淺析結(jié)構(gòu)設計對綠色建筑的重要作用

岳永志

【摘 要】隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對生存環(huán)境和生活方式的要求越來越高，但生態(tài)環(huán)境卻在不斷惡化，不科學的開發(fā)方式使生態(tài)問題日趨嚴重。通過對新版綠色建筑評價標準中結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容分析，從選用建筑形體、建筑結(jié)構(gòu)體系造型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、采用工業(yè)化生產(chǎn)的預制構(gòu)件、合理采用高強建筑結(jié)構(gòu)材料、建筑結(jié)構(gòu)耐久性等六大方面論述結(jié)構(gòu)設計對綠色建筑的重要作用。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑 建筑形體 結(jié)構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 工業(yè)化 高強材料 耐久性

隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對生存環(huán)境和生活方式的要求越來越高，但生態(tài)環(huán)境卻在不斷惡化，不科學的開發(fā)方式使生態(tài)問題日趨嚴重。在這種形勢下，綠色建筑應運而生，綠色建筑的三大要素是：節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用與活動空間。所以，從產(chǎn)業(yè)鏈到生態(tài)鏈綠色建筑已成為建筑領域可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。

通常人們認為在綠色建筑的策劃、設計和實施中，結(jié)構(gòu)設計相比建筑、暖通、給排水、電氣等其他專業(yè)，發(fā)揮的作用較小。而國家標準新版《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）對舊版標準（2006版）在結(jié)構(gòu)設計方面進行了必要的提升與補充。修訂重點包括：突出結(jié)構(gòu)設計的節(jié)材效益，新增條文（形體規(guī)則性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計）。根據(jù)《綠色建筑評價標準》（2014版）和結(jié)構(gòu)設計自身特點，以下從擇優(yōu)選用建筑形體、建筑結(jié)構(gòu)體系造型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、采用工業(yè)化生產(chǎn)的預制構(gòu)件、合理采用高強建筑結(jié)構(gòu)材料、建筑結(jié)構(gòu)耐久性等六大方面論述結(jié)構(gòu)設計對綠色建筑的重要作用。

1 擇優(yōu)選用建筑形體

近幾年，許多城市出現(xiàn)了建筑外形“新、奇、特”的建筑，把建筑搞得離奇、夸張、怪誕，我們的一些大城市也被國際上稱作是世界建筑師的“實驗場”。這不僅是對城市的整體規(guī)劃的一種破壞，也是對建筑本身節(jié)能、節(jié)材要求的忽略。為了別出心裁，作不必要的變化造型，不合理的超大結(jié)構(gòu)、不均勻?qū)ΨQ的平面設計，使得建材用量暴增。

綠色建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對抗震性能及經(jīng)濟合理性的影響，優(yōu)先選用規(guī)則的形體?，F(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）將建筑形體的規(guī)則性劃分為：規(guī)則、不規(guī)劃、特別不規(guī)則、嚴重不規(guī)則四大類。為實現(xiàn)相同的抗震設防目標，形體不規(guī)則的建筑，要比形體規(guī)則的建筑耗費更多的結(jié)構(gòu)材料。不規(guī)則程度越高，對結(jié)構(gòu)材料的消耗量越多，性能要求越高，不利于節(jié)材。

綠色建筑中的結(jié)構(gòu)設計就是要研究建立科學的建筑方案評價指標體系，包括安全可靠的評價指標體系（綜合考慮結(jié)構(gòu)、地基、抗震、防火）；經(jīng)濟合理的評價指標體系（全面考慮項目的可行性，適用性及性價比，包括機電設備性格比、運行管理性價比、適用材料性價比等）；美觀實用的評價指標體系（實用為本，美觀為上，美觀又屬上層建筑范疇，應考慮包括文化、歷史、地域、民族習俗、環(huán)境等諸多復雜因素）；適度超前的評價指標體系（科學準確，實事求是地預測今后若干年可能出現(xiàn)的情況和所采用的超前設計、新技術(shù)，新產(chǎn)品）。

2 建筑結(jié)構(gòu)體系造型

目前，我國的建筑結(jié)構(gòu)體系，從承重構(gòu)件材料的類型來劃分，主要分為木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等四個主要結(jié)構(gòu)體系。

木結(jié)構(gòu)是以上四種結(jié)構(gòu)體系中最理想的綠色建筑體系。具有節(jié)能環(huán)保性，因為木材是可循環(huán)再生材料，節(jié)省能源，作為建筑材料從生產(chǎn)到廢棄物對環(huán)境的影響最小。具有很高耐久性，如果使用得當，木材則是一種穩(wěn)定、壽命長、耐久性強的材料。但根據(jù)我國的國情特點，地少人多，森林覆蓋率低，木材資源不足。一般木結(jié)構(gòu)建筑最高為四層，按我國有限的土地資源和人口數(shù)量，木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展空間有限，更不適合人口密集的大中城市。

砌體結(jié)構(gòu)是指砌塊砌體結(jié)構(gòu)，砌塊一般包括普通實心磚、空心磚、其他砌塊。為保護耕地，如今全國各地都實行了禁止使用粘土磚的相關(guān)政策，現(xiàn)在使用的砌塊材料主要利用工業(yè)廢渣和礦渣制成，達到節(jié)省資源和廢物重復利用的目的，國家和地方也給了相應的優(yōu)惠政策。所以，砌體結(jié)構(gòu)可作為綠色建筑優(yōu)先選擇的體系。但由于砌體結(jié)構(gòu)本身特點，砌體結(jié)構(gòu)適用于多層和跨度及高度比較小的一般民用建筑，砌筑基本上是手工方式，施工勞動量大，與其他三種結(jié)構(gòu)形式相比抗震性能較差等。所以需要根據(jù)實際情況、因地制宜的選擇。

鋼結(jié)構(gòu)屬于綠色建筑結(jié)構(gòu)體系。鋼材本身屬于可再生重復利用的材料，鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，抗震性能好，結(jié)構(gòu)構(gòu)件由工廠化生產(chǎn)，容易保證工程質(zhì)量，建設施工周期短，造成環(huán)境污染少，所以符合綠色建筑要求。目前，從市場來看鋼材價格下降明顯，鋼材產(chǎn)能嚴重過剩，國家為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，消化過剩產(chǎn)能，鼓勵建設鋼結(jié)構(gòu)建筑，包括政府保障房住宅先期試點選擇鋼結(jié)構(gòu)。所以，鋼結(jié)構(gòu)可作為我國綠色建筑主要結(jié)構(gòu)體系，其發(fā)展前景十分廣闊。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今我國建筑工程中的主導結(jié)構(gòu)。國外研究表明，鋼筋混凝土建筑的耗能量是鋼結(jié)構(gòu)建筑的1.2倍，其耗能所產(chǎn)生的CO2排放量為鋼結(jié)構(gòu)建筑的1.4倍。鋼筋混凝土建筑要消耗大量的砂石、水泥和水，導致國土流失。最后拆除時，其廢棄的渣塊屑又難以回收再利用，造成環(huán)境的大負荷，拆解中的揚塵也造成空氣污染。所以，國外專家認為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系為非綠色建筑，我國卻視作主導結(jié)構(gòu)。但徹底改變鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系為我國建筑主導結(jié)構(gòu)的局面尚需有個過程。

3結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是建筑節(jié)材的重要途徑。在國家標準新版《綠色建筑評價標準》中，結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化被提升為綠色建筑節(jié)材部分的最重要的內(nèi)容。提出對地基基礎、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行優(yōu)化達到節(jié)材效果。其中對地基基礎的優(yōu)化主要查看地基基礎方案的論證報告中措施和效果的合理性；對結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化重點查看結(jié)構(gòu)布置是否沿建筑高度采取了變截面或變壁厚或變材料強度等措施；對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化重點查看結(jié)構(gòu)優(yōu)化文件中構(gòu)件的應力比或柱軸壓比、層間位移角等是否合理。通過開展優(yōu)化設計工作，制定鼓勵優(yōu)化技術(shù)的政策文件，指導建立各種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)選方案，通過對經(jīng)濟、技術(shù)和資源的對比分析，提出優(yōu)化設計報告，這是節(jié)約資源達到綠色建筑設計的重要過程。

4 采用工業(yè)化生產(chǎn)的預制構(gòu)件

預制構(gòu)件是指在工廠或現(xiàn)場采用工業(yè)化方式生產(chǎn)制造的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。綠色建筑要求各類預制構(gòu)件重量與建筑地上部分重量相比不能低于百分之十五。工業(yè)化生產(chǎn)與現(xiàn)澆施工相比較，可減少建材浪費，同時可減少施工的粉塵、噪音及光污染。研究數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)場施工鋼筋混凝土每平方米樓板面積會產(chǎn)生1.8公斤的粉塵和0.14公斤的固體廢棄物，在日后拆除階段則產(chǎn)生1.23公斤的固體廢棄物。據(jù)統(tǒng)計工業(yè)化生產(chǎn)可減少工地現(xiàn)場廢棄物三成，減少施工空氣污染一成，減少5%的建材使用量，對環(huán)境保護意義重大。所以工業(yè)化生產(chǎn)有利于綠色建筑的實現(xiàn)。

5 合理采用高強建筑結(jié)構(gòu)材料

建筑采用高強、輕質(zhì)的材料，可以節(jié)約材料、增大使用面積、減小基礎荷載還給施工帶來方便。同時會促成節(jié)能、節(jié)約資源、減少廢棄物與溫室氣體排放量。所以國家標準新版《綠色建筑評價標準》對采用高強建筑結(jié)構(gòu)材料提出明確要求：對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，400MPa級及以上受力普通鋼筋的使用比例，或混凝土豎向承重結(jié)構(gòu)采用C50以上高強混凝土的比例；對鋼結(jié)構(gòu)建筑，根據(jù)Q345及以上高強鋼材用量；對混合結(jié)構(gòu)，分別對混凝土結(jié)構(gòu)部分和鋼結(jié)構(gòu)部分高強鋼筋和高性能混凝土的比例；按標準要求進行評定其是否為綠色建筑。

6 建筑結(jié)構(gòu)耐久性

建筑結(jié)構(gòu)的耐久性是指結(jié)構(gòu)在正常設計、正常施工、正常使用和正常維護條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能隨時間的劣化，但仍能滿足預定功能的能力。建筑結(jié)構(gòu)的耐久性是綠色建筑的一個重要指標。建筑工程耐久性降低，縮短工程的使用年限，將造成投資的浪費，同時也造成巨大的資源浪費。我國的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設計，在相關(guān)的國家建筑設計標準中都提出了明確規(guī)定。

7 結(jié)語

隨著我國綠色建筑的蓬勃發(fā)展，上海、深圳等發(fā)達城市新建建筑都將是綠色建筑，其他省市也逐步提高綠色建筑比例，這就都對建筑的設計提出了更高的要求，建筑的結(jié)構(gòu)設計方法也將隨之更新發(fā)展。但節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用與活動空間，與自然和諧共生的建筑，是結(jié)構(gòu)設計不變的理念，結(jié)構(gòu)設計也為綠色建筑的實現(xiàn)起著關(guān)鍵的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住建部.綠色建筑評價標準（GB/T 50378-2014）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]韓繼紅，廖琳.綠色建筑評價標準-節(jié)材與材料資源利用建設科技，2015（04）：26-29.

[3]王有為.綠色建筑帶給結(jié)構(gòu)工程師的思考[J].建設科技，2006（23）：74-77.

[4]王浩.綠色建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計簡析[J].華東科技：學術(shù)報，2015（8）：74-74.