探析绿色建筑结构设计

探析绿色建筑结构设计
绿色建筑的结构设计核心是指在建筑全寿命周期内，节省资源。

而传统结构设计中的“经济”原则，也要求在设计中节省材料，但只是强调在结构设计中的结构主体材料节省。

故两者有着本质区别。

绿色建筑中的全寿命周期是指从项目的立项到项目的设计施工，再到使用、拆除等，即建筑材料从自然中来，再到建筑中去的全过程。

而传统建筑仅关注设计、施工这两个阶段。

一、绿色建筑结构设计的概述
1.1转变绿色建筑结构设计的观念
长期以来，结构设计理念都是围绕“安全、经济、适用”的原则进行的。

在设计院从事结构设计的工程师，对这一原则的遵守已根深蒂固。

而绿色建筑则是从保护环境和节约资源的角度出发，力求为人们提供健康、适用和高效的使用空间、与自然和谐共生的建筑。

因此，结构工程师在进行绿色建筑设计时，应增加绿色理念，即围绕“安全、经济、适用、绿色”的原则开展设计工作。

结构工程师不但要遵守常规结构标准，还需要依据绿色建筑的相关标准、技术手段，进行综合的结构设计，以实现绿色建筑。

1.2结构设计的三个阶段
第一阶段，在二十世纪九十年代之前，结构设计工作的重点是以“安全”为主，即在满足建筑方案的基础上，尽量选用安全的方案。

第二阶段，在二十世纪九十年代后至二十一世纪初，随着计算机的广泛应用，结构设计难度大为降低，设计重点便放转到“安全、经济”上，即用最少的材料，在满足安全的前提下实现建筑方案。

第三阶段，从二十一世纪初到现在，逐步建立了“安全、经济、适用、绿色”的原则，即在常规结构设计的基础上，增加了一个绿色设计着眼点，从而使建筑与自然融为一体，节约资源，保护环境。

二、绿色建筑结构设计的方法
2.1选材
选材是建筑全寿命有效节材的重要手段，是实现绿色建筑的前提和基础。

合理的结构选材，不但能避免采用能耗高、污染大的结构材料，还能充分利用旧结构材料，做到结构材料的循环应用，从而最大限度的节省材料。

结构绿色选材的
手段有以下几方面：（1）选用当地或附件地区生产的结构材料。

选用当地或附件地區生产的结构材料，可以降低材料在运输过程中的能耗，减少对环境的污染。

在建筑工程中，常用的结构材料主要有混凝土、钢筋、钢材、砌块和木材等，这些材料的生产厂家已经遍布全国各地，甚至个别地区还出现了产能过剩。

因此，就近选用结构材料是可行的，一般建议在500km以内进行采购。

此外，还需注意主要结构材料的组成材料应就近选用问题。

如混凝土主要由粗骨料砂石和细骨料水泥组成，部分地区因本地区砂子的处理难度大，便到外省市进行远距离运输砂子，导致大量的运输能耗。

同时，石料和水泥的选用也应做到就近采用，才能更有效的降低能耗。

（2）选用预拌结构材料。

预拌的结构材料主要有预拌混凝土和预拌砂浆。

预拌混凝土是指水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后出售，并采用运输车在规定的时间内运至使用地点的混凝土拌合物。

也就是俗称的商品混凝土。

预拌砂浆是指由专业厂家生产的，用于一般工业与民用建筑工程的砂浆，包括干拌砂浆和湿拌砂浆。

（3）使用以废弃物为原料生产的结构材料。

使用废弃物代替原料生产结构材料，不但可以节省稀缺的结构原料，还可以变废为宝，从而有效的节约资源。

结构常用的废弃物主要为工业废弃物，如粉煤灰、矿渣、煤矸石等，还有沿海地区的海泥等。

这些材料可用于混凝土、水泥及砌块内，以替代部分骨料。

如掺入粉煤灰的混凝土，不但节省水泥的用量，还改善了混凝土的热收缩性；矿渣砌块、煤矸石砌块和海泥砌块均可减少水泥和砂子的用量。

2.2节材
节材在绿色建筑结构设计中是指在满足结构相关规范的前提下，通过优化结构设计及提高材料利用效率等手段，合理的降低材料用量。

恰当的节材手段，不仅能减少材料的需求，还能减少材料在生产、施工和维护方面的能耗。

结构绿色节材的手段有以下几方面：（1）采用建筑形体规则性好的结构方案。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），建筑形体的规则性分为：规则、不规则、特别不规则、严重不规则，严重不规则的建筑不应采用。

建筑方案一般由建筑师确定，结构工程师在满足建筑方案的要求下进行相应的结构设计。

当建筑形体为特别不规则时，结构工程师便根据抗震设防情况，进行抗震性能化设计，若为高层建筑，还将进行超限高层建筑结构抗震审查。

为实现相同的抗震设防目标，形体不规则的建筑，要比形体规则的建筑耗费更多的结构材料。

不规则程度越高，对结构材料的消耗量越多，性能要求越高，不利于节材。

因此，绿色建筑应优先选优规则的结构方案，其次为不规则的结构方案，以便更好的节省结构材料。

（2）
采用工业化生产的结构构件。

预制结构构件主要有预制梁、预制柱、预制墙板、预制阳台板、预制楼梯等。

在保证安全的前提下，使用工厂化方式生产的预制构件，首先可以有效降低混凝土、钢材、木材、砌块等建筑材料的损耗，同时也可以节省用水量。

例如：工业化生产时，制作混凝土构件所用的钢模具、钢模板的循环使用次数远高于现场制作模具的木模板；混凝土构件的养护用水也可循环使用，从而减少用水量。

其次，装配施工相较传统的施工方式，大幅减少了建筑噪音的干扰，建筑垃圾的产生，建筑污水、有害气体和粉尘的排放等。

再次，装配式建筑以预制构件为基本单元，在拆除或更换时只需按构件进行，减弱了相连构件间的影响，因此更加灵活；拆除替换后的构件损伤相对较小，仍可再次利用，即使在构件受损较大而不能使用时，也可通过集中处理（如钢材回炉，混凝土加工为再生骨料等）得以循环利用。

（3）合理采用高强度结构材料。

结构设计中的主体材料以钢筋、混凝土和钢材为主。

采用高强度结构材料，是结构节材常用的手段，也是广泛接受且行之有效的手段。

合理采用高强度结构材料，可减小构件的截面尺寸及材料用量，同时也可减轻结构自重，减小地震作用及地基基础的材料消耗。

相比于HRB335钢筋，以HRB400为代表的高强钢筋具有强度高、韧性好和焊接性能优良等特点，应用于建筑结构中具有明显的技术经济性能优势。

据测算，用HRB400钢筋代替HRB335钢筋，可节省10%～14%的钢材。

对于混凝土结构的竖向构件，其强度等级越高，相应的截面尺寸就会越小，也就减少了混凝土的用量，节约了材料。

钢结构的构件，当由强度决定时，其材料强度越高，钢材用量越少；当由刚度决定时，则合理选择强度等级。

绿色建筑中，结构的材料强度建议钢筋尽量采用HRB400级或HRB500级钢筋，混凝土的竖向构件尽量采用C50及以上的强度等级，钢结构尽量采用Q345或Q345GJ钢材。

三、结束语
随着城镇化建设的快速推进，促进了建筑业的发展，同时使得能源、土地、水、原材料等资源严重短缺，并且实际利用效率较低，要走可持续发展道路，使建筑尽可能少的消耗不可再生资源，发展节能与环保的绿色建筑刻不容缓。

参考文献：
[1]赵彦革.绿色建筑设计中的结构法规研究[J].建筑结构，2011（41）.。