鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑部品生命周期詳單分析

田鏡楷

【摘 要】 隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，對于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑部品生命周期詳單的分析也逐步深入。本文針對于某個鋼結(jié)構(gòu)住宅小區(qū)之內(nèi)3棟層數(shù)不同建筑在施工過程中的建材來源與建材的耗量進行系統(tǒng)的調(diào)研與統(tǒng)計，同時與BESLCI軟件相結(jié)合，對圍護結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境排放以及生命周期的能耗進行計算，從而對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑部品的生命周期詳單進行簡要分析。

【關(guān)鍵詞】 鋼結(jié)構(gòu)住宅；建筑部品；生命周期；詳單

鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國屬于發(fā)展比較快的建筑產(chǎn)品，因為它有著施工周期短、產(chǎn)業(yè)化程度高以及投資的回收也相對于比較快的幾大優(yōu)勢。但是對于高層鋼結(jié)構(gòu)與多層鋼結(jié)構(gòu)住宅誰的優(yōu)勢更大，在建筑行業(yè)之內(nèi)始終沒能達成共識。首先，高層鋼結(jié)構(gòu)的住宅可以提供居民更多居住面積，降低土地占用面積。其次，建筑的層數(shù)越高，就必然對建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與樁基的要求更加嚴格，建筑材料的消耗也會隨之增加。國內(nèi)外目前幾乎沒有相對于建筑生命周期能源消耗與建筑體量之間關(guān)系的研究材料。在已有建筑生命周期詳單的分析中，對于建筑所用材料的消耗數(shù)量大部分是依照建筑圖紙來進行一定估算的，估算出的結(jié)果有可能會受統(tǒng)計數(shù)據(jù)精準度影響。本文對于某住宅的3棟不同層數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)建筑部品生命周期詳單進行分析，希望對日后鋼結(jié)構(gòu)建筑有一定的幫助。

一、研究對象的相關(guān)數(shù)據(jù)

以某小區(qū)中3棟層數(shù)不同的建筑為本文的研究對象，分析體量不同的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的圍護結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)生命周期的能耗以及環(huán)境的排放。其中相關(guān)數(shù)據(jù)如表1。

圍護結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)一般是通過現(xiàn)場施工將各種類型的箭鏃構(gòu)建與材料拼裝形成，所以建筑部品生命周期主要由建筑材料或者建筑構(gòu)建的生產(chǎn)、現(xiàn)場施工、運輸以及拆除回收等一系列過程所形成，它生命周期的流程如圖1。

二、數(shù)據(jù)來源與處理方法

1、數(shù)據(jù)來源

對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑部品的生命周期詳單進行分析的時候要對能源系統(tǒng)的詳單分析的數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)與研究對象相關(guān)的一些參數(shù)這兩類數(shù)據(jù)進行收集。其中包含了在能源的上游階段之中能源的轉(zhuǎn)換、能源的生產(chǎn)、能源的運輸、在建造的過程中各個部品原材料的消耗、運輸與建筑過程中升級到能耗的大小、能耗的類型、運輸距離、運輸方式以及施工過程中能耗的數(shù)據(jù)等等。這些數(shù)據(jù)主要可以通過最近幾年的一些權(quán)威文獻以及對施工現(xiàn)場進行實際的調(diào)查最后進行整理得到。

2、調(diào)研結(jié)果

經(jīng)過對建筑實地的調(diào)研，得到不同體量的鋼結(jié)構(gòu)住宅的圍護結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)各自施工量以及建材的耗量，如表2。

3、數(shù)據(jù)假設(shè)與處理方法

如表2所示，在鋼結(jié)構(gòu)的建筑中用到的主要材料有鋼板、鋼柱、鋼梁以及鋼筋這四大種類，前三類是用鋼板從大型鋼廠直接運輸?shù)疆數(shù)?，之后?jīng)焊接、鉆孔、冷彎等加工方式制成鋼件，然后運到施工現(xiàn)場裝配，而鋼筋主要來自當?shù)氐能堜搹S。與鋼筋相比較，前三類增加了運輸過程與加工過程，所以此兩部分能耗要進行單獨的計算。對于鋼板的上游開采、生產(chǎn)與運輸中能耗的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用鋼廠鎖提供的一些數(shù)據(jù)，其中部分沒辦法獲取的數(shù)據(jù)可應(yīng)用國家層面數(shù)據(jù)來代替。

一些鋼鐵的相關(guān)產(chǎn)品回收率會比較高，特別是型鋼類型的一些構(gòu)建，在實際工程建筑中所用到的鋼構(gòu)件中鋼材一般是礦石經(jīng)過高爐的生產(chǎn)得到或者是應(yīng)用廢鋼材經(jīng)過電爐的生產(chǎn)得到。為了能夠給建筑行業(yè)提供有效的數(shù)據(jù)，本文考慮到平均水平，其中回收鋼與原鋼比例依照宏觀的數(shù)據(jù)來進行計算。最后在利用BESLCI軟件對生命周期的環(huán)境排放與物化能耗數(shù)據(jù)進行計算。

三、詳單的分析結(jié)果與討論

1、結(jié)果

將查閱出的相關(guān)數(shù)據(jù)與調(diào)查得到的數(shù)據(jù)帶入BESLCI軟件中進行計算，得出圍護結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)在施工階段的環(huán)境排放以及生命周期的能耗。

2、討論

可以看出在三種類型的鋼結(jié)構(gòu)建筑中鋼筋、水泥、混凝土以及鋼構(gòu)件為鋼結(jié)構(gòu)建筑部品生命周期中所耗能最大的幾個部分，其中水泥、混凝土和鋼構(gòu)件占到了整個建筑部品的生命周期能耗60%多。所以，對這幾類建筑材料的生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，適當降低生產(chǎn)所好用的能源對于降低建筑部品的生命周期所耗能源密切相關(guān)。相對于不同體量鋼結(jié)構(gòu)住宅來說，它各個部分的能耗比例還有著一定的差異，本文中的3中不同體量的住宅，會隨著層數(shù)增加，逐漸增加鋼構(gòu)件在能耗上的份額，增長6個百分點，但是混凝土與水泥總體能耗份額相應(yīng)的減少，從6層建筑45%能耗降低到18層建筑39%的能耗。主要原因是鋼結(jié)構(gòu)住宅的承重結(jié)構(gòu)主要是鋼柱與鋼梁等一系列鋼構(gòu)件，其層數(shù)越高，對于承重的結(jié)構(gòu)要求也會越加嚴格，所以對于鋼構(gòu)件的消耗也就逐漸增加。

在鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工階段，其能耗會占到建筑部品生命周期的能耗大約5%，而二氧化碳的排放量占用的份額更少，只有大約生命周期的3%。在建筑使用的階段中排放與能耗一般會占用到大約整個能耗的70%。所以施工階段的排放與能耗在建筑的生命周期中所占用的比例會更低，大約為1%，遠遠低于傳統(tǒng)的混凝土住宅，這體現(xiàn)出了鋼結(jié)構(gòu)住宅的一大優(yōu)勢。

經(jīng)過數(shù)據(jù)的比較還可以發(fā)現(xiàn)，此三種類型的住宅圍護結(jié)構(gòu)能耗低于結(jié)構(gòu)部分的能耗，其中1、2、3號分別高12%、23%、與18%。然而結(jié)構(gòu)部分的二氧化碳排放量要比圍護結(jié)構(gòu)低，分別低出14%、5%與12%。這說明在相同能耗下，水泥的碳排量要高于鋼鐵產(chǎn)品，這也突出了鋼結(jié)構(gòu)建筑低碳的優(yōu)越性。

對于三種類型建筑部品的單位面積生命周期的能源消耗與二氧化碳的排放，高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑能源消耗只高于中高層與多層建筑5%，如果考慮到降低占地面積這個有點，高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑還有著廣闊的發(fā)展空間。

結(jié)論

因為鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工比較簡單，在施工中的生命周期能源消耗大約是常規(guī)住宅建筑的50%。而水泥、混凝土、鋼構(gòu)件生命周期的能源消耗占到鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑部品生命周期能源消耗60%以上，然后隨著層數(shù)的提高，鋼構(gòu)件能源消耗的比例還會隨之上升，水泥與混凝土的能源消耗比例隨之下降。體量對于鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑部品生命周期的影響很小。在建筑的過程中，其屬于一個復雜多變的系統(tǒng)工程，合理規(guī)劃研究的邊界對于提升住宅建筑部品生命周期分析結(jié)果的可比性與可靠度是很重要的。

參考文獻

[1] 蘇醒；張旭，基于LCA的傷害典型辦公建筑窗墻比及窗戶材料優(yōu)化配置[J]，建筑科學，2009，24（6）

[2] 陳文娟；聶祚仁；王志宏，中國平板玻璃生命周期清單與特征[J]，中國建材科技，2010，25（3）

[3] 王超；丁光輝，粉煤灰混凝土生命周期評價初步研究[J]，工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33（1）

[4] 仲平，建筑生命周期能源消耗及其環(huán)境影響研究[D]，四川大學環(huán)境科學與工程學院，2005