綠色節(jié)能理念下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

李茂才

（山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國建筑工程事業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑工程項(xiàng)目建設(shè)數(shù)量不斷提升。但就目前來看，在我國建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中，建筑工程能耗大的問題較為嚴(yán)重，只有在建筑工程設(shè)計(jì)施工中融入綠色節(jié)能理念，才能有效減少建筑工程建設(shè)能耗。

1 綠色節(jié)能理念下建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 完整性

在綠色節(jié)能理念下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要遵循建筑全生命周期原則，保證建筑結(jié)構(gòu)體系具有完整性特點(diǎn)。這就需要設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)全面考量規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、后期運(yùn)營管理以及建筑拆除等多個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)，同時(shí)對(duì)地理環(huán)境因素予以考量，保證施工可以對(duì)資源進(jìn)行有效使用，對(duì)可回收利用材料進(jìn)行盡量使用，且在運(yùn)營過程中要盡量降低能源消耗，減少對(duì)環(huán)境的危害。

1.2 地域性

綠色節(jié)能理念建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有地域性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)師應(yīng)在結(jié)構(gòu)選擇中做到以人為本。（1）以人們的健康舒適使用需求為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有與人們生活需求相符，才能發(fā)揮綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)價(jià)值。（2）設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)綠色建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境特點(diǎn)予以全面考量，根據(jù)外部環(huán)境完成建筑朝向、布局、形態(tài)、選址等設(shè)計(jì)工作，促進(jìn)建筑與周邊環(huán)境的高度融合。

1.3 綜合性

綠色節(jié)能理念下，設(shè)計(jì)師在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)保證建筑結(jié)構(gòu)具有綜合性特點(diǎn)，讓整體結(jié)構(gòu)更具系統(tǒng)化特點(diǎn)。一方面，設(shè)計(jì)師應(yīng)積極增強(qiáng)資源節(jié)約綜合利用，讓建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)帶來環(huán)境負(fù)荷得以減少；另一方面，設(shè)計(jì)師應(yīng)積極進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓施工工藝得以創(chuàng)新，讓資源利用率得以提高，降低建筑工程整體能耗。

2 綠色節(jié)能理念下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 地域原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循地域原則，明確建筑工程無法脫離環(huán)境單獨(dú)存在，促使建筑有效融入環(huán)境。

2.2 合理原則

設(shè)計(jì)工作具有一定復(fù)雜性，對(duì)此，設(shè)計(jì)師需要對(duì)合理體形系數(shù)予以選擇，為建筑結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。例如，在屋頂以及外墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型過程中，需要設(shè)計(jì)一定保溫隔熱措施；對(duì)高質(zhì)量門窗系統(tǒng)進(jìn)行選用，保證窗墻比設(shè)計(jì)科學(xué)，可以讓室內(nèi)采光通風(fēng)得以滿足的前提條件下，盡量減少建筑熱量損失；此外，設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)平面布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證空間使用率可以得到提升，空調(diào)設(shè)備能耗可以得到降低，讓熱量損失得以減少，保證室內(nèi)熱舒適度[1]。

2.3 自然原則

設(shè)計(jì)師在工作開展中，應(yīng)保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與自然條件融合，可以對(duì)建筑物理風(fēng)壓作用、熱作用進(jìn)行充分利用，讓室內(nèi)外自然通風(fēng)效果得以保證。與此同時(shí)，應(yīng)對(duì)立體綠化遮陽措施進(jìn)行積極使用，在對(duì)太陽輻射強(qiáng)度予以削弱的同時(shí)，保證建筑保溫隔熱效果，幫助人們擺脫對(duì)空調(diào)設(shè)備、人工照明設(shè)備的過度依賴情況。

2.4 可持續(xù)原則

設(shè)計(jì)師在綠色節(jié)能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展原則，積極對(duì)新產(chǎn)品、新技術(shù)以及新材料進(jìn)行使用，如太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、地源熱泵空調(diào)技術(shù)、新風(fēng)熱回收等。

3 綠色節(jié)能理念下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

3.1 主要類型

（1）混合結(jié)構(gòu)體系。在6層以下建筑工程中，此種結(jié)構(gòu)體系具有良好適用性，具有較大橫向剛度與較好整體性，但此種結(jié)構(gòu)體系平面靈活性相對(duì)較差。

（2）框架結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系主要指使用梁柱組成縱橫框架，讓此框架對(duì)豎向荷載、水平荷載予以共同承受的結(jié)構(gòu)體系，在15層以下建筑工程中具有良好適用性。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)體系。此種結(jié)構(gòu)體系可以讓建筑縱橫墻體對(duì)豎向荷載、水平荷載予以共同承受，縱橫墻體可以作為分隔房間墻或是圍護(hù)墻使用，剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有較大的側(cè)向剛度，在水平荷載影響下，其側(cè)移相對(duì)較小。但此種結(jié)構(gòu)體系剪力墻間距相對(duì)較小（通常為3～8m），且平面布置靈活性相對(duì)較差，難以在大空間公共建筑設(shè)計(jì)中進(jìn)行使用。

（4）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。此種結(jié)構(gòu)體系具有空間大、平面布置靈活特點(diǎn)，與此同時(shí)，其具有較大的側(cè)向剛度，在10～20層建筑中，該結(jié)構(gòu)體系具有良好適用性。除此之外，因?yàn)榇朔N結(jié)構(gòu)體系可以使用裝配技術(shù)，本身具有良好的節(jié)能性、環(huán)保性。

如在我國濟(jì)南市高新區(qū)莊科安置房項(xiàng)目中，就采用了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該工程項(xiàng)目位于濟(jì)南市高新區(qū)莊科片區(qū)大正南路以西，經(jīng)十東路以南。單體均為18～26層住宅樓，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其中樓板、剪力墻、樓梯、隔墻均采用裝配式，項(xiàng)目裝配率超50%，具有良好的節(jié)能環(huán)保性能。在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)單位科學(xué)計(jì)算了總剪力墻抗彎剛度、總連梁約束剛度、地震作用、水平力作用下位移、剪力墻抗彎剛度變化對(duì)框架柱內(nèi)力影響等數(shù)據(jù)信息，保證了設(shè)計(jì)方案實(shí)用性、環(huán)保性[2]。

3.2 設(shè)計(jì)策略

依照建筑工程結(jié)構(gòu)材料，現(xiàn)階段，混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)在我國綠色節(jié)能建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)就這兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略及能源、材料應(yīng)用策略展開分析。

（1）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略。在混凝土建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一方面，應(yīng)保證設(shè)計(jì)方案可以讓工程施工質(zhì)量與施工進(jìn)度滿足建設(shè)要求；另一方面，應(yīng)積極采用新型結(jié)構(gòu)體，并對(duì)其進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化處理。以墻體設(shè)計(jì)為例，首先，設(shè)計(jì)師可以利用水泥聚苯模殼結(jié)構(gòu)作為承重墻體，此種新型墻體可以讓混凝土墻體施工用料得以減少，同時(shí)保證整體施工質(zhì)量；其次，設(shè)計(jì)師可以使用格構(gòu)式墻體，此種墻體為自密實(shí)面免振搗結(jié)構(gòu)體，在膜殼內(nèi)，利用混凝土與結(jié)構(gòu)梁的有效結(jié)合，可以讓新型混凝土墻得以形成，此種結(jié)構(gòu)主要材料包含添加劑、聚苯顆粒以及改性水泥，在工廠可以對(duì)其進(jìn)行制作成型，利用此墻體，可以對(duì)傳統(tǒng)混凝土墻體予以直接替換，其具有較好的保溫性、承重性，可以讓施工效率、施工安全得到保證。值得注意的是，在選擇使用格構(gòu)墻體時(shí)，應(yīng)依照施工墻體需要，有效調(diào)整膜殼形狀，與此同時(shí)，應(yīng)對(duì)其抗壓性、防水性、抗凍性數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果[3]。

（2）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略。在鋼結(jié)構(gòu)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師需要對(duì)建筑自重進(jìn)行有效控制，對(duì)豎向結(jié)構(gòu)件載荷、重力進(jìn)行有效調(diào)整，保證建筑工程施工安全、施工質(zhì)量，讓鋼結(jié)構(gòu)施工優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。首先，在豎向結(jié)構(gòu)荷載方面，設(shè)計(jì)師需明確每一層建筑物重力都與建筑高度具有數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，建筑物荷載出現(xiàn)彎矩與建筑軸力具有一定關(guān)系，鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)建筑水平荷載、豎向荷載，保證二者荷載具有平衡狀態(tài)，確保整體結(jié)構(gòu)施工可靠性；其次，在超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)偏心差、側(cè)向位移數(shù)據(jù)，明確鋼結(jié)構(gòu)偏心差會(huì)有附加內(nèi)力產(chǎn)生，可能會(huì)影響建筑工程整體安全性；最后，設(shè)計(jì)師在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)積極利用BIM技術(shù)完成可視化模型構(gòu)建工作，并利用信息技術(shù)檢驗(yàn)施工工藝與設(shè)計(jì)方案，確保鋼結(jié)構(gòu)施工環(huán)保性、安全性。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略。圍護(hù)結(jié)構(gòu)是綠色節(jié)能理念建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，在非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，首先，在項(xiàng)目屋頂設(shè)計(jì)過程中，可以采用綠化屋面設(shè)計(jì)方案，融合種植介質(zhì)層、過濾層、排水層、防水混凝土面層、隔水層以及保溫板等，讓整體綠色效果得到保證；其次，在建筑項(xiàng)目外墻樓板設(shè)計(jì)過程中，可以對(duì)外保溫系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，在具體應(yīng)用中，可以應(yīng)用飾面層、水泥砂漿、擠塑聚苯板、蒸壓加氣混凝土砌塊結(jié)合構(gòu)造方法，在熱橋樓板構(gòu)造中，可以使用飾面層、擠塑聚苯板、鋼筋混凝土、水泥砂漿與飾面層結(jié)合的構(gòu)造方法。在透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，首先，在項(xiàng)目外窗設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)節(jié)能玻璃窗進(jìn)行有效使用，如塑鋼低輻射中空玻璃窗等；其次，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)墻體和外門窗框接縫位置，可以對(duì)具有良好耐久性的防水透氣膜、防水隔汽膜等密封材料進(jìn)行使用；最后，應(yīng)對(duì)外窗、玻璃幕墻可開啟面積進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，保證自然條件下建筑自然通風(fēng)效果，降低空調(diào)使用能耗。

（4）可再生能源應(yīng)用策略。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)可再生能源進(jìn)行有效應(yīng)用，如使用太陽能光電利用技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)，可以起到能源節(jié)約效果。以地源熱泵技術(shù)為例，該技術(shù)的應(yīng)用可以節(jié)約空調(diào)使用成本，減少污染物排放量，在具體設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)具有較好耐久性的地埋管材料進(jìn)行有效選擇，保證其在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)可以得到正常應(yīng)用。以新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)為例，該技術(shù)的應(yīng)用可以向室內(nèi)不斷完成新風(fēng)輸送工作，可以有效過濾霧霾顆粒，保證室內(nèi)沒有干燥、陰冷等情況出現(xiàn)[4]。

（5）建筑材料選擇策略。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇工作之間具有密切聯(lián)系，在混凝土與砂漿選擇過程中，可盡量選擇附近混凝土攪拌站預(yù)制混凝土，防止因場(chǎng)地制作造成較大揚(yáng)塵污染、噪聲污染情況產(chǎn)生；在鋼筋與鋼材選擇過程中，應(yīng)對(duì)高強(qiáng)度鋼材進(jìn)行有效使用，并在工廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件后完成現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)跹b作業(yè)工作，保證材料具有較高的可循環(huán)性；設(shè)計(jì)師應(yīng)在水泥、門窗、水暖電等建材選擇中，盡量選擇具有綠色無污染材料以及耐久性墻、易維護(hù)高性能材料[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，綠色節(jié)能理念建筑結(jié)構(gòu)具有完整性、地域性、綜合性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)師在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)混合結(jié)構(gòu)體系、框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行科學(xué)選擇，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略、可再生能源應(yīng)用策略以及建筑材料選擇策略進(jìn)行合理應(yīng)用，可以讓綠色節(jié)能理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到有效應(yīng)用。