綠色建筑在結構設計中的應用

張衛(wèi)華

（濮陽市規(guī)劃建筑設計研究院，河南 濮陽 457000）

經(jīng)濟飛速發(fā)展的背后人類面臨著巨大的生態(tài)環(huán)境問題，人口增長和環(huán)境惡化是兩個最為嚴峻的問題。氣候變暖，土地沙化，生態(tài)破壞這些問題無疑不困擾著人們，我國已經(jīng)成為資源和能源的消耗大國，其中建筑工程消耗的能源占我國能源消耗總量的30%左右，目前我國建筑總面積約430億平方米，既有建筑中95%以上是高耗能建筑，每年新建的房屋面積占世界總量的 50%，每年新增的 20 多億 平方米建筑中，仍有 80%以上的建筑是非節(jié)能建［1-3］。

1、綠色建筑體系

綠色建筑是指在建筑物的全壽命周期內(nèi)，以最少的資源，在保護環(huán)境和減少污染的原則下，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，最大限度的做到人與自然和諧共生的建筑。在結構設計中要求設計人員時刻秉承綠色建筑的內(nèi)涵，從建筑物的選址、節(jié)能到對大氣環(huán)境的影響、能源的消耗以及室內(nèi)環(huán)境的設計， 綠色建筑追求從建筑設計選型，到結構設計方案到施工現(xiàn)場管理到建筑選材的各個階段對環(huán)境造成的危害最小，從而最大限度的保護環(huán)境和節(jié)約能源，創(chuàng)造安全、舒適、健康的生存環(huán)境。一般的結構設計中，多年來遵循著滿足試用功能的前提下，確保結構安全可靠，經(jīng)濟合理。而對環(huán)境保護和可持續(xù)性發(fā)展缺乏系統(tǒng)的研究。

2 綠色建筑在結構設計中的應用

如何在結構設計中將綠色建筑的理念運用到實處，這是結構設計人員所關心的問題，本文從結構的設計年限耐久性、結構選型、建筑材料、建筑廢物排放、建筑材料循環(huán)利用等方面加以論述。

2.1 設計使用年限

建筑物的建造不僅需要大量的原材料，人力和物力，同時施工周期也比較長，一般普通建筑物的建筑周期都在一年以上，高層和超高層建設周期甚至高達 3-5年。施工過程中施工設備和施工作業(yè)難免對周圍環(huán)境造成巨大影響。在建筑物到達使用年限后，建筑物的拆除和清理又將對環(huán)境造成二次污染并且花費大量人力和物力。這就要求設計人員在進行功能定位和選址的時候要做到論證充分，選址科學合理?？梢酝ㄟ^耐久性設計提高結構設計的試用年限，科學合理延長建筑物的使用壽命。這樣，通過較少的資金投入，可以大幅度提高建筑的試用年限，在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展方面也有一定的效果。此外也可以通過結構對試用功能的變化有良好的適應性這一點來調(diào)整結構的試用年限。例如在設計高層建筑中，將其中一部分荷載數(shù)值適當?shù)恼{(diào)高，這樣做不僅可以改善建筑物的品質(zhì)，也可以適應建筑物功能變化的情況，從而滿足人們對建筑物的各種不同需求。

2.2 結構選型及結構布置

如何在滿足建筑使用功能的基礎上使在建建筑對環(huán)境影響不大并且資源消耗較小，是我們在結構選型上的目的。在確定結構體系的過程中，我們要通過多方案的比較來選擇結構受力性能高效的結構體系，還應注意結構自身的一些特點，如地下結構要注意提高空間的利用率，利用混凝土結構的比熱容調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度等。在不影響安全性和正常使用功能的前提下，可以對結構進行優(yōu)化使其簡潔美觀，節(jié)能。對結構平面和立面要盡量布置的規(guī)則，對稱，使其簡潔美觀。對大空間，大柱網(wǎng)結構，適當調(diào)整柱網(wǎng)尺寸，降低層高，達到節(jié)能的目的。對構件的截面優(yōu)化，減少截面尺寸，提高材料利用率可以提高抗震性能及減小溫度應力的影響。其次，基礎的選擇上也要體現(xiàn)綠色建筑的理念，在滿足結構承載力和基礎沉降量的前體現(xiàn)，選擇施工方法簡單、低能耗材料和造價低的基礎形式，也是發(fā)展綠色建筑、節(jié)能環(huán)保的一種方法。目前比較常用的結構形式包括鋼結構、混凝土結構、砌體結構及其他新型結構樣式。①鋼結構的優(yōu)點在于結構構件主要在工廠加工完成，不要模板及支架等輔助設施，建筑垃圾也少，現(xiàn)場施工清潔衛(wèi)生，場容良好。在鋼結構在現(xiàn)場拼裝和焊接也會產(chǎn)生有害氣體和有毒物質(zhì)，例如在噴底漆和防火涂料時也會有揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生，因此，應結合工程實際情況最好采用高強螺栓連接，一次來介紹施工現(xiàn)場焊接的工程量，降低施工過程對空氣和周圍環(huán)境的污染，降低能耗消耗。將綠色建筑的理念落入實處。鋼結構的拆除比較容易，不容易產(chǎn)生污染和廢料，鋼材的回收利用也比較方便。②鋼結構混凝土結構是目前使用率最高的結構形式，因其施工簡便、可模性好、保溫隔熱防火性能良好，后期維護費用低，成為目前住宅和商業(yè)街辦公建筑的首選結構形式。混凝土結構在施工過程中需要消耗大量的模板及支架。目前我國建筑中還有一大部分是試用木模板姐木支架。木模板重復試用次數(shù)少，周轉慢?；厥绽寐瘦^低，資源浪費現(xiàn)象比較嚴重。此外鋼模板使用范圍也越來越廣泛，不過鋼模板需要投入資金較多。此外鋼筋在運輸、切割、綁扎及安裝過程中需要耗費大量的人力和物力，可以通過提高推廣以通過鋼筋專業(yè)化來提高鋼筋的制作和運輸效率呢？對于施工剩余的鋼筋可以用來補制作鋼筋馬凳、鋼筋混凝土墊款以及模板支架等零星工程，從而提高鋼筋的使用率。混凝土的澆筑和施工屬于濕作業(yè)工程，混凝土在振搗和攪拌工程中都會對周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染和空氣污染，混凝土的運輸還會對城市道路造成一定的影響?；炷恋暮笃陴B(yǎng)護需要大量水及人工，如果用養(yǎng)生液養(yǎng)護還會造成有毒性其他揮發(fā)。最后混凝土的拆除也會對環(huán)境造成一定的影響，大型混凝土建筑拆除需要采用爆破貨機械拆除，審批手續(xù)繁瑣，拆除工程量和污染都比較大，會產(chǎn)生大量的粉塵和建筑垃圾，重復利用率經(jīng)濟上不劃算。③砌體結構也是目前比較常用的一種結構形式，前提材料在建筑結構中起到保溫隔熱、承重及維護作用，砌體結構因其成本低、施工方便，成為我國不少欠發(fā)達地區(qū)，特別是農(nóng)村地區(qū)房屋燭照的主要結構形式。砌體結構的缺點在于抗震性能不好，結構自重較大，施工方法屬于濕作業(yè)，拆除后回收利用率不高。

3 結構材料

目前高強度鋼筋在混凝土中試用已經(jīng)比較普遍，用高強度鋼筋來代替過去經(jīng)常使 335MPa 級螺紋鋼筋，可有效節(jié)約鋼材。熱軋鋼筋的優(yōu)點在于鋼筋延性好，均勻伸長率較大。在使用過程中，如果鋼筋屈服后，其強度和變形仍然可以增大而不會哦發(fā)生斷裂破壞，因此鋼筋混凝土大大改善了結構的抗震性能，提高了建筑物的安全性。鋼筋發(fā)生破壞，使得建筑物有明顯征兆，實現(xiàn)了實現(xiàn)“強柱弱梁、強剪弱彎”的設計目標。對于抗震設防烈度要求高的區(qū)域，可以選擇強屈比高、伸長率也高的高抗拉強度鋼筋。但是如果高強度鋼筋試用不當，容易一起建筑物的脆性破壞，使得沒有出現(xiàn)破壞征兆而突然倒塌，給建筑物安全帶來隱患。因此，在選擇鋼筋類型和鋼筋代換時，要注意考慮結構的受力特點和抗震要求，以達到高效節(jié)能的效果?；炷敛牧系倪x擇，要注意水泥、粉煤灰及砂和石子的選擇，水泥最好選擇誰華人低、凝結硬化快的水泥，外加劑的選擇，要注意外加劑對環(huán)境的污染，盡量避免選擇污染環(huán)境危害健康的產(chǎn)品。此外混凝土還可以原則采用預拌混凝土來減少對施工現(xiàn)場及周圍環(huán)境的污染。砌體結構中的塊體材料，目前常用的主要包括蒸壓加氣混凝土砌塊、混凝土小型空心砌塊等。砌塊是一種新型墻體材料，種類很多，如蒸壓加氣混凝土砌塊等，它的隔熱性明顯會比普通的燒結粘土磚以及普通的加氣混凝土好得多，可以實現(xiàn)結構的溫度自調(diào)節(jié)。與燒結粘土磚相比，砌塊作為承重墻能體降低自重，提高建筑物的抗震能力。

4 結論：

在進行結構設計時，應進行盡量遵循在保證結構的耐久性年限，適當增大活荷載，適應使用功能的變化，合理延長建筑的使用壽命，此外 選擇有效的結構形式，在滿足建筑使用功能!結構安全的條件下，做到造價最低。最后優(yōu)先采用高強材料，合理運用隔震-減震等措施。通過上述方法將綠色建筑的理念應用到結構設計的工作實踐中。

［1］孫海勝.我國建筑能耗的現(xiàn)狀及解決對策研究[J].建筑技術，2009(9):153.

［2］清華大學建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告 2008[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008: 1-3.

［3］婁霓，張?zhí)m英，任民.綠色建筑結構體系評價與選型技術［M］ 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2011: 3.