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1生態節能住宅的建筑結構

1.1混合結構。混合結構的屋蓋或樓板采用混凝土、鋼、木結構，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。這種結構施工簡單方便，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，且要對墻體進行預應力處理。這種結構適宜單層、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。

1.2框架結構。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。這種結構的優點是平面布置靈活，可形成較大空間，立面處理比較方便；缺點是側向剛度較小，當層數較多時，會產生較大的側移，易引起隔墻、裝飾等非結構性構件破壞。根據梁柱采用的材料不同，框架結構可分為以下4種。（1）磚混框架結構基礎采用磚砌條形基礎，混凝土圈梁、磚柱、輕型屋蓋或樓板、稻草磚墻做圍護。該結構適用于外形簡單、開間和進深較小、經濟適用的單層稻草磚住宅。（2）木框架結構基礎為條形混凝土，采用木柱、木梁、稻草磚墻、木質樓板、木屋架，這種結構適用于開間較大的低層稻草磚住宅。木框架結構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，不推廣木框架結構體系的稻草磚住宅，僅小規模應用在旅游景區的特色建筑（圖1）。（3）混凝土框架結構采用混凝土柱下獨立基礎或條形基礎和混凝土柱、混凝土梁板、稻草磚墻、混凝土屋蓋。這種結構適用于造型豐富、開間大的多層稻草磚住宅，施工較復雜、施工周期長，目前應用尚少。（4）鋼框架結構采用條形基礎、鋼柱、鋼梁、鋼屋架、組合樓板或木樓板、稻草磚墻、輕鋼屋蓋。這種結構適用于造型豐富、開間較大的多層稻草磚住宅（圖2）。框架結構施工的順序：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。

2圍護結構

2.1屋面系統。節能住宅的屋面系統主要由屋面材料、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，主要有發泡陶瓷保溫板、復合水泥發泡保溫板、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；桁架下弦鋪設纖維板或OSB板，上弦布設檁條；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。根據采光或通風的要求，屋蓋還可設置天窗架。屋面系統平面布置的基本形式如圖3所示。

2.2墻體（1）外墻圍護結構散熱量約占建筑總散熱量的75%，因此，酷寒地區生態節能住宅外墻宜選用保溫隔熱效果好的稻草磚墻[4]。采用稻草磚技術與太陽能光熱技術結合的稻草磚特朗伯集熱墻[5]。用稻草磚替代傳統粘土磚，由內到外為稻草磚、聚苯乙烯塑料保溫板、雙層鋼絲網、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的溫室效應。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，可避免或減少室內的長波熱能向室外輻射。玻璃的邊框宜采用熱導率較低的木邊框或塑鋼邊框。施工過程應注意構造嚴密，減少空氣滲透。表面涂層應選用吸熱率高、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小于5.6∶1，墻體若無支撐，其長寬比應小于15.7∶1。在底部設置高度至少為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。在地震多發區，稻草磚墻間應鋪設砂漿，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，間距50cm。（2）內墻使用儲熱能力較強，并能調節空氣濕度的材料做內墻，可采用未經燒制的土磚或稻草磚。本文建議使用稻草磚墻作為節能住宅的內墻。具體結構為稻草磚/雙層鋼絲網/水泥砂漿。稻草磚適用于填充低層框架結構的內外墻，在多雨地區不適于填充高層框架結構房屋的外墻。（3）外門宜采用夾板保溫門，外層為木板，內層為膠合板，夾層內填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，要遵循南側大開窗，北側、東西側小開窗的原則。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。如果從室內測量，門窗的開口面積不應超過整面墻的50%。

2.3地基和基礎處理基礎的形式由結構體系決定。承重結構的稻草磚建筑大多采用條形基礎；框架結構的稻草磚建筑大多采用柱下獨立基礎。基礎可由毛石砌筑，且須在與稻草磚墻底部相交處設油氈或碎石防潮隔離層。在地震區，基礎應用鋼筋加固；在霜凍地區，地基須挖到霜凍線以下。在房屋基礎四周設置防寒溝，內填干爐渣。在外墻周圍設置砂礫、碎石基床或種植緊密的矮植被，可降低濺水風險，有利于保持稻草磚的干燥。施工要求：草磚墻的基礎比室外地面至少高出20cm，在降雨量大的地區應高出30cm以上。草磚墻與基礎之間必須設置防潮層（至少一層油氈紙或一層柏油）。在框架結構中，防潮層應延伸到結構柱底。在有霜凍的地區，地基必須挖到霜凍線以下。在地震帶，基礎須連為一體，且用鋼筋加固。

3采暖系統

3.1屋頂隔熱對屋面進行隔熱可有效防止熱量的流失。通常可在檁條間放置稻草磚，上鋪瀝青纖維板，下設隔氣層封住。

3.2外墻采暖稻草磚集熱墻的上下兩端各開一個小通風口通入室內。當太陽光通過玻璃投射在稻草磚墻表面涂層上，轉換為熱能。轉換的熱量一部分通過上下兩個通風孔與室內空氣進行對流換熱；另一部分通過墻體直接傳導到室內。4.3地面采暖地面采暖系統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燃料的池子。一次裝料點火后，經通風調節，可以不用人工階段性添料、出灰等操作管理，可連續無焰燃燒20～40d。該采暖設施通過燃池的頂面蓋板和池體向室內放熱。燃池設備簡單，技術易掌握，造價低；受熱面積大，室內溫度均勻；不占室內空間；燃燒過程中不產生灰塵，對室內無污染；所用燃料大都是農林廢棄物，就地取材、經濟適用；每年可回收草木灰[6]。燃池結構包括池體墻、頂蓋散熱板、進（出）料口、通風管、調溫插板、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，另一端設填料口和門，并設通風管。（2）卵石空氣腔地面下設置空氣腔，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；二是利用卵石良好的導熱性，將燃池的熱能充分利用，提高燃池的熱效率，改善了室內受熱不均的狀況。

4結語

稻草磚建筑與傳統建筑相比具有諸多優勢，隨著技術的不斷完善，必會成為未來建筑發展的一個重要方向。本文針對酷寒地區的能源與環境特點，對該區域鄉村住宅的冬季采暖現狀進行了分析，在充分利用稻草磚這種新型建筑材料優點(如保溫隔熱性能好；隔音好；造價低；改善室內空氣質量、保持適合健康居住的室內濕度；抗震性能好等)的基礎上，結合太陽能采暖技術、被動太陽房采暖技術以及燃池采暖技術，設計了一種具有經濟、環保、冬暖夏涼特點的，適于酷寒地區推廣應用的鄉村節能生態住宅。本文還提供了相應的建筑與節能方面的措施,對可再生資源的合理利用、生態節能建筑的發展具有指導作用。

作者：武雪利王秋萍劉興超尚濤單位：東北農業大學水利與建筑學院