建筑外形设计对体形系数的影响

牛启平

（山西省第二建筑设计院 山西长治 046000）

建筑外形设计对体形系数的影响

牛启平

（山西省第二建筑设计院 山西长治 046000）

就目前的建筑参数来说，建筑外形设计对其体形系数的影响是非常大的，具体的原因包括很多方面，本文旨在针对其多方面原因，通过列举实例来分析外形设计对体形系数的影响，仅供参考。

外形；体形系数；影响

建筑的外形是建筑品质与风格的直观表现，更对建筑立面的体形具有非常大的影响，为了适应人们的生活需求，相应的建筑体形也要向更高层次面发展，而建筑外形设计正是影响其发展的重要因素之一。

1 理论依据

目前在《民用建筑节能设计标准》（以下简称《民标》）中对建筑外形体系数S做出了相应的注释，即“建筑物接触空气的其外表面积和所包围的体积比值”。

即：S=F/V

式中：S为建筑体形系数；F为建筑的外表面积，符号为：m2；V为建筑体积，符号为：m3。

根据上述公式及定义不难看出，体形系数是建筑外表面积与建筑体积的比值，从一定程度上来说，体形系数决定着一个建筑的复杂程度，体形系数越大，其结构就越复杂，因此，建筑外形的外表面积以及建筑体积对体形系数具有非常大的影响。

2 设计要求

《民标》中明确规定，建筑体形系数不得大于0.30，否则应该对外墙及屋顶等处围护采取保温措施，由于进行保温从而也会相应的提高建筑的造价预算，由上述的理论依据所知，体形系数是外表面积与体积的比值，也就是说提高外表面积，其体形系数也会相应的增大，举个例子，如果十个房子并排连接在一起，那么就相当于剩下了9堵墙，而且体积不变，外表面积减小，从而致使建筑体形系数也会相应减小，就目前而言，大型建筑对于0.30的系数很容易达到，但是对于小型建筑而言，显得相对比较困难。举例说明：

假设某建筑为四层楼，长L=30m，宽B=8m，层高均为3.2m，高H=12.8m，其体形系数为：

S=［2（30+8）×12.8+30×8］（/30×8×12.8）=1212.8/3072=0.4

同样长宽的建筑，若为五层，则长L=30m，宽B=8m，层高均为3.2m，高H=3.2×5=16m。其体形系数为：

S=［2（30+8）×16+30×10］（/30×8×16）=1452/3840=0.37

根据以上数据不难看出，假如建筑的长宽相同，其高度越高，则其体形系数越小，如果长宽高均增加，亦可以降低体形系数，所以说，大型建筑在一定条件下比较容易满足0.30这个系数，但是小型建筑则相对较难。

3 体形系数影响分析

尽管上文表明小型建筑难以满足0.30这个体形系数，但是也不能一挥而就的认为小型建筑就一定不能满足0.30体形系数，以下提出几个能够满足体形系数0.30的小型建筑外形设计方案，并对其进行数据分析：

3.1 矩形建筑设计

根据数学知识可知，当矩形的长宽均相等时，其相同边长形成的面积最大。

矩形建筑的体形系数公式为：

S=[2H（L+B）+LB]/LBH=2/B+2/L+1/H

由公式可得，在实际矩形建筑的实际过程中，为了减小体形系数可以将长宽设计的较为接近。例如：

假如别墅楼层三层，高9m，而且长宽均为22m时，那么建筑体形系数为：

S=［2（22+22）×9+22×22］（/22×22×9）=1276/4356=0.30

这时，需要对实际情况进行考虑，因为别墅建筑均为住宅使用，但是每层的建筑面积高达484m2，全部面积为1452m2，作为住宅面积过大，而且不易于房间采光，建议应假设采光天井，如果在房子内设置一个300m2左右的大厅，或者300m2左右的庭院，降低建筑总面积，或者直接将其设置为双拼别墅，将大大降低总面积，上述设计均可以满足体形系数0.30的要求。

例如别墅楼层三层。高9m，长宽均为25m，则其体形系数为：S=［2（25+25）×9+25×25］（/25×25×9）=1525/5625=0.27

3.2 圆柱形建筑设计

目前，所有的小型建筑总建筑面积都想尽可能的比刚才的矩形设计方案小，但是体形系数能够满足0.30也并不能一蹴而就，就刚才的矩形设计可知，三层矩形建筑尺寸如果小于20m×20m，那么将不会满足0.30的体形系数，这就需要我们从其外形设计上进行思考。数学常识中，圆是相同边长情况下，面积最大的几何形状，所以通常可以优先选择圆柱形的建筑，圆柱形体形系数的计算公式为：

S=（2H+R）πR/πR2H=2/R+1/H。

假设某圆柱形建筑三层，高度H10m，若要确保体形系数满足0.30，从计算公式可得，其半径R必须大于10m。

S=（2×10×3.14×10+3.14/4×202）（/3.14×10/4×202）=0.30

此时总建筑面积达到940m2，小于1000m2，这时可以加设采光天井，进而减小建筑总面积，以上述所设计的矩形方案相比，由于圆柱形建筑的房屋设计并不能达到方形分割，所以导致家具形状不一致以及人们生活不习惯，布置相对而言比较困难，而且面积使用率也会有所降低。

3.3 半球体形建筑设计

从数学知识中可知圆柱形建筑的体积并非最小，球体形建筑才是体积最小的形状，因此，通常设计半球体形建筑减小建筑体积，其体形系数公式为：

S=2πR2（/2πR3/3）=3/R

经过数学计算之后得出：假设3/R≤0.30，则R≥10，所以在半球形建筑设计时，要求R≥10m时，进而满足建筑体形系数0.30的要求。

和上述的圆柱形建筑设计相比，一层占地面积相同，但是二三层的占地面积大大减小，假设层高3.3m进行计算，则二楼R为9.4m，三楼R为7.5m，总的建筑面积大约为769m2，但是半球体形建筑一般施工较为困难，而且空间布置也不方便，目前使用较少。

3.4 加屋顶建筑设计

根据上述设计所知，球体建筑设计的表面积以及体积比相对而言最小，其直径需要20m，在实际研究中发现，在房屋假设半球形屋顶以及锥形屋顶的时候，可以满足建筑尺寸较小而且同时满足建筑体形系数0.30的要求，而且相对更小。

例如在长18m、宽18m、高10m的矩形建筑物的屋顶上，加设顶高为3m的四方锥体，建筑体形系数为：

如果在此基础上继续提高房顶高度，那么还会减小体形系数，与此同时，加设球体屋顶同样也会降低建筑体形系数。例如在长宽均为18m，高为10m的矩形建筑屋顶上，加设直径为15m的半球体，其体形系数为：

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，此类建筑均为具有大圆顶的罗马式建筑，其建筑屋顶最高时可达到17.5m。在实际使用过程中可以将其屋顶下的面积充分的利用起来，进而增加其建筑面积，以上几个建筑外形设计均满足体形系数0.30的要求，同时也是小型建筑的极限，尽可用作参考，当然，大型建筑对于体形系数的影响相对较想，本文便不再赘述。

4 总结

建筑外形对于体形系数的影响是多方面的，不同形状的建筑都会产生不同的效果，在实际设计过程中，必须要充分考虑建筑外形的合理使用，尽可能的在满足体形系数的前提下，提高建筑面积的使用率。

[1]陈黎明，巫秀萍.外形设计对节能型小型建筑体形系数影响分析[J].山西建筑，2011，11（32）：179～180.

[2]苏红兵，张凌.基于建筑体形系数的温室屋顶节能分析[J].广东农业科学，2010（08）：223～225.

[3]姚璐.住宅建筑节能体型设计[J]工程建设与设计，2010（05）：24～26.

TU201.5

A

1673-0038（2015）35-0036-02

2015-8-12