綠色建筑結(jié)構(gòu)評價與設(shè)計(jì)

程宏光

(軍事科學(xué)院國防工程研究院 北京 100850)

我國自2005年國務(wù)院(國發(fā)[2005]21號)[1]和建設(shè)部(建科[2005]98號)[2]提出資源節(jié)約的目標(biāo)和要求后,開展綠色標(biāo)準(zhǔn)化研究。通過借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源建設(shè)等實(shí)際情況,先后頒布實(shí)施2006版、2014版、2019版國家標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》[3]、2010版國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》[4],北京、江蘇、吉林、山東等省市先后頒布不同時期地方標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[5],指導(dǎo)我國的綠色規(guī)劃與建設(shè)有序進(jìn)行,保證綠色施工和綠色運(yùn)營順利的展開。

經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知,截至2017年底,全國范圍內(nèi)總計(jì)審批通過的綠色建筑標(biāo)識過萬個,總計(jì)建筑面積超10億m2。新時代新形勢下,人們的消費(fèi)模式發(fā)生改變,節(jié)能意識不斷的提高,綠色發(fā)展理念是非常重要的,為人類社會可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 綠色建筑評價體系

綠色建筑闡述了全新的內(nèi)涵,在滿足傳統(tǒng)建筑功能性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,追求在全壽命周期的時間內(nèi),通過采取因地制宜的措施,采用綠色環(huán)保材料以及創(chuàng)新技術(shù)措施,減少建筑運(yùn)行環(huán)節(jié)的污染和廢棄物的排放,營造出健康、舒適、和諧、安全的生存空間,達(dá)到人與自然和諧共處的效果。根據(jù)目前我國的綠色建筑評價體系,其需要滿足節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保等方面的要求。評價指標(biāo)可分為五類:安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居。此外,綠色建筑提倡創(chuàng)新發(fā)展,應(yīng)用新材料、新工藝、新技術(shù)。

綠色建筑劃分為四個等級:基本級、一星級、二星級、三星級[3]。在綠色建筑滿足所有控制項(xiàng)的指標(biāo)后,即符合基本級的要求,三星級是最高級,得分值最高,同樣要求也最為嚴(yán)格。

目前,我國大部分省市開始執(zhí)行綠色建筑施工圖技術(shù)審查的要求,有力推進(jìn)了綠色建筑發(fā)展,綠色建筑由引領(lǐng)性向強(qiáng)制性方向轉(zhuǎn)變。綠色建筑評價通常都是在建筑工程全部施工完成后開展的,參照國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對綠色建筑評價標(biāo)識材料和清單等方面展開審查,根據(jù)各項(xiàng)合格的性能指標(biāo)累計(jì)的評分值確定綠色建筑達(dá)到的星級標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)構(gòu)相關(guān)的綠色建筑評價

綠色建筑需要對整個建筑的全壽命周期進(jìn)行綜合性評價,包含材料生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、拆建等,每一個環(huán)節(jié)的評價標(biāo)準(zhǔn)和要求都是不同的,使用的指標(biāo)也不同。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),進(jìn)行綠色建筑評價應(yīng)該遵循《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2019[3]的要求,結(jié)合相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行評價。

2.1 安全耐久(見表1)

表1 安全耐久評價指標(biāo)

2.2 資源節(jié)約(見表2)

表2 資源節(jié)約評價指標(biāo)

2.3 提高與創(chuàng)新(見表3)

表3 提高與創(chuàng)新評價指標(biāo)

3 綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容

綠色建筑評價體系提供了完備的指標(biāo)要求,可以在建筑設(shè)計(jì)階段作為基本框架,指導(dǎo)和貫穿綠色設(shè)計(jì)全過程。結(jié)構(gòu)對建筑的生態(tài)和能源消耗影響大,在設(shè)計(jì)階段,結(jié)構(gòu)工程師掌握綠色建筑專項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容,深刻理解綠色設(shè)計(jì)內(nèi)涵,確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備安全性、科學(xué)性、合理性,滿足綠色技術(shù)指標(biāo)要求,減少全壽命周期內(nèi)能耗,提升綠色建筑效果。

3.1 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主體結(jié)構(gòu)方案應(yīng)從抗震概念設(shè)計(jì)的角度出發(fā),采用基于性能的抗震設(shè)計(jì),重視結(jié)構(gòu)的抗震性和安全性。選擇建筑場地時,盡可能采用對抗震有利的場地,避免采用對抗震不利的場地,同時避免滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地帶;明確建筑形體,保證規(guī)則性,按照國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求,對不規(guī)則的建筑采取加強(qiáng)措施;不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案。根據(jù)綠色建筑星級確定需要提高的抗震性能指標(biāo)要求,優(yōu)先采用減震隔震技術(shù),減少主體結(jié)構(gòu)對地震力的反應(yīng),既可以保證建筑安全耐久,又可以減少資源消耗。

結(jié)構(gòu)布置方案應(yīng)有利于提升建筑的適變性,可以較靈活地配合建筑平面布置的變化,設(shè)計(jì)中充分利用建筑方案和結(jié)構(gòu)布置的潛力,適應(yīng)后期業(yè)主對建筑使用空間和功能改造的需求。例如,采用大開間、大進(jìn)深結(jié)構(gòu)布置方案,靈活布置內(nèi)隔墻等措施,減少使用空間重新布置時造成的破壞,延長建筑使用壽命。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值可適當(dāng)提高,以滿足后期建筑使用功能變化的要求。

3.2 結(jié)構(gòu)材料選取

鼓勵采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的材料,其占比應(yīng)超過60%[3],有利于減少建材跨地區(qū)運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放、降低環(huán)境污染,減少運(yùn)輸過程中燃油消耗和建材損傷。采用預(yù)拌混凝土和預(yù)拌砂漿作為材料供應(yīng),以減少現(xiàn)場作業(yè)量,從而降低噪音強(qiáng)度。

選擇耐久性好的材料?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境,控制混凝土的水膠比、氯離子及堿含量,通過提高混凝土強(qiáng)度等級,增加鋼筋保護(hù)層厚度、加入耐久性摻合料等方法提高材料耐久性;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境,選擇高耐腐蝕性能的鋼材,并在施工后及時采取噴涂表面防護(hù)層等防腐蝕措施。合理選用高強(qiáng)度材料,促進(jìn)結(jié)構(gòu)向輕量高強(qiáng)方向發(fā)展。例如,可以采用強(qiáng)度不小于400 MPa級的高強(qiáng)度受力鋼筋,采用強(qiáng)度不小于C50 的高強(qiáng)度混凝土,采用強(qiáng)度不小于Q345的高強(qiáng)度鋼材。

選用可循環(huán)再利用的材料,是綠色發(fā)展理念有利的落實(shí)措施,實(shí)現(xiàn)材料的反復(fù)使用,提高材料利用率,可以節(jié)約資源,降低能源損耗,避免產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題,還能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)價值與社會效益。例如,在鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中,鋼材回收率是非常高的,超過80%。在現(xiàn)澆混凝土建筑工程中,混凝土是主要材料,其回收率較低,現(xiàn)場澆筑混凝土還會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染,所以在條件允許的情況下,應(yīng)盡量減少使用?；诖?以傳統(tǒng)建筑工程和傳統(tǒng)建筑材料為出發(fā)點(diǎn),研發(fā)新工藝、新技術(shù),提高材料利用率,避免嚴(yán)重的環(huán)境污染問題發(fā)生。

3.3 工業(yè)化一體化設(shè)計(jì)

推動建造方式創(chuàng)新,采用標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化建造的結(jié)構(gòu)形式,積極推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展,到2026年,我國裝配式建筑預(yù)計(jì)占比達(dá)到30%。裝配式混凝土結(jié)構(gòu),地上結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用混凝土體積占比應(yīng)最少達(dá)到35%[3]。在建筑工程的各個區(qū)域內(nèi),采用土建與裝修一體化設(shè)計(jì)的方式,在設(shè)計(jì)圖紙中體現(xiàn)并預(yù)設(shè)裝修環(huán)節(jié)需要的孔洞、配件等。

工業(yè)化一體化設(shè)計(jì)與建造,有利于提高構(gòu)件工廠化生產(chǎn)的范圍,保證材料產(chǎn)品質(zhì)量,減少施工現(xiàn)場人員和機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn),節(jié)約時間和經(jīng)濟(jì)成本,減小社會影響和污染排放,有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念,促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

3.4 綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)

綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)以先進(jìn)科學(xué)技術(shù)作為依托,比如應(yīng)用建筑信息模型技術(shù),即BIM 技術(shù),對建筑整個壽命周期內(nèi)進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理。BIM 技術(shù)具備可視化、三維建模等功能,有利于實(shí)現(xiàn)各個部分相互配合,提升設(shè)計(jì)水平及管理效果,保證現(xiàn)場施工順利的進(jìn)行。

提倡在節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)、安全健康、歷史傳承等方面進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展,應(yīng)用新材料、新工藝與新技術(shù),并有明顯效益,以此提高綠色建筑技術(shù)水平。

4 結(jié)語

綠色建筑是現(xiàn)代社會全面快速發(fā)展之下逐步形成的理念,是科技進(jìn)步的產(chǎn)物,保證在全壽命周期內(nèi)達(dá)到健康、環(huán)保、舒適、安全、高效的要求,實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處,為人類社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,結(jié)構(gòu)相關(guān)的綠色建筑評價主要體現(xiàn)在安全耐久、資源節(jié)約、提高創(chuàng)新三個方面,涉及節(jié)地、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境等內(nèi)容?？茖W(xué)合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在保證結(jié)構(gòu)的安全可靠的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)建筑的綠色性能。綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注主體結(jié)構(gòu)、材料選取、工業(yè)化一體化以及綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面。