建筑外形設(shè)計(jì)對(duì)體形系數(shù)的影響

牛啟平

（山西省第二建筑設(shè)計(jì)院 山西長(zhǎng)治 046000）

建筑外形設(shè)計(jì)對(duì)體形系數(shù)的影響

牛啟平

（山西省第二建筑設(shè)計(jì)院 山西長(zhǎng)治 046000）

就目前的建筑參數(shù)來說，建筑外形設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)其多方面原因，通過列舉實(shí)例來分析外形設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)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(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《民標(biāo)》）中對(duì)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(hào)為：m2；V為建筑體積，符號(hào)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(gè)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(duì)體形系數(shù)具有非常大的影響。

2 設(shè)計(jì)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(duì)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(huì)相應(yīng)的提高建筑的造價(jià)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(huì)相應(yīng)的增大，舉個(gè)例子，如果十個(gè)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(huì)相應(yīng)減小，就目前而言，大型建筑對(duì)于0.30的系數(shù)很容易達(dá)到，但是對(duì)于小型建筑而言，顯得相對(duì)比較困難。舉例說明：

假設(shè)某建筑為四層樓，長(zhǎng)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(zhǎng)寬的建筑，若為五層，則長(zhǎng)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(zhǎng)寬相同，其高度越高，則其體形系數(shù)越小，如果長(zhǎng)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(gè)系數(shù)，但是小型建筑則相對(duì)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(gè)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(gè)能夠滿足體形系數(shù)0.30的小型建筑外形設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析：

3.1 矩形建筑設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知，當(dāng)矩形的長(zhǎng)寬均相等時(shí)，其相同邊長(zhǎng)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(shí)際矩形建筑的實(shí)際過程中，為了減小體形系數(shù)可以將長(zhǎng)寬設(shè)計(jì)的較為接近。例如：

假如別墅樓層三層，高9m，而且長(zhǎng)寬均為22m時(shí)，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(shí)，需要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行考慮，因?yàn)閯e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(gè)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(jì)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(zhǎng)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(jì)

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(jì)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(jì)可知，三層矩形建筑尺寸如果小于20m×20m，那么將不會(huì)滿足0.30的體形系數(shù)，這就需要我們從其外形設(shè)計(jì)上進(jìn)行思考。數(shù)學(xué)常識(shí)中，圓是相同邊長(zhǎng)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(jì)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(jì)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(shí)總建筑面積達(dá)到940m2，小于1000m2，這時(shí)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(jì)的矩形方案相比，由于圓柱形建筑的房屋設(shè)計(jì)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(duì)而言比較困難，而且面積使用率也會(huì)有所降低。

3.3 半球體形建筑設(shè)計(jì)

從數(shù)學(xué)知識(shí)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(jì)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(jì)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(jì)時(shí)，要求R≥10m時(shí)，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(jì)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(jì)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(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)所知，球體建筑設(shè)計(jì)的表面積以及體積比相對(duì)而言最小，其直徑需要20m，在實(shí)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(shí)候，可以滿足建筑尺寸較小而且同時(shí)滿足建筑體形系數(shù)0.30的要求，而且相對(duì)更小。

例如在長(zhǎng)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(huì)減小體形系數(shù)，與此同時(shí)，加設(shè)球體屋頂同樣也會(huì)降低建筑體形系數(shù)。例如在長(zhǎng)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(shí)可達(dá)到17.5m。在實(shí)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(gè)建筑外形設(shè)計(jì)均滿足體形系數(shù)0.30的要求，同時(shí)也是小型建筑的極限，盡可用作參考，當(dāng)然，大型建筑對(duì)于體形系數(shù)的影響相對(duì)較想，本文便不再贅述。

4 總結(jié)

建筑外形對(duì)于體形系數(shù)的影響是多方面的，不同形狀的建筑都會(huì)產(chǎn)生不同的效果，在實(shí)際設(shè)計(jì)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。

[1]陳黎明，巫秀萍.外形設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)能型小型建筑體形系數(shù)影響分析[J].山西建筑，2011，11（32）：179～180.

[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(jì)[J]工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2010（05）：24～26.

TU201.5

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1673-0038（2015）35-0036-02

2015-8-12