從綠色建筑理念角度分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

戴杭波1 劉 祎2

1浙江當(dāng)代建筑設(shè)計研究院有限公司 310030；2 浙江東南建筑設(shè)計有限公司 310030

【摘 要】由于綠色運動快速發(fā)展，在一定程度上促進(jìn)了居住生態(tài)危機，目前，社會已高度關(guān)注綠色建筑。第三代建筑思潮的思路不僅僅是通過種植植物綠化建筑內(nèi)部及外部的環(huán)境，而且要讓建筑尊重自然、回歸自然，降低污染，實現(xiàn)高效節(jié)能。在建筑設(shè)計方案中，其最重要的一個部分即是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計也實現(xiàn)綠色潮流。本文主要分析和探討了基于綠色建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，可供參考。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；節(jié)能環(huán)保

最近幾年，人類居住的生態(tài)環(huán)境不斷下降，城市霧霆、溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重，這些問題時刻警醒著我們快速發(fā)展的城市，對于城市未來的發(fā)展方向，需要人們更多的深思。此時，在建筑設(shè)計界，正涌動著第三代建筑思潮，即綠色建筑。綠色建筑這一概念從各種建筑材料對環(huán)境影響的綠色分類到不同綠色建筑評估指標(biāo)系統(tǒng)的分析，從綠色建筑的設(shè)計風(fēng)格和方法 探討到綠色建設(shè)中生態(tài)影響的計算，綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與之相比，顯得比較沉穩(wěn)，這正好與結(jié)構(gòu)設(shè)計師的性格相符。在建筑發(fā)展趨勢中，必然會大力發(fā)展綠色建筑結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)建筑的節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展，從而改善現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境。

一、綠色建筑結(jié)構(gòu)的特點

相比于其他普通建筑，綠色建筑有著顯著的優(yōu)勢，其主要特征是健康環(huán)保、綜合系統(tǒng)、低耗節(jié)能、審美和諧。在設(shè)計綠色建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)綠色建筑的特點要求，同時以建筑本身綠化為輔，使結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能減排的目標(biāo)。綠色建筑結(jié)構(gòu)在滿足以上述綠色建筑基本特點后，還應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的前提下，盡可能地提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。通過分析得出綠色建筑結(jié)構(gòu)以下三大優(yōu)勢。

1節(jié)能性

據(jù)統(tǒng)計，全球能量的50%用于工業(yè)、交通和其它行業(yè)，45%用于建筑物的采暖、空調(diào)和照明，5%則用于建筑物的構(gòu)造?？梢?，與建筑相關(guān)的能耗約占全球全部能耗的一半。因此，建筑節(jié)能研究在綠色建筑體系營造中占有突出的地位。綠色建筑結(jié)構(gòu)必須具備節(jié)能特性。

2環(huán)保性

綠色一詞表面意思就是生態(tài)環(huán)保，不對自然環(huán)境產(chǎn)生過多的污染。綠色建筑結(jié)構(gòu)充分利用合理的結(jié)構(gòu)類型、材料，在建筑物建成后，在較長的時期保持環(huán)保。

3經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性

建筑如果過分追求外觀，不考慮強制使用高成本的某種結(jié)構(gòu)體系帶來的經(jīng)濟(jì)問題，那么這樣的建筑勢必給社會和人民帶來過重的負(fù)擔(dān)，違背了綠色建筑的節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的原則。為支持起綠色建筑的這一目標(biāo)，綠色建筑結(jié)構(gòu)也具備經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

二、綠色建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

隨著建筑的快速發(fā)展和人們對綠色建筑的追求，大幅提高了對設(shè)計理念的要求，綠色建筑結(jié)構(gòu)的概念也越來越明確。在各式各樣的建筑結(jié)構(gòu)中，多樣化、復(fù)雜化的高層建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，促進(jìn)了綠色高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式不斷成熟。與一般設(shè)計相比，在設(shè)計綠色建筑結(jié)構(gòu)時，除了要遵循一般建筑結(jié)構(gòu)的整體性、合理適中性原則外，還要尊重自然原則。

1.結(jié)構(gòu)整體性原則

綠色建筑設(shè)計應(yīng)以整體利益、長遠(yuǎn)利益為主，不要限制于局部利益和暫時性利益，在最大程度上實現(xiàn)環(huán)境效益，并與自然環(huán)境有機結(jié)合起來，自身形成一個開放的體系。在綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)與建筑設(shè)計構(gòu)成一個整體，結(jié)構(gòu)充分符合建筑的整體效應(yīng)。綠色結(jié)構(gòu)可以使綠色建筑達(dá)到設(shè)計的各項目標(biāo)。

2合理適中原則

綠色建筑結(jié)構(gòu)遵循合理適中的原則，合理的結(jié)構(gòu)體系，適中的經(jīng)濟(jì)成本，這些要求也是對結(jié)構(gòu)具備綠色特性的表現(xiàn)。如果結(jié)構(gòu)體系富余度大，勢必造成過多的建設(shè)成本，對社會形成了過多的資源浪費，無法達(dá)到節(jié)能的效果，就談不上綠色了。所以綠色結(jié)構(gòu)是在保證結(jié)構(gòu)安全性的情況下合理的節(jié)省資源消耗，特別是對自然依賴性較強的資源。

3.尊重自然原則

綠色建筑的顯著特點就是能夠與環(huán)境完美的相融合，使二者和諧統(tǒng)一。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)先考量自然、生態(tài)，改變過去人類是自然中心的錯誤意識，尊重自然法則，維護(hù)生態(tài)平衡，注重生態(tài)環(huán)保。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中每一步都應(yīng)力求做到與環(huán)境和諧統(tǒng)一，因為建筑本就取之于自然，所以最終必定會回歸到自然中去，這也是第三代建筑思潮的核心。

三、綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思路

1.綠色建筑結(jié)構(gòu)選型

結(jié)構(gòu)選型對于綠色建筑的呼應(yīng)可以發(fā)生在更高的層面上以確保建筑在與自然共生條件下的可持續(xù)建造性。事實上，與傳統(tǒng)建造體系相比，綠色設(shè)計結(jié)構(gòu)體系在很大程度上降低了建筑活動對環(huán)境造成的影響，在建筑的壽命中，結(jié)構(gòu)選型發(fā)揮著積極的作用，在綠色建筑中，其最重要的一個環(huán)節(jié)即是綠色建筑結(jié)構(gòu)選型，正確的選型可以為綠色建筑提供“健康的骨骼”，從而有利于環(huán)保節(jié)能結(jié)構(gòu)體系的建立。

2從綠色建筑的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，要進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃選址，對于建筑物的外部環(huán)境和體型朝向等設(shè)計要進(jìn)行認(rèn)真的分析研究，使得房屋建筑能夠獲得良好的外部氣候環(huán)境，實現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)。在設(shè)計時要綜合考慮施工地的地理環(huán)境和水文地質(zhì)環(huán)境，合理設(shè)計外部環(huán)境，并且規(guī)劃建筑物的體型設(shè)計。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要包括建筑物體型、建筑組合以及建筑朝向等多個方面，針對不同的情況需要融合進(jìn)節(jié)能環(huán)保的理念，實現(xiàn)建筑外部結(jié)構(gòu)設(shè)計的最佳狀態(tài)。從建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，需要從不同的環(huán)節(jié)考慮。對于屋頂節(jié)能設(shè)計來講，為了達(dá)到目標(biāo)可以采取坡度屋頂，加強屋面的保溫措施，并且根據(jù)實際的情況需要設(shè)計成為保溫隔熱的屋面，這些措施都是在建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中能夠?qū)崿F(xiàn)的節(jié)能措施。一般情況下較為常用的節(jié)能屋面有高效保溫材料屋面、浮石砂保溫屋面、架空型保溫屋面以及倒置型保溫屋面四種。對于平頂屋來講，主要采用的是加氣混凝土保溫，厚度一般需要增加到50—100mm。

3對于墻體節(jié)能的設(shè)計來說，由于墻體是綠色建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，因此說墻體的節(jié)能設(shè)計直接影響到建筑物的能耗問題。對于墻體節(jié)能有兩個主要的方式，即隔熱節(jié)能設(shè)計和保溫節(jié)能設(shè)計。對于隔熱設(shè)計，主要是使用隔熱材料和隔熱構(gòu)造，一般隔熱材料主要有板塊類、填充類以及熱反射類，而目前使用較多且廉價環(huán)保的是空氣層隔熱法，該方法是將空氣作為隔熱材料阻擋熱量，通過減低傳熱達(dá)到隔熱的目的，其隔熱的性能良好。房屋建筑的保溫節(jié)能設(shè)計包括外保溫和內(nèi)保溫兩個方面。建筑結(jié)構(gòu)的外保溫就是在外墻上做保溫材料，并加上防水層，在設(shè)置外墻裝修的構(gòu)造方法，這樣能夠有效地保護(hù)墻體受到太陽輻射的影響，減小墻體應(yīng)力的損害，并且能夠?qū)τ诮ㄖY(jié)構(gòu)中較為敏感的柱、梁以及墻角等起到保護(hù)的作用。外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)是重質(zhì)砌體，可以減弱室溫的波動性。

2選擇綠色結(jié)構(gòu)建材

綠色建材是綠色建筑各項功能目標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)支撐，對綠色建材的選用很大程度上決定了建筑的綠色程度。同樣選擇綠色結(jié)構(gòu)建材形成的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案更加有效產(chǎn)生綠色效果。綠色結(jié)構(gòu)本身材料應(yīng)為綠色建材，具有可持續(xù)發(fā)展的潛力，從而確保建筑可持續(xù)發(fā)展，同時綠色結(jié)構(gòu)的構(gòu)成單元具有可代替性，即當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時，能及時方便有效地更換，因而結(jié)構(gòu)的使用年限得以延長，同時維修的頻度和造價大大降低。

3重點開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的綠色性

鋼結(jié)構(gòu)擁有其他結(jié)構(gòu)類型所不具備的優(yōu)秀特點，可以成為綠色結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)類型。力學(xué)性能清楚，抗震性能好，鋼材延性好，耐久性好，這使得能利用鋼材塑性變形耗能，建筑震害少、震害輕；鋼結(jié)構(gòu)建筑自重較輕，減輕地基受力。節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、減排、安裝簡單、建設(shè)工期短，運輸過程中對環(huán)境污染小，易拆除，可重復(fù)利用、材料可循環(huán)利用等優(yōu)點，符合了綠色建筑的要求。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)具有輕、快、好、省的優(yōu)點，目前是綠色建筑最佳的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)重點開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的綠色。

4開拓創(chuàng)新，開發(fā)新的綠色結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件

當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，綠色建筑的興起，對結(jié)構(gòu)計算的要求也越發(fā)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和程序有時達(dá)不到設(shè)計要求，需要高新科技設(shè)計軟件來完成設(shè)計。由于力學(xué)模型比較復(fù)雜，難以精密計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況，或?qū)G色建筑結(jié)構(gòu)目標(biāo)的效果分析無法精確，則綠色結(jié)構(gòu)得不到保證。這就需要重新開發(fā)新的設(shè)計軟件，使結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到進(jìn)一步完善。

四、結(jié)語

綜上所述，綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是綠色建筑的重要組成部分，是今后結(jié)構(gòu)設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者要遵守相關(guān)規(guī)范下，具有與時俱進(jìn)的思想，不斷探索更新設(shè)計理念，開創(chuàng)新的技術(shù)，建立綠色建筑結(jié)構(gòu)體系。綠色建筑結(jié)構(gòu)是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的又一核心，是綠色建筑的有力保障。