屋面系統(tǒng)主要由屋面材料、檁條、屋架和支撐體系等組成。屋面材料具有隔熱、防火及保溫作用，主要有發(fā)泡陶瓷保溫板、復(fù)合水泥發(fā)泡保溫板、加氣混凝土板、巖棉板（條）等。屋架通常采用三角形屋架、梭形屋架、梯形屋架、多角形屋架、人字形屋架及平行弦屋架等平面鋼桁架。檁條和支撐體系所用的材料一般與屋架相同。屋面具體參考做法如下：冷彎薄壁型鋼構(gòu)件固定連接成空腹平行弦桁架，桁架間由剛、柔性支撐相連接；桁架下弦鋪設(shè)纖維板或OSB板，上弦布設(shè)檁條；檁條上連接柔性防水層，柔性防水層與屋面瓦材固定連接；桁架間中空部分填充稻草磚或草簾保溫層；稻草磚或草簾保溫層上下兩側(cè)固定連接草筋泥或水泥砂漿層，再鋪聚乙烯薄膜作為防潮層。根據(jù)采光或通風(fēng)的要求，屋蓋還可設(shè)置天窗架。

2墻體（1）外墻圍護結(jié)構(gòu)散熱量約占建筑總散熱量的75%，因此，酷寒地區(qū)生態(tài)節(jié)能住宅外墻宜選用保溫隔熱效果好的稻草磚墻[4]。采用稻草磚技術(shù)與太陽能光熱技術(shù)結(jié)合的稻草磚特朗伯集熱墻[5]。用稻草磚替代傳統(tǒng)粘土磚，由內(nèi)到外為稻草磚、聚苯乙烯塑料保溫板、雙層鋼絲網(wǎng)、水泥沙漿、涂料、空氣間層、透光玻璃。玻璃面層宜選用雙層鍍膜玻璃，其良好的透光性和保溫性能增強室內(nèi)的溫室效應(yīng)。陽光充足時，使更多的室外短波熱能輻射到集熱墻上；陽光不足時，可避免或減少室內(nèi)的長波熱能向室外輻射。玻璃的邊框宜采用熱導(dǎo)率較低的木邊框或塑鋼邊框。施工過程應(yīng)注意構(gòu)造嚴密，減少空氣滲透。表面涂層應(yīng)選用吸熱率高、散熱率低的深色或黑色無光涂層（如鎳黑涂層，吸熱率近90%，散熱率10%左右）。此外，稻草磚墻的高寬比應(yīng)小于5.6∶1，墻體若無支撐，其長寬比應(yīng)小于15.7∶1。在底部設(shè)置高度至少為30cm的濺水板。在承重型的稻草磚建筑中，隔墻和稻草磚外墻要用鐵絲（穿過外墻）固定在一起。在地震多發(fā)區(qū)，稻草磚墻間應(yīng)鋪設(shè)砂漿，以提高墻體的整體剛度，但是不要讓墻體中央受潮。還可用鐵絲透過草磚墻把鋼筋、竹桿綁在墻的兩側(cè)，間距50cm。（2）內(nèi)墻使用儲熱能力較強，并能調(diào)節(jié)空氣濕度的材料做內(nèi)墻，可采用未經(jīng)燒制的土磚或稻草磚。本文建議使用稻草磚墻作為節(jié)能住宅的內(nèi)墻。具體結(jié)構(gòu)為稻草磚/雙層鋼絲網(wǎng)/水泥砂漿。稻草磚適用于填充低層框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)外墻，在多雨地區(qū)不適于填充高層框架結(jié)構(gòu)房屋的外墻。（3）外門宜采用夾板保溫門，外層為木板，內(nèi)層為膠合板，夾層內(nèi)填40mm厚巖棉保溫層。外窗宜采用保溫隔熱性較好的塑鋼雙層中空玻璃窗，要遵循南側(cè)大開窗，北側(cè)、東西側(cè)小開窗的原則。對外墻抹灰和窗框的連接處可采用防潮板或帶有密封條的擋板進行防滲處理。如果從室內(nèi)測量，門窗的開口面積不應(yīng)超過整面墻的50%。

3地基和基礎(chǔ)處理基礎(chǔ)的形式由結(jié)構(gòu)體系決定。承重結(jié)構(gòu)的稻草磚建筑大多采用條形基礎(chǔ)；框架結(jié)構(gòu)的稻草磚建筑大多采用柱下獨立基礎(chǔ)?；A(chǔ)可由毛石砌筑，且須在與稻草磚墻底部相交處設(shè)油氈或碎石防潮隔離層。在地震區(qū)，基礎(chǔ)應(yīng)用鋼筋加固；在霜凍地區(qū)，地基須挖到霜凍線以下。在房屋基礎(chǔ)四周設(shè)置防寒溝，內(nèi)填干爐渣。在外墻周圍設(shè)置砂礫、碎石基床或種植緊密的矮植被，可降低濺水風(fēng)險，有利于保持稻草磚的干燥。施工要求：草磚墻的基礎(chǔ)比室外地面至少高出20cm，在降雨量大的地區(qū)應(yīng)高出30cm以上。草磚墻與基礎(chǔ)之間必須設(shè)置防潮層（至少一層油氈紙或一層柏油）。在框架結(jié)構(gòu)中，防潮層應(yīng)延伸到結(jié)構(gòu)柱底。在有霜凍的地區(qū)，地基必須挖到霜凍線以下。在地震帶，基礎(chǔ)須連為一體，且用鋼筋加固。

采暖系統(tǒng)

1屋頂隔熱對屋面進行隔熱可有效防止熱量的流失。通?？稍跈_條間放置稻草磚，上鋪瀝青纖維板，下設(shè)隔氣層封住。

2外墻采暖稻草磚集熱墻的上下兩端各開一個小通風(fēng)口通入室內(nèi)。當(dāng)太陽光通過玻璃投射在稻草磚墻表面涂層上，轉(zhuǎn)換為熱能。轉(zhuǎn)換的熱量一部分通過上下兩個通風(fēng)孔與室內(nèi)空氣進行對流換熱；另一部分通過墻體直接傳導(dǎo)到室內(nèi)。

3地面采暖地面采暖系統(tǒng)主要由燃池和卵石空氣腔兩部分組成。（1）燃池燃池亦稱地炕，是一個砌筑在地下或半地下，用于燃燒碎屑型生物質(zhì)燃料的池子。一次裝料點火后，經(jīng)通風(fēng)調(diào)節(jié)，可以不用人工階段性添料、出灰等操作管理，可連續(xù)無焰燃燒20～40d。該采暖設(shè)施通過燃池的頂面蓋板和池體向室內(nèi)放熱。燃池設(shè)備簡單，技術(shù)易掌握，造價低；受熱面積大，室內(nèi)溫度均勻；不占室內(nèi)空間；燃燒過程中不產(chǎn)生灰塵，對室內(nèi)無污染；所用燃料大都是農(nóng)林廢棄物，就地取材、經(jīng)濟適用；每年可回收草木灰[6]。燃池結(jié)構(gòu)包括池體墻、頂蓋散熱板、進（出）料口、通風(fēng)管、調(diào)溫插板、注水管、煙囪等7個部分。燃池可砌筑為長方形或圓形，一般占房間面積的1/6左右，池體墻用磚或毛石砌筑。頂部用鋼筋混凝土蓋板作為散熱板，蓋板表面一般和地面相平。池的深度為1.3～1.5m。平面尺寸宜窄長，寬度可為0.6～2m，長度可根據(jù)需要而定。池體墻距墻體不小于1m。燃池長度方向的一端和帶插板的煙囪相連，另一端設(shè)填料口和門，并設(shè)通風(fēng)管。（2）卵石空氣腔地面下設(shè)置空氣腔，并用卵石填充，形成卵石空氣腔。卵石空氣腔的作用：一是使稻草磚下方的空間得以通風(fēng)；二是利用卵石良好的導(dǎo)熱性，將燃池的熱能充分利用，提高燃池的熱效率，改善了室內(nèi)受熱不均的狀況。

結(jié)語

稻草磚建筑與傳統(tǒng)建筑相比具有諸多優(yōu)勢，隨著技術(shù)的不斷完善，必會成為未來建筑發(fā)展的一個重要方向。本文針對酷寒地區(qū)的能源與環(huán)境特點，對該區(qū)域鄉(xiāng)村住宅的冬季采暖現(xiàn)狀進行了分析，在充分利用稻草磚這種新型建筑材料優(yōu)點(如保溫隔熱性能好；隔音好；造價低；改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、保持適合健康居住的室內(nèi)濕度；抗震性能好等)的基礎(chǔ)上，結(jié)合太陽能采暖技術(shù)、被動太陽房采暖技術(shù)以及燃池采暖技術(shù)，設(shè)計了一種具有經(jīng)濟、環(huán)保、冬暖夏涼特點的，適于酷寒地區(qū)推廣應(yīng)用的鄉(xiāng)村節(jié)能生態(tài)住宅。本文還提供了相應(yīng)的建筑與節(jié)能方面的措施,對可再生資源的合理利用、生態(tài)節(jié)能建筑的發(fā)展具有指導(dǎo)作用。

作者：武雪利王秋萍劉興超尚濤單位：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院