浅谈绿色建筑结构设计

浅谈绿色建筑结构设计

摘要：我国的绿色建筑正处于起步阶段，节能设计与建筑能耗的问题越来越受到广泛的重视。文章对绿色建筑评价和设计标准中与结构相关的内容进行了分析，从结构的体系选型，构件工业化及耐久性等方面在绿色建筑中的应用进行阐述，并对绿色建筑中的结构设计提出建议。

关键词：绿色建筑结构体系工业化耐久性

绿色建筑近年来在我国开始蓬勃发展。绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节能、节地、节水、节材、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的空间，与自然和谐共生的建筑。其主要内涵———减轻建筑对环境的负荷，即节约能源及资源；提供安全、健康、舒适性良好的生活空间；与自然环境亲和，做到人及建筑与环境的和谐共处、永续发展。从我国的第一部从住宅和公共建筑全寿命周期出发，多目标、多层次地对绿色建筑进行综合性评价的推荐性国家标准———《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2006在2006年正式颁布实施，而从这些标准或导则中可以看到，绿色建筑中结构内容与规划、建筑、电气、给排水、暖通等专业的内容相比是非常少的。如何体现结构设计在绿色建筑中的应用？以下就从结构设计中的结构体系选型，结构构件工业化，结构耐久性等几方面进行阐述。

一、绿色建筑的结构体系选型

我国的建筑结构体系，从承重构件材料的类型来划分，主要分为木结构，砌体结构，钢结构，钢筋混凝土结构等4个主要结构体系。

从纯粹的绿色建筑内涵来看，木结构是最理想的绿色建筑结构体系。木结构取材直接且可循环再生，建造施工的安装和拆除简易快捷，节约能源，对环境无污染和破坏；真正可以使建筑感到“与自然环境亲和，做到人及建筑与环境的和谐共处、永续发展。”从结构设计的角度分析，木结构的自重轻，抗震性能较好，民谚所说的“晃而不散，摇而不倒”“墙倒柱立屋不塌”，是舒适性和安全性相结合的结构体系。然而我国的国情是地少人多，森林覆盖率底，木资源不够丰富。目前木结构的房屋建筑最高只能盖到3-4层，并且大多局限使用在别墅房屋、民俗场馆等建筑内。以我国有限的土地资源不可能大规模的发展别墅建筑，也不能适应密集的城市人口发展，所以木结构的应用是非常有限的。

砌体结构主要指的是砌块砌体结构，并不包含粘土砖砌体结构。从绿色建筑国家标准到地方标准，都制定了禁止使用粘土砖的相关条文，这是与我国的耕地保护政策是一致的。由于砌块材料主要是利用砖渣，工业废渣或矿渣制成，节约资源和废物重复利用，因此砌块砌体结构是值得提倡的绿色建筑结构体系。

钢结构亦属于绿色建筑结构体系。钢结构尤其是轻钢结构，其自重轻，抗震性能好，主要结构材料均属可再生重复利用的材料，大量的构件系工厂化生

产能保证工程质量，施工周期短且环境污染较少，是典型的绿色建筑。我国目前的钢结构设计主要用于大型公共建筑和超高层办公建筑，而钢结构住宅较少。这是由于钢结构住宅的造价相对于砌体结构和钢筋混凝土结构还比较高的因素。但是从长远来看，钢结构住宅无疑是住宅产业化和发展的主要方向，亦是未来中国绿色建筑的主要结构体系。

钢筋混凝土结构现阶段仍然是我国建筑的主导结构体系，虽然在国外已有专家明确提出钢筋混凝土结构的建筑为非绿色建筑。这是结构设计在我国绿色建筑应用中首当其冲的大问题。钢筋混凝土结构建筑使用大量的水泥，砂，石等材料，产生的粉尘和二氧化碳直接影响环境和气候，拆除钢筋混凝土建筑后的废弃物大部分亦无法回收重新利用。当钢筋混凝土结构体系作为目前我国绿色建筑的主要结构体系时，结构设计工程师所要考虑和解决的主要问题就是如何减少和降低其对环境影响；如何提高混凝土耐久性，延长混凝土建筑物使用寿命。所以为减少使用混凝土的用量，采用高性能混凝土、高强钢筋、轻质填充墙以减小结构构件尺寸和减少建筑物自重；对结构体系进行优化设计，多种结构方案比较做到经济合理；采用大开间空心楼盖结构或大跨度预应力结构等新型结构形式。

二、结构构件工业化对绿色建筑发展的促进

建筑产业化尤其是住宅建筑产业化，无疑是我国住宅建筑未来的发展方向。建筑产业化使得结构构件的工业化生产和制作成为必然趋势。国家和地方的绿色建筑评价和设计标准把采用工业化生产的结构构件作为绿色建筑结构应用的主要内容。

虽然我国的钢结构住宅发展还处在一个起步阶段，但是钢结构却是最符合产业化生产方式的结构形式。由于钢结构构件自身材料的特点，它容易实现结构设计的标准化、结构构件生产的工厂化、结构施工的机械化和装配化，并且能够进行系列化的开发、集约化的生产和社会化的供应。而绿色建筑为钢结构住宅未来的产业化发展提供了定位和方向。

由于现阶段我国占主导住宅结构体系仍然是钢筋混凝土结构，因此混凝土结构构件的工业化才是使钢筋混凝土结构融入绿色建筑的最佳方式。PC （Prefabricated Concrete，意为“预制装配式混凝土结构”）工业化则是钢筋混凝土结构住宅产业化的主要模式。预制装配式混凝土结构是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接，结合部分现浇而形成的混凝土结构。其主要特点是绿色施工，节能环保和优质高效。在当今国际建筑结构领域，PC工业化项目的运用形式在各国和各地区均有所不同，国内尚属开发、研究阶段。从2007年开始，万科集团在上海和北京等地建造了以PC工业化为模式的住宅，如“万科新里程”，“上海金色雅筑”，“北京万科假日风景紫苑”等住宅产业化的楼盘。而PC工业化在日本，新加坡，中国香港等国家地区已被广泛使用，并成为工业化住宅市场的主流。2008年，香港重建的葵涌工厂大厦项目采用“新型预制组件建筑方法”———采用PC构件（包括外围墙体和柱梁板等主要受力构件），在香港工程师学会和英国结构工程师学会合办的“卓越结构大奖2008”中，荣获“卓越结构嘉许奖”。

结构构件产业化需要结构工程师在建筑方案引领下，结合工厂生产工艺以及现场装配和连接的施工方法对PC构件进行设计。PC构件在抗震设防区，如何保证抗震结构构件之间连接，结构构件与非结构构件之间的连接具有良好的抗震性能是结构工程师的主要研究方向。在日本，预制装配结构的住宅建筑还广泛地应用隔震、减震消能装置以提高抗震性能。

三、结构耐久性设计

建筑结构的耐久性是指结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，由于结构构件性能随时间的劣化，但仍能满足预定功能的能力。建筑结构的耐久性是绿色建筑的一个重要分支，是实现绿色建筑全寿命周期的保证。

钢结构的耐久性设计主要体现在结构构件的防腐和耐火材料的使用上。混凝土结构的耐久性设计一部分为《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中的第3.4.1～3.4.8条规定的内容；另一部分则分散在不同规范的各章节中。2009年5月开始实施的《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）对混凝土结构的耐久性设计提供了较为详细的设计依据。因此，绿色建筑中在进行结构耐久性设计时应综合所有相关规范的要求来进行设计。

结语：

绿色建筑的结构设计对结构工程师提出了更高的要求。结构工程师需树立绿色建筑的理念从结构体系、结构构件工业化和耐久性等主要方面去进行结构设计，同时还应在结构方案阶段考虑节材、施工安全、环保等措施；并且进行结构优化设计，建立多种结构形式的优选方案，通过对经济、技术和资源的对比分析，得出最优的绿色建筑结构设计方案。

参考文献

[1] 肖磊.刘袁园. 浅析绿色节能建筑设计的主要方法[J]经营管理者2011.05.

[2]绿色建筑评价标准（GB/T50378-2006）.中国建筑工业出版社,2006.

[3]王有为.绿色建筑带给结构工程师的思考.2005.