乡村生态节能住宅建筑体系研究

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生态节能住宅的建筑结构

采用稻草砖的生态节能住宅常有混合结构、框架结构以及框架-剪力墙结构3种类型。

1混合结构混合结构的屋盖或楼板采用混凝土、钢、木结构，由纵墙承重、横墙承重或纵横墙混合承重，采用稻草砖作为墙体承重材料。这种结构施工简单方便，周期短，适合自建，但是不能承受较大的屋面荷载，墙体材料须使用较大密度的稻草砖，且要对墙体进行预应力处理。这种结构适宜单层、开间和进深小、墙上开洞较小的建筑。建议采用稻草板或稻草板与轻钢装配在一起作为屋盖或楼板，这样可以减轻屋面或楼面荷载。

2框架结构框架结构由梁和柱为主要承重构件，承受竖向和水平向的作用力。这种体系的最大特点是承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护、分隔作用。梁或柱可采用木材、钢筋混凝土或钢材等建筑材料，屋面或楼板采用稻草板与轻钢装配，墙体采用稻草砖。施工时，在砌筑稻草砖墙之前，先完成屋盖和楼板的施工，以防止稻草砖墙在施工过程中被淋湿。这种结构的优点是平面布置灵活，可形成较大空间，立面处理比较方便；缺点是侧向刚度较小，当层数较多时，会产生较大的侧移，易引起隔墙、装饰等非结构性构件破坏。根据梁柱采用的材料不同，框架结构可分为以下4种。（1）砖混框架结构基础采用砖砌条形基础，混凝土圈梁、砖柱、轻型屋盖或楼板、稻草砖墙做围护。该结构适用于外形简单、开间和进深较小、经济适用的单层稻草砖住宅。（2）木框架结构基础为条形混凝土，采用木柱、木梁、稻草砖墙、木质楼板、木屋架，这种结构适用于开间较大的低层稻草砖住宅。木框架结构的稻草砖住宅外型美观，在国外深受使用者喜爱，但是受森林资源的限制，不推广木框架结构体系的稻草砖住宅，仅小规模应用在旅游景区的特色建筑。（3）混凝土框架结构采用混凝土柱下独立基础或条形基础和混凝土柱、混凝土梁板、稻草砖墙、混凝土屋盖。这种结构适用于造型丰富、开间大的多层稻草砖住宅，施工较复杂、施工周期长，目前应用尚少。（4）钢框架结构采用条形基础、钢柱、钢梁、钢屋架、组合楼板或木楼板、稻草砖墙、轻钢屋盖。这种结构适用于造型丰富、开间较大的多层稻草砖住宅。框架结构施工的顺序：地基→框架→屋顶→砌草砖→抹灰。在砌草砖之前盖好屋顶，能保护草砖墙的顶部不受雨淋，为草砖存放提供一个干燥的场所。

3框架-剪力墙结构在框架结构中适当设置剪力墙承受水平荷载，框架主要承受竖向荷载。一般情况下，全部剪力墙至少承受80%的水平荷载，全部框架至少承担20%的水平荷载。在水平荷载的作用下，剪力墙好比固定于基础上的悬臂梁，其变形为弯曲变形，框架为剪切变形。框架与剪力墙通过楼板和屋盖联系成一体，一起变形。剪力墙可用稻草砖砌筑，楼板或屋盖可采用稻草板。

围护结构

1屋面系统节能住宅的屋面系统主要由屋面材料、檩条、屋架和支撑体系等组成。屋面材料具有隔热、防火及保温作用，主要有发泡陶瓷保温板、复合水泥发泡保温板、加气混凝土板、岩棉板（条）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钢桁架。檩条和支撑体系所用的材料一般与屋架相同。屋面具体参考做法如下：冷弯薄壁型钢构件固定连接成空腹平行弦桁架，桁架间由刚、柔性支撑相连接；桁架下弦铺设纤维板或OSB板，上弦布设檩条；檩条上连接柔性防水层，柔性防水层与屋面瓦材固定连接；桁架间中空部分填充稻草砖或草帘保温层；稻草砖或草帘保温层上下两侧固定连接草筋泥或水泥砂浆层，再铺聚乙烯薄膜作为防潮层。根据采光或通风的要求，屋盖还可设置天窗架。

2墙体（1）外墙围护结构散热量约占建筑总散热量的75%，因此，酷寒地区生态节能住宅外墙宜选用保温隔热效果好的稻草砖墙[4]。采用稻草砖技术与太阳能光热技术结合的稻草砖特朗伯集热墙[5]。用稻草砖替代传统粘土砖，由内到外为稻草砖、聚苯乙烯塑料保温板、双层钢丝网、水泥沙浆、涂料、空气间层、透光玻璃。玻璃面层宜选用双层镀膜玻璃，其良好的透光性和保温性能增强室内的温室效应。阳光充足时，使更多的室外短波热能辐射到集热墙上；阳光不足时，可避免或减少室内的长波热能向室外辐射。玻璃的边框宜采用热导率较低的木边框或塑钢边框。施工过程应注意构造严密，减少空气渗透。表面涂层应选用吸热率高、散热率低的深色或黑色无光涂层（如镍黑涂层，吸热率近90%，散热率10%左右）。此外，稻草砖墙的高宽比应小于5.6∶1，墙体若无支撑，其长宽比应小于15.7∶1。在底部设置高度至少为30cm的溅水板。在承重型的稻草砖建筑中，隔墙和稻草砖外墙要用铁丝（穿过外墙）固定在一起。在地震多发区，稻草砖墙间应铺设砂浆，以提高墙体的整体刚度，但是不要让墙体中央受潮。还可用铁丝透过草砖墙把钢筋、竹杆绑在墙的两侧，间距50cm。（2）内墙使用储热能力较强，并能调节空气湿度的材料做内墙，可采用未经烧制的土砖或稻草砖。本文建议使用稻草砖墙作为节能住宅的内墙。具体结构为稻草砖/双层钢丝网/水泥砂浆。稻草砖适用于填充低层框架结构的内外墙，在多雨地区不适于填充高层框架结构房屋的外墙。（3）外门宜采用夹板保温门，外层为木板，内层为胶合板，夹层内填40mm厚岩棉保温层。外窗宜采用保温隔热性较好的塑钢双层中空玻璃窗，要遵循南侧大开窗，北侧、东西侧小开窗的原则。对外墙抹灰和窗框的连接处可采用防潮板或带有密封条的挡板进行防渗处理。如果从室内测量，门窗的开口面积不应超过整面墙的50%。

3地基和基础处理基础的形式由结构体系决定。承重结构的稻草砖建筑大多采用条形基础；框架结构的稻草砖建筑大多采用柱下独立基础。基础可由毛石砌筑，且须在与稻草砖墙底部相交处设油毡或碎石防潮隔离层。在地震区，基础应用钢筋加固；在霜冻地区，地基须挖到霜冻线以下。在房屋基础四周设置防寒沟，内填干炉渣。在外墙周围设置砂砾、碎石基床或种植紧密的矮植被，可降低溅水风险，有利于保持稻草砖的干燥。施工要求：草砖墙的基础比室外地面至少高出20cm，在降雨量大的地区应高出30cm以上。草砖墙与基础之间必须设置防潮层（至少一层油毡纸或一层柏油）。在框架结构中，防潮层应延伸到结构柱底。在有霜冻的地区，地基必须挖到霜冻线以下。在地震带，基础须连为一体，且用钢筋加固。

采暖系统

1屋顶隔热对屋面进行隔热可有效防止热量的流失。通常可在檩条间放置稻草砖，上铺沥青纤维板，下设隔气层封住。

2外墙采暖稻草砖集热墙的上下两端各开一个小通风口通入室内。当太阳光通过玻璃投射在稻草砖墙表面涂层上，转换为热能。转换的热量一部分通过上下两个通风孔与室内空气进行对流换热；另一部分通过墙体直接传导到室内。

3地面采暖地面采暖系统主要由燃池和卵石空气腔两部分组成。（1）燃池燃池亦称地炕，是一个砌筑在地下或半地下，用于燃烧碎屑型生物质燃料的池子。一次装料点火后，经通风调节，可以不用人工阶段性添料、出灰等操作管理，可连续无焰燃烧20～40d。该采暖设施通过燃池的顶面盖板和池体向室内放热。燃池设备简单，技术易掌握，造价低；受热面积大，室内温度均匀；不占室内空间；燃烧过程中不产生灰尘，对室内无污染；所用燃料大都是农林废弃物，就地取材、经济适用；每年可回收草木灰[6]。燃池结构包括池体墙、顶盖散热板、进（出）料口、通风管、调温插板、注水管、烟囱等7个部分。燃池可砌筑为长方形或圆形，一般占房间面积的1/6左右，池体墙用砖或毛石砌筑。顶部用钢筋混凝土盖板作为散热板，盖板表面一般和地面相平。池的深度为1.3～1.5m。平面尺寸宜窄长，宽度可为0.6～2m，长度可根据需要而定。池体墙距墙体不小于1m。燃池长度方向的一端和带插板的烟囱相连，另一端设填料口和门，并设通风管。（2）卵石空气腔地面下设置空气腔，并用卵石填充，形成卵石空气腔。卵石空气腔的作用：一是使稻草砖下方的空间得以通风；二是利用卵石良好的导热性，将燃池的热能充分利用，提高燃池的热效率，改善了室内受热不均的状况。

结语

稻草砖建筑与传统建筑相比具有诸多优势，随着技术的不断完善，必会成为未来建筑发展的一个重要方向。本文针对酷寒地区的能源与环境特点，对该区域乡村住宅的冬季采暖现状进行了分析，在充分利用稻草砖这种新型建筑材料优点(如保温隔热性能好；隔音好；造价低；改善室内空气质量、保持适合健康居住的室内湿度；抗震性能好等)的基础上，结合太阳能采暖技术、被动太阳房采暖技术以及燃池采暖技术，设计了一种具有经济、环保、冬暖夏凉特点的，适于酷寒地区推广应用的乡村节能生态住宅。本文还提供了相应的建筑与节能方面的措施,对可再生资源的合理利用、生态节能建筑的发展具有指导作用。

作者：武雪利王秋萍刘兴超尚涛单位：东北农业大学水利与建筑学院