空间组合设计

3　空间组合设计

本章导读:

●基本要求　熟悉空间组合需考虑的主要要素;掌握平面组合设计的主要类型和使用范围;了解平面组合设计与总图的关系;了解房屋层数确定的主要因素和剖面空间利用的多种方式,掌握剖面组合的主要类型和使用范围。

●重点　各种平面组合、剖面组合的类型和使用范围。

●难点　各种平面组合、剖面组合的组合使用。

由单一空间构成的建筑物寥寥无几,绝大多数的建筑物都是由许多空间组合而成。将众多的单一空间合理组织,满足人们的使用要求,是空间组合设计的基本任务。空间组合设计考虑的主要要素有功能、结构、设备、造型、规划等方面,此外,还应考虑基地环境和经济的要素。为了便于理解,空间组合设计可以被解析为平面组合设计和剖面组合设计。

3.1　组合要素

3.1.1　功能要素

功能要素是影响空间组合的核心,一栋建筑物的使用方便不仅体现在单一空间的设计上,而且更大程度上取决于多空间功能分区和流线组织的合理性。

(1)合理的功能分区

合理的功能分区是将建筑物各个组成部分按不同的功能特点进行分类、分组,使之分区明确、联系方便。在分析功能关系时,常借助于功能分析图,可将使用性质相同或相近、联系紧密的房间邻近布置组合,并将有干扰的房间适当分隔。在设计实践中,通常从以下几个方面进行分析:

①主次关系:应根据房间使用性质、重要性的差异,将主要使用房间布置在朝向较好、通行方便的位置,并使其具有良好的采光、通风条件;而将次要房间布置在朝向、采光通风、交通条件相对较差的位置。图3.1示意了住宅设计中的主次关系考虑。

图3.1　居住建筑房间的主次关系

②内外关系:各类建筑的房间组成中,有些对外联系密切,直接为公众服务;有些对内关系密切,主要供内部人员使用。所以,应将内外关系的房间分别集中设置,合理分区。图3.2示意了食堂设计中的内外关系考虑。

图3.2　食堂房间的内外关系

③联系与分隔:在房间的使用特性上还有诸如“动”与“静”“洁”与“污”等方面的特性区别,在功能分区中应合理把握,应使其既有分隔又有联系。图3.3示意了中小学设计中联系与分隔的考虑。

图3.3　教学楼房间的联系与分隔

(2)明确的流线组织

民用建筑的流线,总体可分为人流及物流两大类。明确的流线组织就是既要保证各种流线简捷、通畅,减少迂回、逆行,又要尽量避免相互交叉和干扰。

例如,火车站站房设计中主要流线有旅客进、出站流线,行包流线,内部流线等。旅客的主要人流路线按先后顺序为到站—问讯—售票—候车—检票—上车,出站时经由站台验票出站。图3.4示意了小型火车站站房的平面布置。在大型火车站站房设计中,流量更大,流线更为复杂,为保证流线的通畅并避免流线的交叉,还需要在剖面上合理组织流线,根据实际需要采取天桥、地道等立体交通措施。

图3.4　小型火车站流线关系及平面图

3.1.2　结构要素

建筑结构为建筑空间提供支撑,保证安全,所以,结构要素也在一定程度上影响着空间组合。为了适应多样的使用功能,结构也发展出不同的体系,以适应不同的平面组合和剖面组合的需要。

目前,常用的结构体系有墙体承重体系、骨架承重体系、空间结构体系,见表3.1和图2.2、图2.3。其中,墙体承重体系受楼板跨度的限制,室内空间小,通常用于开间较小的建筑,如住宅、公寓等;骨架承重体系由梁、柱承重,墙体不承重,可形成开敞大空间,平面划分灵活,如教学楼、图书馆等;空间结构主要适用于大跨度公共建筑中,采用空间协同受力,具有更好的结构经济性和建筑表现力。

表3.1　结构体系分类

结构要素还影响着剖面空间组合,主要体现为不同的结构类型的抗推能力及其适应的高度范围不同。一般来说,结构类型的抗推能力越强,适应的高度就越高。常用的高层建筑结构类型主要有筒体结构、剪力墙结构和框架结构,如图3.5所示。其中,筒体结构具有更好的抗推能力,剪力墙结构次之,框架结构最弱。

图3.5　常用的高层建筑结构类型

3.1.3设备要素

民用建筑中的设备主要包括给排水、暖通空调、电气照明和通信等。设备要素包括设备用房、设备管线的设置,以及满足它们的特殊要求。在进行空间组合时,平面上要尽量布置在负荷中心,节约管线;剖面上,应尽量将设备管线集中布置、上下对齐。

图3.6为某高层建筑的设备层布置图示,有地下设备层、屋顶设备层和中间设备层。通常,地下设备层布置柴油发电机房、高低压配电室、泵房、水池和空调机房等;在屋顶设备层会有电梯机房、高位水箱、冷却塔等;对于一些超高层建筑,还需设置中间设备层,进行水、暖、电的转换。

图3.7为旅馆卫生间的设备集中布置,利用两个卫生间中间的竖井作为管道垂直方向布置的空间,管道井上下叠合,管线布置集中。

图3.6　某高层建筑的设备层布置图示

图3.7　旅馆卫生间组成布置

3.1.4　规划要素

为了保证城市的整体协调发展,建筑空间组合设计必须满足城市规划的要求。规划要素主要包括:用地性质、用地范围、用地强度、城市风貌等。

(1)用地性质

城市规划对规划区域中的用地性质有明确规定,规定了它的适用范围及建筑类型。

(2)用地范围

城市规划对用地范围的控制多是由建筑红线与道路红线共同完成的。此外,限定河流、湖泊等用地的蓝线以及限定城市公共绿化用地的绿线,也可限定用地的边界。

(3)用地强度

城市规划对用地强度的控制是通过容积率、建筑密度、绿地率等指标来实现的。

(4)城市风貌

当用地位于城市的一些特殊地段,如传统风貌保护区、城市中央商务区或城市滨江景观带等,应满足城市风貌的总体控制,重点考虑协调一致。

此外,城市规划还对建筑高度、出入口等有要求,对空间组合也有影响。

3.1.5　造型要素

建筑造型是空间组合的重要影响因素。一般来说,造型和功能密切相关,是内部空间的直接反映。但是,在满足功能的前提下,建筑造型仍然具有能动性,会反过来影响空间的组合,创造出更具感染力和表现力的空间。本书将在第4章对建筑造型作详细讲授。

3.2　平面组合

平面组合设计的主要依据是建筑的使用功能及交通流线。同时,还必须考虑基地条件,从总图协调出发进行平面组合设计。

3.2.1　组合形式

为了适应各种类型的建筑,平面组合也发展出各种形式,大致可以分为走道式组合、套间式组合、大厅式组合和单元式组合4种。

1)走道式组合

走道式组合(图3.8)的特征是房间沿走道一侧或两侧并列布置,房间门直接开向走道,房间之间通过走道来联系。其优点是使用空间与交通联系空间分工明确,房间独立性强,各房间便于获得天然采光和自然通风。这种形式应用广泛,特别适用于重复空间组合,如学校、宿舍、医院、旅馆等。根据房间与走廊布置关系不同,此组合又细分为内廊式、外廊式、单廊式、双廊式等。

图3.8　走道式组合实例

2)套间式组合

套间式组合(图3.9)的特征是房间与房间之间相互穿套,无需通过走道联系。其特点是平面布置紧凑,利用率高,联系便捷;缺点是各房间使用灵活性、独立性受到限制,相互干扰较大。这种形式通常适用于使用连续性较强的房间,如展览馆、火车站、浴室等。

套间式组合按其空间序列的不同又可分为串联式和放射式两种。

3)大厅式组合

大厅式组合(图3.10)的特征是以主体空间大厅为中心,环绕大厅布置其他辅助房间。其特点是主体空间体量突出、主次分明,辅助房间与大厅联系紧密、使用方便。这种形式主要适用于体育类和会展类建筑。

4)单元式组合

将关系密切的相关房间组合在一起,并成为一个相对独立的整体,称为单元。将一种或多种单元按地形和环境情况在水平或垂直方向重复组合起来成为一幢建筑,这种组合方式称为单元式组合(图3.11)。

单元式组合的优点是功能分区明确,平面布局紧凑,单元与单元之间相对独立,互不干扰。

图3.9　套间式组合

图3.10　大厅式组合形式

此外,单元组合布局灵活,并能适应不同的地形。因此,广泛应用于民用建筑,如住宅、幼儿园、学校等。

大多数民用建筑,往往采用了多种平面组合形式。这是由于建筑功能关系复杂,必须采用多种组合形式才能较好地满足使用要求。因此,在设计实践中,应综合考虑多种空间组合要素,灵活变通地进行平面组合。

3.2.2　总图协调

一幢建筑物或一组建筑群不是孤立存在的,必然是处于一个特定的环境中,它在基地上的位置、朝向、体形的大小和形状、出入口的布置及建筑造型等都必然受到总体规划和基地条件的制约,再加上地形地貌、日照、采光、通风及周边建筑环境等方面的影响,为使建筑物既满足使用需要,又能与基地环境协调一致,必须做好建筑的总图协调。

图3.11　单元式住宅组合形式

1)场地分析

建筑场地的分析包括自然环境和人工环境要素的分析。自然环境要素包括地形、朝向、通风、景观;人工环境要素包括地块区位、配套设施、交通条件、城市风貌、建筑间距、容积率、建筑密度、绿地率等。

在自然环境要素的分析中,对于地形的利用应该尽量减少土方量,做到土方平衡,特别是在山地条件下,地形的合理利用不仅能降低造价,还能创造更加丰富有趣的空间环境。对于朝向的分析,主要考虑避免夏季过热并保证冬季的日照,对于幼儿园、小学、疗养院及医院病房等必须满足相应日照要求;此外,朝向的选择还和景观有较大关系,应分清主次、平衡需要。对于通风的分析就是趋利避害,结合当地的主导风向,在夏季加强自然通风,冬季减少冷风的侵害;此外,江河风、山谷风等局地小风环境也可加以利用。对于景观的分析应结合建筑的使用要求,充分采用借景、对景、造景的手法创造舒适惬意的空间环境。

在人工环境要素的分析中,根据地块区位、配套设施和交通条件可以大致确定项目的类型并完成产品的细分。对于规划控制指标必须满足,在此条件下可以初步确定建筑的体量、造型和风貌。

总体而言,通过场地分析可以大致得出项目的产品定位、体量大小、朝向方位、造型风貌等,而这些要素的分析对平面组合有较大的影响。

2)功能协调

场地分析所得出的初步结论在很多方面影响到平面组合,其中最重要的是总图功能分区与建筑功能分区的协调。总图功能分区主要考虑建筑与周边环境及建筑群组之间的关系,建筑功能分区集中于各功能房间的合理组合与分隔。二者的关系应该是局部服从大局,但又要相互协调。

总图功能分区是将各部分建筑按不同的功能要求进行分类,将性质相同、功能相近、联系密切、对环境要求一致的部分划分在一起,组成不同的功能区,各区相对独立并成为一个有机的整体。进行总图功能分区,一般应考虑以下几点要求:

①各区之间相互联系的要求。如校园中,根据教室、实验室、办公室、操场之间联系程度的紧密与松散,采取合理的分区与交通联系方式。

②各区相对独立与分隔的要求。如校园中,教师用房(办公、备课)既要考虑与教室有较方便的联系又要求有相对的独立性,避免干扰,并适当分隔。

③建筑与室外场地的关系。如校园中,教学楼、风雨操场等与运动场地之间的相对位置关系。

图3.12展示了某小学总图布局的多种方式。该地块位于宁静幽雅的梯形地段上,周围是住宅区,交通方便。学校由普通教室、多功能教室、办公室、图书室、操场等组成。

从功能分析图(a)中可知小学需要安静的学习环境,但小学本身也是一个噪声源,应尽量避免与周围环境相互之间的干扰。因此,平面组合应注意:①教室与办公室之间,教室、办公室与多功能教室(供体育与文娱集会等用)之间,操场与教学楼之间的联系与分隔;②教学楼与操场都应具有良好的采光和通风、朝向;③注意学校与周围环境的和谐,并保证环境的安静;④方便的内外交通联系。

通过对图(b)中3个方案的分析比较,可以得出以下结论:①方案1、2平面布置紧凑,但运动场面对教室干扰较大,教学楼朝向较差,与环境结合不紧密;②方案3教学楼朝向较好,与环境结合也较前两个好,但运动场对教学干扰大,同时由于运动场受教室遮挡,日照受影响。

总结以上各方案优缺点,进一步组合为图(c)所示最后方案。该方案的优点是:①教学楼各区之间既方便联系,又适当分隔,教学楼与操场之间干扰小;②大部分教室都有好的朝向,操场日照不受影响;③建筑采用对内封闭的周边式布置,保证了学校与周围环境的协调、美观与安静。

图3.12　某小学总平面设计

3.3　剖面组合

剖面组合主要解决的问题是各单一空间在竖向上的组合层数、组合形式,以及对空间的合理利用。

3.3.1　房屋层数

影响房屋层数的因素很多,概括起来主要有规划要求、使用要求、建筑结构等几方面。

在城市规划中,对用地的开发强度是有控制的,依据给定的容积率、建筑密度等指标,能够大致确定房屋的层数。对于一些特殊地段,规划条件中会对建筑高度做明确的规定,也影响到房屋的层数确定。

总体来说,低层和多层建筑会具有更舒适的工作、生活环境,并减少对电梯的依赖,降低火灾逃生的难度。但由于我国城市用地紧张,土地利用强度较高,房屋的层数常常向高层发展。

对于一些特殊建筑,房屋的层数必须控制,如托幼建筑的层数不宜超过3层,小学不宜超过4层,中学不宜超过5层。又如体育馆、展览馆一类的建筑,考虑到空间的需要和人员的疏散,也宜采用低层。

建筑结构是决定房屋层数的基本因素,不同的结构类型适用的高度不同,如砖混结构建筑的经济层数为1～6层,框架结构建筑的高度一般控制在50m以内。对于高层建筑,不同结构类型的适用层数及高度见表3.2。空间结构体系则适用于低层大跨度建筑,如体育馆、展览馆等。

表3.2　各种高层结构类型的适用层数

3.3.2　组合形式

在进行剖面组合时,应根据使用性质和特点将各房间进行合理的垂直分区,做到分区明确、使用方便、流线清晰,能够合理利用空间,并有利于结构合理,设备管线集中。对于不同空间类型的建筑也应采取不同的组合方式。

1)重复小空间的组合

这类空间的特点是:大小、高度相等或相近,房间的数量较多,且功能相对独立。组合中常将此类空间在剖面上进行叠加,以楼、电梯进行垂直联系。由于空间的大小、高低相等,有利于统一层高和简化结构。常用于公寓式住宅、酒店客房和学生宿舍等建筑。

此外,在一些建筑中,有两种及两种以上类型的重复小空间组合,各类型的房间大小、高度不同,如学校中的教室和办公室。为了节约空间、降低造价,可将它们分别集中布置,采取不同的层高,以楼梯或踏步来解决空间联系,如图3.13所示。

图3.13　教学楼不同层高的剖面处理

2)大小、高低相差悬殊的空间组合

(1)以大空间为主体穿插布置小空间

展览馆、体育馆一类的建筑,虽然有多个空间,但其中有一个空间是建筑主要功能所在,其面积和高度都比其他房间大得多。空间组合常以大空间(展览大厅和比赛大厅)为中心,在其周围布置辅助小空间,或将辅助小空间布置在大厅看台下面,充分利用看台下空间。这种组合方式应处理好辅助空间的采光、通风以及人流交通问题。

图3.14　天津市体育馆剖面

如图3.14为天津市体育馆,以比赛大厅为中心将运动员休息室、更衣室、贵宾室、观众休息廊以及设备用房等布置在看台下。

(2)以小空间为主灵活布置大空间

某些类型的建筑,虽然构成建筑物的绝大部分房间为小空间,但由于功能要求仍需要设置部分大空间,如教学楼中的阶梯教室、办公楼中的大会议室、宾馆中的宴会厅等。

这类建筑在空间组合中常以小空间为主体,将大空间附建于主体建筑旁,从而不受层高与结构的限制;或将大小空间上下叠合起来,将大空间布置在顶层或底部,如图3.15所示。

图3.15　大小、高低不同的空间组合

(3)综合性空间组合

有的建筑为了满足多种功能的要求,常由若干大小、高低不同的空间组合起来形成多种空间的组合形式。如文化宫建筑中有较大空间的电影厅、餐厅、健身房等,又有阅览室、门厅、办公等空间要求不同的房间。又如图书馆建筑中的阅览室、书库、办公等用房在空间要求上也不一致。阅览室要求较好的天然采光和自然通风,层高一般为4～5m,而书库是为了保证最大限度地藏书及取用方便,层高一般为2.2～2.5m。对于这一类复杂空间的组合不能仅局限于一种方式,必须根据使用要求,采用与之相适应的多种组合方式。

湖南大学图书馆(图3.16)采用集中式布置,阅览室与书库组合在一起,高度比为2∶1,有利于空间的联系和结构的简化。

图3.16　湖南大学图书馆剖面

3.3.3　空间利用

充分利用空间不仅可以增加使用面积、节约投资,而且还可以改善室内空间比例、丰富室内空间的艺术效果。利用室内空间的处理手法有很多,归纳起来有以下几种:

1)夹层空间的利用

图3.17　大空间夹层布置实例(某酒店的大堂)

公共建筑中的营业厅、体育馆、影剧院、候机楼等,由于功能要求,其主体空间与辅助空间在面积和层高要求上常常不一致,因此常采取在大空间周围布置夹层的方式,从而达到利用空间及丰富室内空间的效果(图3.17)。

2)房间上部空间的利用

房间上部空间主要指除了人们日常活动和家具布置以外的空间。如住宅中常利用房间上部空间设置搁板、吊柜作为储藏之用(图3.18)。

图3.18　房间上空设搁板、吊柜

3)结构空间的利用

在建筑物中,结构构件往往会占去许多室内空间。如果能够结合结构的形式及特点,对结构空隙加以利用,就能争取更多的室内空间。如当墙体厚度较大时,可以在墙体中设置壁龛、窗台柜、暖气槽等(图3.19)。

图3.19　利用墙体空间设壁龛、窗台柜

4)楼梯及走道空间的利用

图3.20　走道及楼梯空间的利用

楼梯间底层中间平台下,至少有半层的高度,如果采用局部降低平台下底面标高或者增加第一梯段长度的方法,就可以加大平台下的净高,用以布置储藏间等辅助用房。

与其他房间相比,走道的高宽比大,可以利用走道上部的多余空间布置设备管线及照明线路,住宅的户内走道上空还可布置储藏空间。这样处理不仅充分利用了空间,而且使走道的空间比例和尺度更加协调(图3.20)。

复习思考题

1.空间组合设计应考虑哪些要素?包含哪两个方面的内容?

2.简述空间组合设计中功能要素所包含的主要内容。

3.平面组合形式有哪几种?

4.简述各种平面组合形式的特点。

5.平面组合中总图协调包含哪些内容?

6.房屋层数的确定主要应考虑哪些方面?

7.剖面组合形式有哪几种?

8.简述各种剖面组合形式的特点。

9.建筑剖面空间的利用分为哪几种基本类型?