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地质与地形在生态建筑学中的应用

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:1)地质调查地质调查是所有地形环境规划的前提。地勘资料能帮助我们避免山崩、高浓度氡、高地下水位、洪水、沉降、厚泥炭层和陡峭地形等容易引发地质灾害的不利地形。同时地质调查还能帮助我们分析不同用地的开发适宜性。图4-14山谷详图这是位于瑞典中部的一个典型的山谷详图,它说明了岩石的分布和不同种类的土地,土地的类型决定了在这类型山谷中的植物群落土方平衡与爆破。图4-15覆土建筑覆土建筑是一种适应基地的建造方式。

地质与地形在生态建筑学中的应用

在规划设计之前了解场地的地质条件十分重要。地质图揭示了场地的地质构成,地质勘探可以提供更为全面和详细的地质资料(黏土、沙土、冰碛和岩石)。地质条件还会影响污水处理的方式。工程建设项目对于基地的影响主要来自于道路建设、排水系统、污水处理、电力设施和地基建造。规范设计应该把影响减到最小,尽量避免爆破,考虑土方的平衡。

1)地质调查

地质调查是所有地形环境规划的前提。它提供关于场地地质、地理构造与水文条件的信息,帮助规划设计者根据土壤承载力、沉降条件等选择合适的场地进行建设。地质调查通常分为三部分内容,收集现有的地质图和勘测文件,进行必要的现场勘测,然后进行资料汇总。地勘资料能帮助我们避免山崩、高浓度氡、高地下水位洪水、沉降、厚泥炭层和陡峭地形等容易引发地质灾害的不利地形。同时地质调查还能帮助我们分析不同用地的开发适宜性。如建筑、道路、电力设施、污水处理设施、径流渗透、耕种等等。

2)调查要点

(1)土地类型和基础。土地主要可以分为四种地质类型:岩石、冰碛、沙地和黏土(图4-14)。在不同地基上建造房屋会有很大的差异(图4-15)。① 岩石。在岩石上建造房屋基础造价较低,但在岩层中铺设电力管线、污水管道和道路则耗资巨大。所以应结合地形等高线进行规划,避免动辄就要爆破存在了几百万年的岩石。② 冰碛。在冰碛地上建造房屋造价也是较低廉的。但是如果冰碛地中有大而密实的岩石其用于建造的适宜性就会下降。在这样的场地安装电力与污水处理设施、建设道路耗资巨大。石块稀少的冰碛土地被认为是最适宜开发的土地类型。沙砾层和冰碛层能最大限度地让径流水和废水渗透,但需要检测是否存在氡的释放。③ 沙地。砂石层和细砂层在地面以下很深处都是密实的。如果下面还有冰碛岩床,那么其用于建造4—5层建筑的基础造价是适中的。而用于建设道路和基础设施的造价则会比较低。这种类型的土地被认为和石块稀少的冰碛土地具有同等的开发适宜度。④ 黏土。在黏土地基上的基础施工比在其他类型的土质上要困难得多,因此在黏土上建造房屋的造价较高。可选用的两种技术施工是桩基和筏型基础。如果黏土层的上方有足够厚的干硬性黏土或其他坚硬土层,那么建造2—3层房屋的基础造价还是适中的。然而,足够的承载力并不是在黏土上建造房屋的唯一先决条件,还要求不能有太多的沉积物。那些干燥黏土层较薄、只能建设单层小屋的土地,是不适宜开发的。在这种情况下,设置地基的常用方法是置换法,也就是说把与建筑同等质量的黏土置换掉。如果坚实的表层不足2 m厚的话,开挖会比较困难。在这种情况下房子不宜建地下室。在这种类型的土地上建造较大荷载的房屋,需要采用柱基础。深度超过5 m的情况下可以采用打桩,其余情况则使用柱基。这种情况往往需要额外的辅助措施,建筑的造价会大幅增长。黏土的渗透很难,需要运用特殊的方法使其具有渗透性。

图4-14 山谷详图

这是位于瑞典中部的一个典型的山谷详图,它说明了岩石的分布和不同种类的土地,土地的类型决定了在这类型山谷中的植物群落

(2)土方平衡与爆破。土方开挖越少越好。尤其应尽量避免爆破,因为其风险大、代价高,往往不是必需的,却会对自然环境造成不可修复的破坏。土方平衡计算可以使土方在基地内平衡,避免大量土方的挖填和运输(图4-16、图4-17)。

(3)基础铺设。建造房屋基础的方法有四种,分别是建造地下室、架空地面、厚板基础和桩基。建筑下的地基条件尽可能均匀。在山地和坡地中,直接坐落于大地上的建筑与建于桩基或架空基础之上的建筑相比,热量散失较少。提高基础保温性能的同时,防潮的技术措施也不断提高(图4-18)。架空基础可以通过加设保温设计成为隔热基础。只需从地面上抬升数厘米,在基础板的下部加设保温,有些在基础板内装有加热管道。

(4)道路。道路的坡度不应太陡,否则会对场地环境产生影响。道路也会影响自然排水,所以设计道路时至关重要的一点就是,当暴雨或者洪水来临时,道路以及其周围的土壤和植被将会怎样?当地下水条件改变时,植被会受到毁坏吗?道路是否会被冲垮?道路施工是否会造成侵蚀(图4-19)?

(5)污水管线。为了减少对土地的影响,在路面下集中铺设管线是比较合适的。在地面下浅层铺设污水管道对环境造成的影响比较小,同时也能降低铺设造价,这点在道路条件比较差时体现得尤为明显。管线的下埋深度还可以通过在其上部增加保温层来变小,保温层的作用是减少冻结深度。如果管道本身配备了电热电缆或者置于保温管沟内,那么管道的埋深还可以变浅甚至位于地面之上。如果供热管道也被同时置于管沟内,那么就不需要电力加热了。某些情况下重力管线需要埋入地下较深处,采用集水坑泵和压力管线可以减少埋深(图4-20、图4-21)。

图4-15 覆土建筑

覆土建筑是一种适应基地的建造方式。《指环王》中的霍比特住宅,以及德国汉诺威郊外的幼儿日托中心都是很好的例子。资料源于建筑师吉诺特 明克(Gernot Minke)

图4-16 房屋建造的土方平衡示意图

在瑞典百万工程计划时期(1965 1975),房屋建造很少考虑对自然环境的影响,主要是应对急速增长的需要,在那个时期,与自然力的对抗司空见惯。资料源于《生态学方法和战略规划——一次系统回顾》,比尔格达(Birgitta)、科尼 杰克布莱恩特(Conny Jerkbrant)、比约 马尔伯特(Björn Malbert),BFR, R98:1979

(6)地震。在地震区域建造房子,需要有必要的抗震措施。可以采用有一定弹性的构造来吸收部分地震力,减轻损害。加强的梁柱系统可以抵挡地壳运动带来的冲击力。

(7)防侵蚀。房屋的地基会被雨水冲坏。因此,需要采取有效的排水措施保护建筑不被侵蚀。而最常用的方法是种植植物。人行道和马路应该采用硬质表面,由沙砾、小鹅卵石或者碎石组成的过滤层能很好地阻止侵蚀。他们分不同层级,粒径小的在下面,顶层的粒径最大。这样的过滤层能很好地抵御大雨。

图4-17 夏日别墅

该别墅由建筑师汉斯 阿斯普隆德(Hans Asplund)于1956年设计,位于斯德哥尔摩群岛的利斯岛上,设计的指导思想是避免爆破岩石,建筑坐落在露出地面的岩石之上,临近水边。资料源于《客厅——在海边,在云杉林,在荒地》,索伦 曲瑞尔(Sören Thurell)、皮娅 乌琳(Pia Ulin),2000

(www.xing528.com)

图4-18 房屋基础的不同建造方法

对于每种基础类型,根据地质条件,存在不同的建造的方法。在地质条件不好的情况下可以采用桩基,或是使用筏型基础。资料源于《自己的房屋》,佩 汉姆格林(Per Hemgren),1995

图4-19 道路排水示意图

道路的建设改变了地质和水文的条件,需采用排水管道确保雨水排放顺畅

图4-20 铺设给水管道的做法比较

图4-21 管道分布示意图

可以利用等高线的变化设置压力管。为了防止阻塞,需放坡铺设重力下水管道

小贴士4-3 实例:斯德哥尔摩安德斯坦雪登(Understenshöjden)

1990年代,在斯德哥尔摩的安德斯坦雪登建设生态社区时,提出以下原则,以保护当地的森林和丘陵环境。① 在项目前期进行地形资料整理分析,测量树木,以指导场地中建筑和道路布置。② 减少爆破和挖掘。③ 减少垃圾产生。④ 尽量不要在自然环境中铺设管线。⑤ 建设期间发布优先保护植被的公告,对于破坏行为进行必要的惩罚,重点保护一些特定的树木(尽管如此,还有5 6棵树木因为爆破而被毁坏)。⑥ 对施工中被损坏的树木进行善后保养(图4-22至图4-25)。

图4-22 需挖掘和爆破的区域

图4-23 需铺设硬地的区域

图4-24 需铺设服务管线的区域

谨慎铺设服务管线的区域,以使对自然的伤害降到最低

图4-25 限制建设区域

在施工过程中,被栅栏隔开的自然保护区。相应的经济惩罚措施保护被标注出的树不受到破坏

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