基于結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和綠色建材的綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

陶霖華

（重慶杰創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)有限公司　重慶市　渝北區(qū)　401121）

基于結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和綠色建材的綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

陶霖華

（重慶杰創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)有限公司重慶市渝北區(qū)401121）

在低碳發(fā)展、綠色發(fā)展的背景下，建筑業(yè)作為耗能高、污染嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)之一，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、綠色發(fā)展具有重要的意義。在綠色建筑的設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最重要的一個(gè)方面。本文在綠色建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和綠色建材三個(gè)方面對(duì)綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)選型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；綠色建材

近年來(lái)，隨著溫室效應(yīng)和霧霾現(xiàn)象的加劇，人類(lèi)的生存環(huán)境和居住環(huán)境也受到了很大的威脅。日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，不僅給高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)敲了一記警鐘，同時(shí)也給人類(lèi)居住建筑的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一個(gè)新的方向——綠色建筑。綠色建筑指的是在建筑的使用周期以?xún)?nèi)，保證能源能夠在最大限度上實(shí)現(xiàn)節(jié)約，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境、減少污染的目的，從而為人們提供一個(gè)健康、高效、適用的空間，以實(shí)現(xiàn)與自然的和諧發(fā)展[1]。在如今生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的背景下，綠色建筑的出現(xiàn)是建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。所以，對(duì)綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討對(duì)綠色建筑的發(fā)展具有重要的意義。

1　綠色建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）環(huán)保性。環(huán)保的含義就是不產(chǎn)生過(guò)多的垃圾，不給環(huán)境帶來(lái)過(guò)大的負(fù)擔(dān)。綠色建筑結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行合理的選擇、對(duì)建筑材料合理的選用，在施工的過(guò)程中減少能耗，在使用的過(guò)程中減少污染，以達(dá)到環(huán)保的效果。

（2）節(jié)能性。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在全球范圍內(nèi)，在交通、工業(yè)和其他行業(yè)耗費(fèi)的能源在50％左右，在建筑空調(diào)、采暖、照明中耗費(fèi)的能源在45％左右，在建筑構(gòu)造方面耗費(fèi)的能源在5％左右。通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析可見(jiàn)，在建筑業(yè)方面的能耗幾乎占據(jù)了全部能耗的50％[2]。所以，節(jié)能在綠色建筑體系中占據(jù)著重要的位置，因此，節(jié)能性是綠色建筑的結(jié)構(gòu)特性之一。

（3）經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果過(guò)于追求建筑的外觀，不對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)體系問(wèn)題進(jìn)行全面的考慮，不對(duì)建筑成本進(jìn)行考慮，由此設(shè)計(jì)的建筑在很大程度上違背了經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能環(huán)保的原則。所以，經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性也是綠色建筑的結(jié)構(gòu)特性之一。

2　綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）合理適中的原則。綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理適中原則具體的含義是：結(jié)構(gòu)體系合理，經(jīng)濟(jì)成本適中[3]。如果建筑結(jié)構(gòu)的體系有過(guò)多的富余，就會(huì)在很大程度上造成建筑成本的浪費(fèi)，不能很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。所以，綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要在保證建筑結(jié)構(gòu)安全的條件下，合理適中的進(jìn)行設(shè)計(jì)，以節(jié)約資源消耗。

（2）結(jié)構(gòu)整體性原則。在對(duì)綠色建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，綠色建筑要將自身和周?chē)淖匀画h(huán)境融合在一起，以促使環(huán)境效益最大化，從整體性利益考慮，從長(zhǎng)遠(yuǎn)性利益考慮。在綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要保證綠色建筑的結(jié)構(gòu)和建筑設(shè)計(jì)能夠形成一個(gè)完整的整體，以保證建筑結(jié)構(gòu)能夠很好的和建筑的整體效應(yīng)保持一致。

（3）尊重自然的原則。綠色建筑最顯著的特點(diǎn)就是：建筑和環(huán)境能夠?qū)崿F(xiàn)完美的融合。在綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要對(duì)生態(tài)和自然進(jìn)行優(yōu)先考慮，要尊重自然，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，注重生態(tài)環(huán)保。所以，在綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的每一步都要堅(jiān)持尊重自然的原則，都要保持建筑和環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

2.2結(jié)構(gòu)選型

結(jié)構(gòu)選型可以在最大程度上保證建筑與自然和諧發(fā)展下的可持續(xù)建造性。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，相較于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)體系來(lái)說(shuō)，綠色建筑結(jié)構(gòu)體系可以在很大程度上減少建筑對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的壓力。在綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)選型在建筑生命周期規(guī)劃中承擔(dān)著比較重要的角色。結(jié)構(gòu)選型的正確性能夠幫助綠色建筑形成節(jié)能環(huán)保的、完整的結(jié)構(gòu)體系，賦予綠色建筑“健康的骨骼”。所以，在綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)選型的合理性非常重要。

在結(jié)構(gòu)選型方面比較成功的一個(gè)案例就是法蘭克福商業(yè)銀行建筑結(jié)構(gòu)選型。在歐洲，法蘭克福商業(yè)銀行是第一座綠色建筑，在項(xiàng)目招標(biāo)的過(guò)程中，在招標(biāo)書(shū)上明確提出要?jiǎng)?chuàng)造出“和使用功能等價(jià)的建筑使用環(huán)境”。在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，業(yè)主要求設(shè)計(jì)師在規(guī)定的建筑范圍內(nèi)——一個(gè)三角形的基地，保證建筑中所有的人員都能在自己的辦公區(qū)內(nèi)欣賞到建筑中的空中花園。在這樣的設(shè)計(jì)要求下，這座建筑首創(chuàng)了一種角筒—錯(cuò)層空腹桁架結(jié)構(gòu)體系，將原有的中央核心筒取消，在那個(gè)位置設(shè)計(jì)了三個(gè)豎向的角筒。在這樣的設(shè)計(jì)下，整個(gè)建筑空間都得到了改變，在一個(gè)三角形的大樓中，大樓的每一側(cè)都由每8個(gè)樓層加插一個(gè)4層高的空中花園來(lái)構(gòu)成，同時(shí)大樓三個(gè)側(cè)面的空中花園都以順時(shí)針的方向通過(guò)向上盤(pán)旋錯(cuò)層相接的方式來(lái)設(shè)置。在這座建筑的每一層的每一個(gè)位置，都可以欣賞到美麗的空中花園，這就是綠色建筑的結(jié)構(gòu)選型[4]。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著綠色建筑結(jié)構(gòu)選型的發(fā)展，綠色結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要隨之完善。隨著人們對(duì)綠色建筑的要求日益增加，建筑選型日益復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度也越來(lái)越高。在對(duì)綠色建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)計(jì)算是一個(gè)難點(diǎn)。目前，在很多綠色建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的過(guò)程中，在力學(xué)模型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力難以進(jìn)行精確的計(jì)算時(shí)，或者沒(méi)有辦法對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)目標(biāo)效果進(jìn)行分析時(shí)，或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論都很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，就需要使用高科技的設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以，要隨著科技的發(fā)展，實(shí)時(shí)的開(kāi)發(fā)全新的設(shè)計(jì)軟件，以促使綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠不斷的完善。

在目前的建筑結(jié)構(gòu)中，根據(jù)承重構(gòu)件的材料進(jìn)行劃分，可以分為四種結(jié)構(gòu)體系，分別是：木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌塊結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[5]。單純的從綠色建筑的特點(diǎn)和內(nèi)涵來(lái)看，最符合綠色建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的就是木結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)槲覈?guó)的森林資源有限，并且木結(jié)構(gòu)在城市中也不適用，所以木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到一定的限制。砌塊結(jié)構(gòu)是使用工業(yè)廢渣、磚渣、礦渣等原料制成的，非常符合國(guó)家的耕地保護(hù)政策，能夠很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、循環(huán)利用的目標(biāo)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前在建筑行業(yè)中最常使用的一種結(jié)構(gòu)，但是目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外已被列為非綠色建筑結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵阡摻罨炷两Y(jié)構(gòu)中使用了大量的水泥、砂石等材料，在使用的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的二氧化碳和粉塵，并且產(chǎn)生的廢棄物還難以回收利用。所以在將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為建筑的主要結(jié)構(gòu)時(shí)，需要對(duì)延長(zhǎng)建筑的使用壽命、提高建筑的承載力進(jìn)行很好的研究和探討。目前，在使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，出現(xiàn)了一些大開(kāi)間空心樓蓋結(jié)構(gòu)或者是大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)[6]，對(duì)綠色建筑的發(fā)展具有重要的意義。

2.4綠色建材的選擇

綠色的建筑材料是綠色建筑各個(gè)功能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的保障，綠色建筑的生態(tài)環(huán)保效果在很大程度上取決于綠色建筑材料的選用，同時(shí)，綠色建筑材料的選用也能在很大程度上增強(qiáng)綠色建筑的生態(tài)環(huán)保效果。綠色建筑結(jié)構(gòu)本身使用的材料應(yīng)該是綠色建材，選用的綠色建材要具有可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，以保證綠色建筑可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)還能在建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷的時(shí)候，將其更換，以延長(zhǎng)建筑的使用年限，同時(shí)降低建筑的維修費(fèi)用。

在建筑綠色建材方面，在選用的同時(shí)還可以進(jìn)行研發(fā)，比如對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使其具有綠色性。相對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)，分別是：力學(xué)性能清晰、鋼材的延性比較好、抗震性能好、耐久性強(qiáng)。鋼結(jié)構(gòu)的如上特點(diǎn)決定了鋼材能夠很好的成為綠色結(jié)構(gòu)。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的綠色開(kāi)發(fā)，對(duì)鋼材的塑性變形能耗進(jìn)行有效的利用，減少建筑的震害；同時(shí)，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身的重量比較輕，在使用的過(guò)程中可以有效的減少地基受力。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)能、環(huán)保、節(jié)水、減排、安裝簡(jiǎn)單、施工工期短、易拆除、易運(yùn)輸、可以重復(fù)利用等特點(diǎn)，都符合綠色建材的要求。所以，目前在綠色建材方面，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)該是重點(diǎn)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)。

3　結(jié)語(yǔ)

在低碳發(fā)展的背景下，建筑業(yè)作為一個(gè)能耗大、污染嚴(yán)重的行業(yè)，研發(fā)綠色建筑，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展具有重要的意義。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循環(huán)保性、節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性的原則，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要優(yōu)化結(jié)構(gòu)選型、進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選擇合適的綠色建材。實(shí)現(xiàn)綠色建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)維護(hù)綠色建筑安全和使用性能的有效性具有重要的意義。

[1]汪四新，屈娜.某保障性住房綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)[J].建筑技術(shù)，2011（1）：27～31.

[2]黃燕松，楊綺文.綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析——圍繞結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、綠色建材分析[J].科技與企業(yè)，2014（4）：118+120.

[3]宋歆.分析綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014（21）：94～95.

[4]王禮潔.高層綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（35）：4762～4763.

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