浅谈绿色建筑结构设计

浅谈绿色建筑结构设计

新世纪的开始，绿色消费已经席卷全球，其中绿色建筑体现了建筑、自然和人的高层次的协调，代表了未来建筑发展的方向之一。本文是作者多年从事建筑结构设计工作且结合工程实例对现代绿色建筑结构设计进行了相关的研究与探讨，仅供参考。

标签绿色建筑；能源；结构设计；节能环保

前言

随着世界能源资源日益匮乏，人们节能环保意识的逐步提高，可持续发展理念延伸到建筑领域，节能环保建筑、可持续发展建筑正在成为一种跨国全球趋势，绿色建筑既成为一种时尚也成为建筑学科发展的前沿，其不仅体现人类智慧和文明的升华也顺应了人类重回自然怀抱的追求，其要求建筑在全寿命周期内最大限度的节约资源、保护环境并减少污染，并能为人类提供健康、舒适、高效的使用空间，建立人类、自然和人工环境相融合的绿色文明。

本工程为一个单体建筑，地上3 层、地下2 层。地下1 层为车库、人防和设备用房，地上 3 层均为商业用房，屋面为绿化。该项目地处繁华地段，要求结构设计安全可靠、经济合理并充分考虑环保因素。

1、结构方案优化设计

1.1 结构方案的确定对于建筑材料的节省有较大影响

一般情况下若经济许可则较大的柱网和空间会更为人性化和适用，将竖向构件，按照远端对称的原则布置会更趋合理，如出现整体刚度不足、计算周期偏长、位移偏大等情况时，可以采用竖向构件，也可增大部分梁截面。对于竖向构件，可同时调整核心筒和周边竖向构件的数量，在功能和经济的条件下，应尽量减少材料用量；构件可采用竖向构件的新技术，如钢管柱、劲性混凝土等，以大幅节省混凝土与钢材的用量；水平构件采用预应力技术或空间结构等，可以达到减少建筑层高、混凝土用量和用钢量的目的，同时有利于使用阶段的空调节能。

1.2 高强度、高标号材料的选用

该项目建筑功能为大型综合超市，使用荷载较大，底层框架柱负荷面积较大，柱混凝土采用多种标号进行比较，最终选用高标号C45号混凝土，这样既减小了构件尺寸，增大了建筑使用面积，又减少了柱用混凝土的总量。其次，梁、柱所用受力钢筋采用HRB335 和HRB400 两种型号钢筋进行设计比较，结果表明：采用HRB400 级钢筋，梁、柱可以节省钢材约15 %。

1.3 使用绿色高性能混凝土，利用可再生能源和材料

据有关资料推算，全世界每年混凝土的总生产量超过60 亿m3 ，每立方米混凝土中水泥的含量大约在10 %左右，这样每年生产混凝土所用的水泥就达10 亿t～15 亿t 左右。每生产1 t 水泥约向大气排放1 t CO2 ，则每年生产混凝土所用水泥向大气排放10 亿t～15 亿t 左右CO2 ，这个数字约占全球温室气体排放量的4 %～7 %左右。其次，生产混凝土还要消耗大量的砂、砾石和碎石，同时还需要大量水。可见发展绿色混凝土的必要性。

本工程混凝土选用高标号混凝土，同时要求掺加高效外加剂、矿物细掺料来替代水泥等原材料。利用粉煤灰、矿渣及其他工业废料来替代搅拌混凝土中水泥等骨料。本工程地处繁华地段，当地有丰富的可再生水资源储备，采用再生工业水、再生雨水回收水用于养护混凝土、冲洗混凝土运输车和混凝土搅拌，配和优化混凝土骨料级配，使用超塑化剂、减水剂等添加剂，节约城市饮用水等淡水的使用。

2、非承重围护结构采用节能环保材料

非承重的建筑外墙和内部隔墙按照节能环保标准的要求，在保证自承重结构安全的前提下，选择合适的节能材料作为建筑墙体。在本工程选用了典型的绿色墙体“加气混凝土砌块”外加保温隔音棉，平均传热系数0. 567 W/ （m2·K）≤0.

60 W/ （m2·K）[1 ] ，局部适用轻质墙板。轻质墙板由废弃泡沫塑料和水泥加入粘结剂，经高温高压制成，使用于石材幕墙防水层底面，起到良好的保温隔热作用。

3、屋顶绿色设计

绿色屋面不仅能美化城市，还能净化空气、吸尘隔音、保温隔热和减缓城市热导效应。有研究显示，在炎热的夏季，屋顶有植被的大楼比没有植被的大楼温度低2 ℃～3 ℃。本工程中拥有较大面积屋面，设计中综合考虑，屋面以绿化、休闲和停车相结合，在充分利用建筑空间的前提下，最大限度实现屋面绿色设计。

本工程屋顶采用简式轻型的绿化：以草坪为主，配置多种地被和花灌木等植物。用不同品种的植物配置出图案，结合步道砖铺装出图案。屋面隔热层采用250 厚挤塑聚苯乙烯板，导热系数0. 03 W/ （m2·K），再加上500 mm 厚的种植层，屋面传热系数为0. 511 W/ （m2·K）≤0. 55 W/ （m2·K）[1 ] 。为此，结构设计中屋顶每平方米恒载重量增加约为50 kg ，水饱和状态也不超过100 kg。经过结构计算分析，采用绿色屋面比采用普通屋面结构造价增加20 %左右，基础部分造价增加3 %左右，钢筋混凝土梁柱造价增加1 %左右，綜合算出整个工程综合造价增加2 %～3 %左右。

4、细部构造

建筑物凹凸拐角处及交接节点等容易产生冷桥，造成能耗加大，甚至引起结露、透露现象。针对这一点，我们在设计中通过调整结构构件布置、完善建筑作

法来避免。此外，对于过梁、圈梁、嵌入墙体的梁端部、梁垫等与外界接触部位，采用外包珍珠岩或抹保温砂浆等作法来改善。

5、土建施工和装修

绿色施工是绿色建筑的重要环节，只有完美的绿色施工才能最终保证“绿色建筑”的质量。“绿色建筑”=“绿色设计”+“绿色施工”，二者相辅相成，缺一不可。工程施工过程中应对可能具有辐射性和污染性的建筑材料进行检测，检测合格后方可使用，严格控制所用建筑材料对人体的危害性。本工程采取土建与装修工程一体化设计施工，通过事先统一进行建筑构件上的孔洞预留和装修面层固定件的预埋，避免了在装修施工时已有结构构件打凿、穿孔，既提高了结构安全，减少了噪声和建筑垃圾，又缩短了工期，降低了装修成本。

6、结语

本工程为实现“绿色建筑”的设想，采取了几个结构措施，运用《绿色建筑评价标准》中的公共建筑评价标准项对其进行绿色建筑的节材与材料资源利用评价。评价结果：其结构部分基本达到了评定标准星级中所有控制项的要求，工程设计中虽然始终贯彻了绿色建筑思想，也具体的采取了许多措施，取得了一定的成绩，但距离《绿色建筑评价标准》的要求还存在不足之处。