新時(shí)期綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

李智

【摘要】隨著居住生態(tài)危機(jī)（如城市霧霾、溫室效應(yīng)等）的加劇和綠色運(yùn)動(dòng)的蓬勃發(fā)展，綠色建筑作為第三代建筑思潮已受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。綠色建筑不是單純的在建筑內(nèi)部或外部種植植物進(jìn)行環(huán)境綠化，而是一種節(jié)能、輕污染、尊重自然回歸自然的建筑思路。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑方案中的一個(gè)重要部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也須適應(yīng)綠色潮流。本文就綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；綠色；設(shè)計(jì)思路

1. 前言 近年來，城市霧霾、溫室效應(yīng)等影響人類居住的生態(tài)危機(jī)進(jìn)一步加劇，這給正在快速發(fā)展的城市敲響了警鐘，人們對(duì)城市未來發(fā)展方向也有了更多的思考，此時(shí)，提出了綠色建筑這一概念。從綠色建筑的設(shè)計(jì)風(fēng)格和方法探討到綠色建設(shè)中生態(tài)影響的計(jì)算，從各種建筑材料對(duì)環(huán)境影響的綠色分類到不同綠色建筑評(píng)估指標(biāo)系統(tǒng)的分析，綠色建筑作為第三代建筑思潮正涌動(dòng)在建筑設(shè)計(jì)界。相比于此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)“綠色”的響應(yīng)就沒有那么激烈，這符合了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的沉穩(wěn)性格。但面對(duì)現(xiàn)今的社會(huì)和生態(tài)，可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排的綠色建筑結(jié)構(gòu)是必然的發(fā)展趨勢，需要更多的人加以關(guān)注并投入研究。

2. 綠色建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 綠色建筑與其他一般的建筑有明顯的不同，主要有節(jié)能性、審美和諧性、系統(tǒng)綜合性、健康性和環(huán)保性五大特性[1]，而綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)符合綠色建筑的這些特點(diǎn)要求，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大程度地輔助綠色建筑本身達(dá)到節(jié)能減排、環(huán)保的目標(biāo)。綠色建筑結(jié)構(gòu)除了上述綠色建筑特點(diǎn)要求外，還應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要特性，安全性和經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)分析，綠色建筑結(jié)構(gòu)相比一般建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)有以下三個(gè)特點(diǎn)。

（1）節(jié)能性。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球能量的50%用于工業(yè)、交通和其它行業(yè)，45%用于建筑物的采暖、空調(diào)和照明，5%則用于建筑物的構(gòu)造。可見，與建筑相關(guān)的能耗約占全球全部能耗的一半。因此，建筑節(jié)能研究在綠色建筑體系營造中占有突出的地位。綠色建筑結(jié)構(gòu)必須具備節(jié)能特性。

（2）環(huán)保性。 綠色一詞表面意思就是生態(tài)環(huán)保，不對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生過多的污染。綠色建筑結(jié)構(gòu)充分利用合理的結(jié)構(gòu)類型、材料，在建筑物建成后，在較長的時(shí)期保持環(huán)保。

（3）經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。 建筑如果過分追求外觀，不考慮強(qiáng)制使用高成本的某種結(jié)構(gòu)體系帶來的經(jīng)濟(jì)問題，那么這樣的建筑勢必給社會(huì)和人民帶來過重的負(fù)擔(dān)，違背了綠色建筑的節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的原則。為支持起綠色建筑的這一目標(biāo)，綠色建筑結(jié)構(gòu)也具備經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

3. 綠色建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 根據(jù)建設(shè)的實(shí)際需要和人們對(duì)綠色建筑追求，設(shè)計(jì)理念隨之不斷提升，建筑的結(jié)構(gòu)形式是豐富多彩的，高層建筑結(jié)構(gòu)形式更是復(fù)雜化、多樣化，綠色建筑結(jié)構(gòu)概念更加清晰，結(jié)構(gòu)形式也越發(fā)多樣，其中綠色高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式也逐步成熟。相比一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循建筑結(jié)構(gòu)整體性原則、合理適中原則、尊重自然原則等。

（1）結(jié)構(gòu)整體性原則。 綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)把自身當(dāng)做一個(gè)開放的體系與自然界構(gòu)成一個(gè)整體，應(yīng)追求環(huán)境效益最大化，局部利益應(yīng)當(dāng)服從整體利益，暫時(shí)性利益應(yīng)當(dāng)服從長遠(yuǎn)利益。在綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，結(jié)構(gòu)充分符合建筑的整體效應(yīng)。綠色結(jié)構(gòu)可以使綠色建筑達(dá)到設(shè)計(jì)的各項(xiàng)目標(biāo)。如綠色建筑招商局的南海意酷的屋項(xiàng)實(shí)現(xiàn)拔風(fēng)目標(biāo)對(duì)屋頂結(jié)構(gòu)的要求，又如華南理工大學(xué)圖書資料的夏式遮陽（由夏昌世先生設(shè)計(jì)）要求窗體附近結(jié)構(gòu)如何處理等等。

（2）合理適中原則。 綠色建筑結(jié)構(gòu)遵循合理適中的原則，合理的結(jié)構(gòu)體系，適中的經(jīng)濟(jì)成本，這些要求也是對(duì)結(jié)構(gòu)具備綠色特性的表現(xiàn)。如果結(jié)構(gòu)體系富余度大，勢必造成過多的建設(shè)成本，對(duì)社會(huì)形成了過多的資源浪費(fèi)，無法達(dá)到節(jié)能的效果，就談不上綠色了。所以綠色結(jié)構(gòu)是在保證結(jié)構(gòu)安全性的情況下合理的節(jié)省資源消耗，特別是對(duì)自然依賴性較強(qiáng)的資源。

（3）尊重自然原則。 綠色建筑的顯著特點(diǎn)就是能夠與環(huán)境完美的相融合，使二者和諧統(tǒng)一。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)先考量自然、生態(tài)，改變過去人類是自然中心的錯(cuò)誤意識(shí)，尊重自然法則，維護(hù)生態(tài)平衡，注重生態(tài)環(huán)保。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中每一步都應(yīng)力求做到與環(huán)境和諧統(tǒng)一，因?yàn)榻ㄖ揪腿≈谧匀唬宰罱K必定會(huì)回歸到自然中去，這也是第三代建筑思潮的核心。

4. 綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

4.1綠色建筑結(jié)構(gòu)選型。 結(jié)構(gòu)選型對(duì)于綠色建筑的呼應(yīng)可以發(fā)生在更高的層面上以確保建筑在與自然共生條件下的可持續(xù)建造性。事實(shí)上，一個(gè)基于綠色設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系相比傳統(tǒng)建造體系可以極大減輕建筑活動(dòng)對(duì)環(huán)境負(fù)荷的壓力，同時(shí)結(jié)構(gòu)選型在建筑生命周期的規(guī)劃中可以承擔(dān)非常積極的角色。正確的結(jié)構(gòu)選型能有效地形成環(huán)保節(jié)能的結(jié)構(gòu)體系，為綠色建筑提供“健康的骨骼”。綠色建筑結(jié)構(gòu)選擇正確的選型是關(guān)鍵。

4.2選擇綠色結(jié)構(gòu)建材。 綠色建材是綠色建筑各項(xiàng)功能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)支撐，對(duì)綠色建材的選用很大程度上決定了建筑的綠色程度。同樣選擇綠色結(jié)構(gòu)建材形成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更加有效產(chǎn)生綠色效果。綠色結(jié)構(gòu)本身材料應(yīng)為綠色建材，具有可持續(xù)發(fā)展的潛力，從而確保建筑可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)綠色結(jié)構(gòu)的構(gòu)成單元具有可代替性，即當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時(shí)，能及時(shí)方便有效地更換，因而結(jié)構(gòu)的使用年限得以延長，同時(shí)維修的頻度和造價(jià)大大降低[2]。

4.3重點(diǎn)開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的綠色性。

（1）鋼結(jié)構(gòu)擁有其他結(jié)構(gòu)類型所不具備的優(yōu)秀特點(diǎn)，可以成為綠色結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)類型。力學(xué)性能清楚，抗震性能好，鋼材延性好，耐久性好，這使得能利用鋼材塑性變形耗能，建筑震害少、震害輕；鋼結(jié)構(gòu)建筑自重較輕，減輕地基受力。節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、減排、安裝簡單、建設(shè)工期短，運(yùn)輸過程中對(duì)環(huán)境污染小，易拆除，可重復(fù)利用、材料可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，符合了綠色建筑的要求。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)具有輕、快、好、省的優(yōu)點(diǎn)，目前是綠色建筑最佳的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的綠色性。 4.開拓創(chuàng)新，開發(fā)新的綠色結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

（2）當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，綠色建筑的興起，對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求也越發(fā)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和程序有時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，需要高新科技設(shè)計(jì)軟件來完成設(shè)計(jì)。由于力學(xué)模型比較復(fù)雜，難以精密計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況，或?qū)G色建筑結(jié)構(gòu)目標(biāo)的效果分析無法精確，則綠色結(jié)構(gòu)得不到保證。這就需要重新開發(fā)新的設(shè)計(jì)軟件，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到進(jìn)一步完善。

5. 工程案例分析

5.1綠色結(jié)構(gòu)選型案例分析。 法蘭克福商業(yè)銀行，在這個(gè)歐洲第一棟生態(tài)高層建筑的項(xiàng)目招標(biāo)書中業(yè)主明確提出應(yīng)創(chuàng)造出“與使用功能的價(jià)值同樣重要的建筑使用環(huán)境”，要求設(shè)計(jì)師在規(guī)定的三角形基地內(nèi)保證所有銀行員工在辦公區(qū)均能欣賞到大樓中的空中花園。法蘭克福銀行大樓首創(chuàng)的角筒-錯(cuò)層空腹桁架結(jié)構(gòu)體系，它取消中央核心筒而代之以建筑平面角區(qū)處的三個(gè)豎向角筒，大樓的整體空間形式因此改成在三角形大樓的每一側(cè)都由每8層辦公樓區(qū)之間加插一4個(gè)層樓凈高的空中花園所組成，而大樓三面的空中花園都是按順時(shí)針方向往上盤旋錯(cuò)層相接來設(shè)置，每一層的任何位置，辦公人員都可以抬頭欣賞到綠色花園。這就是綠色建筑結(jié)構(gòu)選型，正是對(duì)綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)的執(zhí)著追求，史無前例地設(shè)計(jì)出這樣的一種綠色結(jié)構(gòu)體系?，F(xiàn)代建筑許多經(jīng)典高層結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)，但很多都無法達(dá)到生態(tài)綠色的效果，這值我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)選型關(guān)注和思考。

5.2綠色結(jié)構(gòu)建材案例分析。

（1）綠色建筑結(jié)構(gòu)體系主要分為幾大類型：一是從節(jié)約能源與資源的角度出發(fā)，以粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣為主要成分的砌體結(jié)構(gòu)；二是以綠色高性能混凝土為主要成分的混凝土結(jié)構(gòu)（包括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)）；三是高性能鋼結(jié)構(gòu)。

（2）以上所提建筑結(jié)構(gòu)的建材目前階段都是初步探索，或是原有建材上的優(yōu)化升級(jí)，都局限于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系與理論，沒有充分挖掘綠色建材的潛能。特別是綠色高性能混凝土，人們只研究了它的材料性能、工程性能，而沒有研究其力學(xué)性能。理論上，綠色高性能混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)有更優(yōu)的力學(xué)性能和耐久性能，相比普通的混凝土有著不同數(shù)量級(jí)的飛越。綠色高性能結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該作為一種獨(dú)立的、新型的結(jié)構(gòu)體系加以研究。綠色高性能混凝土結(jié)構(gòu)減少環(huán)境污染并提高其抵抗污染的能力，延長建筑的使用年限，是今后發(fā)展的核心。

6. 結(jié)語 總而言之，綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是綠色建筑的重要組成部分，是今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要遵守相關(guān)規(guī)范下，具有與時(shí)俱進(jìn)的思想，不斷探索更新設(shè)計(jì)理念，開創(chuàng)新的技術(shù)，建立綠色建筑結(jié)構(gòu)體系。綠色建筑結(jié)構(gòu)是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的又一核心，是綠色建筑的有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]牛萌.淺析綠色建筑結(jié)構(gòu)特征及我國綠色建筑發(fā)展.工業(yè)設(shè)計(jì)，2012（02）.

[2]馬曉云.綠色建材與建筑的可持續(xù)發(fā)展.山西建筑，2003（14）.