簡述綠色建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

岳永志

【摘要】通過對新版綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容分析，闡述結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在綠色建筑中的作用（節(jié)省建設(shè)資金，節(jié)約資源，保護環(huán)境）；綠色建筑中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，包括對地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對居住環(huán)境要求的提高，對自身身體健康也越來越重視，基于此使得綠色建筑成為未來建筑領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。綠色建筑是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。那么如何實現(xiàn)綠色建筑呢？通常人們認(rèn)為在綠色建筑的策劃、設(shè)計和實施中，結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）對舊版標(biāo)準(zhǔn)（2006版）在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行了必要的提升與補充。修訂的重點包括突出結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，而結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵就在于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。以下從兩個方面來論述綠色建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在綠色建筑中的作用

從綠色建筑造價方面分析。眾所周知，綠色建筑與一般建筑相比建設(shè)成本略高，根據(jù)研究統(tǒng)計一星、二星級綠色建筑每平方米要增加50至100元左右，三星級綠色建筑要增加200元左右。從工程造價方面分析，建筑施工階段大約決定了建安造價的20%，建筑設(shè)計階段大約決定了建安造價的80%。而建筑設(shè)計階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計就決定了整個建安造價的40%到60%以上，對于住宅來說大概是60%以上，對于公建大概是50%以上。同時，和發(fā)達國家相比，我國的建筑平均用鋼量大大高于他們。與社會平均水平相比，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化的住宅和公建的鋼筋混凝土工程項目，一般每平方米工程造價可以節(jié)省60到170元，鋼結(jié)構(gòu)或城市綜合體潛力更大。由此可見，在節(jié)省建設(shè)資金方面，綠色建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是綠色建筑設(shè)計，綠色建筑設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。所以，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是實現(xiàn)綠色建筑的重要途徑。

從節(jié)約資源，保護環(huán)境、減少污染方面分析。目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)依然是我國建筑工程中的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。我國的絕大部分建筑采用的是現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，大量的使用水泥、砂石、鋼筋，其中水泥消耗了大量的能源，造成了大量的污染，國內(nèi)砂石和鐵礦石的資源在日益枯竭。最后建筑壽命終了拆除時，其廢棄的渣塊屑又難以回收再利用，將有巨大的垃圾需要處理，造成環(huán)境的大負(fù)荷。因此迫切的需要減少材料的用量，降低資源消耗，減少鋼材、水泥的消耗，減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減小對環(huán)境的影響。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在降低建筑鋼筋、混凝土消耗具有關(guān)鍵作用。

2、綠色建筑中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

在國家標(biāo)準(zhǔn)新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）中，結(jié)構(gòu)設(shè)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。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：對地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件三個方面進行優(yōu)化達到節(jié)材效果。

地基基礎(chǔ)優(yōu)化方面。地基基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)主要的組成部分，關(guān)系到整個建筑結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟性，多高層建筑下的基礎(chǔ)厚重、混凝土和鋼筋用量都很大，優(yōu)化空間也很大，通過優(yōu)化設(shè)計在建筑基礎(chǔ)設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性之間尋求一個合理的平衡點是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)優(yōu)化的目的。首先從基礎(chǔ)造型和布置開始，通過結(jié)構(gòu)計算來驗證基礎(chǔ)方案的準(zhǔn)確性和可行性，再根據(jù)規(guī)范和實際工程經(jīng)驗對建筑材料的選用進行合理的分析，使其得到充分的利用?；A(chǔ)工程的造價在整個建筑工程造價中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下。因此在建筑基礎(chǔ)優(yōu)化中遵循合理造型、計算準(zhǔn)確、材盡其用、符合規(guī)范的原則，對建筑基礎(chǔ)設(shè)計進行合理、細致的優(yōu)化，能夠起到降低工程造價、節(jié)約資源的作用。

結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化方面。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。但由于我國的國情特點和木結(jié)構(gòu)自身特點，在我國建筑領(lǐng)域占比重極小。砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)化相對而言設(shè)計計算性不強，主要是概念設(shè)計優(yōu)化和構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化?？勺裱韵略瓌t：優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫共同承重；縱橫墻的布置應(yīng)均勻?qū)ΨQ；縱橫墻豎向應(yīng)上、下連續(xù)，不宜采用上剛下柔的結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu)，屬于綠色建筑結(jié)構(gòu)體系，未來發(fā)展前景廣闊。鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化可遵循以下原則：選擇結(jié)構(gòu)平面布置合理的鋼結(jié)構(gòu)方案，方案結(jié)構(gòu)的傳力途徑與受力盡可能簡單、明確；加強設(shè)計連接節(jié)點優(yōu)化；完善整體布置和構(gòu)件設(shè)計。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今我國建筑工程中的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化的方法可分為截面優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、布局優(yōu)化以及滿應(yīng)力優(yōu)化等。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可遵循以下原則：精確計算荷載值，準(zhǔn)確理解規(guī)范；結(jié)構(gòu)與建筑專業(yè)協(xié)調(diào)；合理的選用鋼筋和混凝土標(biāo)號；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?？傊趦?yōu)化設(shè)計的過程中，要以建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性為基礎(chǔ)，合理地確定結(jié)構(gòu)的可靠度水平，采取最經(jīng)濟的手段，使結(jié)構(gòu)具有各種預(yù)期的功能。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化方面。結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計比較具體，可定量分析，把握單體構(gòu)件的設(shè)計也是實現(xiàn)總體優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。鋼筋的強度、混凝土的性能、構(gòu)件的高度和寬度、箍筋的間距等方面的設(shè)計都影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能。不具備實用功能裝飾性構(gòu)件在建筑中大量應(yīng)用，在施工中較少采用工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，都影響工程的造價。建筑功能、柱網(wǎng)跨度、荷載大小等因素對整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有影響。最后，需要重點查看結(jié)構(gòu)優(yōu)化文件中構(gòu)件的應(yīng)力比或柱軸壓比、層間位移角等是否合理。

總之，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是實現(xiàn)綠色建筑的重要方法，可以為綠色建筑節(jié)省資金，為社會節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少污染，具有經(jīng)濟效益和社會效益價值。隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展進步，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等新的技術(shù)手段已運用到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中來，使得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)手段更加豐富，在遵循“經(jīng)濟、適用、合理”的設(shè)計原則下，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將為綠色建筑發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

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