輕骨料混凝土在綠色建筑中的應用探討——以某鉑金級綠色建筑為例

李懷玉，劉軍，戴輝自，郭帆，鄧杰

（中煤科工集團重慶設計研究院綠色建筑技術中心，重慶 400016）

0 引言

目前，我國建筑能耗已與工業能耗、交通能耗并列成為能源消耗的三大“耗能大戶”。近年來，建筑能耗呈急劇上揚趨勢，其能耗已占到全社會終端能耗的30%左右。為緩解我國能源和環境所面臨的困境，國家相繼提出走新型工業化發展道路、發展低碳循環經濟、建立資源節約型、環境友好型社會等理念；國務院辦公廳2013年發布了綠色建筑行動方案，對我國綠色建筑、綠色建材、綠色施工進行了全面部署，綠色、低碳已成為我國建筑發展的主導方向。綠色建筑［1］是在全壽命周期內最大限度地節能、節地、節水、節材，保護環境和減少污染，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。

輕骨料混凝土是近年來研究較多的一類新型混凝土，輕骨料內部的微孔可大幅減輕混凝土的自重，同時可顯著改善混凝土的抗震、隔熱、隔聲等效果，在建筑結構體系和圍護結構中都有廣泛的應用前景[2]。但目前我國輕骨料混凝土的應用仍處于起步階段，而輕骨料混凝土的各項性能指標完全符合“綠色建筑”對建筑材料的要求，因此，有必要對輕骨料混凝土在“綠色建筑”中的應用情況進行相關研究。本文以重慶某鉑金級“綠色建筑”設計方案為例，分析輕骨料混凝土在綠色建筑中應用的相關情況。

1 項目概況

該項目為重慶市某住宅小區的配套幼兒園，建筑面積1978.28m2，建筑層數為3層。項目設計定位于鉑金級（三星級）綠色建筑，致力為學生創建一個生態、舒適的學習和生活空間，提升建筑品質。為實現鉑金級綠色建筑的目標，項目主要采用了以下技術：輕骨料混凝土結構體系、墻體自保溫技術、薄層砌筑技術、彩鋼復合型材高效節能門窗技術、可調外遮陽系統、雨水收集利用、透水地面系統、屋頂綠化、太陽能熱水系統、室內空氣質量監測系統、建筑智能化和自動控制系統、土建與裝修一體化等。項目效果圖如圖1所示。其中，輕骨料混凝土結構體系是該項目最大的技術亮點，與普通混凝土結構體系相比，輕骨料混凝土具有大幅減輕建筑自重、提高建筑的抗震性、改善建筑的保溫隔熱性能、降低建筑能耗等優勢。

圖1 項目效果圖

2 輕骨料混凝土對建筑能耗的影響

該項目為公共建筑，其節能率需滿足建筑節能50%的要求。據資料顯示，建筑圍護結構能耗占建筑總能耗的40%～60%，因此，改善圍護結構的節能效果將對建筑的綜合節能率產生較大貢獻。與普通混凝土相比，輕骨料混凝土具有較低的導熱系數（普通混凝土為1.74W/m·K、輕骨料混凝土為0.18～1.01W/m·K）[3]，同時，當輕骨料混凝土作為結構材料時，對熱橋部位的保溫要求也會相應降低。為便于直觀反映采用輕骨料混凝土后外墻構造的區別，表1為建筑節能率基本相同時采用的三種不同外墻構造。

從表1可以看出，在建筑節能率基本相同的情況下，采用輕骨料混凝土作為結構材料時，外墻砌體的厚度可減少20mm，熱橋部分的無機保溫砂漿可減少15mm。也即降低結構部位材料的導熱系數，可降低外墻保溫隔熱性能的要求；當采用相同的圍護結構時，輕骨料混凝土較好的保溫隔熱性可降低建筑能耗，提高建筑節能率。

表1 輕骨料混凝土對建筑能耗的影響

3 輕骨料混凝土對結構配筋量的影響

輕骨料混凝土結構設計參照 《輕骨料混凝土結構設計規程》（JGJ 12-2006）及 《輕骨料混凝土技術規程》（JGJ 51-2000），表2為結構計算采用的主要參數，表3為結構計算時輕骨料混凝土的性能參數取值。在滿足結構安全要求的前提下，輕骨料混凝土由于表觀密度、彈性模量等性能與普通混凝土的差異，結構設計時混凝土的配筋率也會有所不同。

表2 結構計算采用的主要參數

表3 結構計算輕骨料混凝土采用的參數

為便于對比分析，對結構梁、板、柱采用相同的混凝土強度等級，分別按照普通混凝土（C30）和輕骨料混凝土（LC30）進行計算。利用結構設計軟件PKPM-SATWE對其前期處理數據資料作適當調整，得到普通混凝土和輕骨料混凝土在豎向荷載作用下的內力，以及兩種混凝土在地震作用下的自振周期、樓層層間剪力、層間彈性位移，對其給出的抗剪及正常使用極限狀態下的結果進行人工復核，確定配筋情況。表4為兩種混凝土結構體系配筋計算結果。

從表4可以看出，輕骨料混凝土由于其容重和彈性模量與普通混凝土的不同，通過結構計算分析可知，采用輕骨料混凝土的柱、梁、板用鋼量都有一定的降低，梁和板的用鋼量可減少6.0%以上，柱用鋼量可減少2.0%以上，單位面積總用鋼量可減少5.73%。

表4 兩種混凝土結構配筋計算結果

可見，輕骨料混凝土作為結構材料時，可在一定程度上減少鋼材用量。由于該項目建筑面積較小，從上文分析可知，若在高層建筑中推廣采用輕骨料混凝土結構體系，總用鋼量的減少幅度會隨之提高，對鋼材這類高能耗、高污染材料而言，其用量的減少可顯著提高建筑的“綠色度”。

4 造價分析

目前，由于輕骨料混凝土還未大規模使用，輕骨料生產廠家偏少，導致輕骨料混凝土的售價偏高，以C30混凝土為例，單位成本較普通混凝土高出130～200元/m3，但從前兩節的分析可知，輕骨料混凝土可提高建筑的節能率，降低總用鋼量。以下分析建筑采用輕骨料混凝土后的造價情況。

4.1 墻體保溫部分造價

采用輕骨料混凝土后，在滿足建筑節能率的情況下，外墻厚度可明顯減小；若同時采用薄層砌筑的技術措施，可取消熱橋部位的保溫施工。表5為墻體保溫造價對比，從表5中可以看出，在同等節能率下采用輕骨料混凝土后砌體可節省造價9.1%，熱橋部位可節省造價4.3%，綜合造價節省20%；在輕骨料混凝土基礎上同時采用薄層砌筑的技術措施，墻體部分綜合造價節省率可達到30%。

表5 不同構造對墻體保溫造價的影響

4.2 結構部分造價

表6 不同構造對結構部分造價的影響

表6 為采用輕骨料混凝土后建筑結構部分的造價對比，從表6中可以看出，在鋼筋的用量上采用輕骨料混凝土方案可減少鋼筋用量，其造價節約1.62萬元；兩種混凝土的用量一致，但由于輕骨料混凝土的市場價高于普通混凝土，所以采用輕骨料混凝土方案時混凝土部分的造價增加8.53萬元。

綜合分析墻體保溫和結構部分的造價，輕骨料混凝土與薄層砌筑的工藝可使墻體節省造價2.45萬元；鋼筋用量上可節省1.62萬元；混凝土部分的造價增量為8.53萬元，因此，該項目在外墻和結構部分的綜合增量成本為4.46萬元。

盡管采用輕骨料混凝土方案后建筑有部分增量成本，但若綜合考慮輕骨料混凝土的使用效果，增量成本并不會太高。首先，輕骨料混凝土可減輕建筑結構的總質量，該項目使用混凝土473.89m3，采用輕骨料混凝土可減輕建筑質量284t，可降低對建筑基礎的處理要求；輕骨料混凝土具有優異的保溫、隔熱、隔聲效果，可大幅提高建筑的節能效果和舒適度；其次，對幼兒園這類重要的公共建筑，在應對突發情況，如地震等地質災害時，輕骨料混凝土較好的抗震性能優勢就顯得尤為重要。

5 結論

（1）在滿足建筑節能率的前提下，采用導熱系數較低的輕骨料混凝土可降低對外墻保溫性能的要求；采用相同的圍護結構時，輕骨料混凝土較好的保溫隔熱性可降低建筑能耗，提高建筑節能率。

（2）輕骨料混凝土作為結構材料時，可在一定程度上減少建筑總用鋼量，加上其自身的容重較低，可大幅降低建筑的總質量。

（3）采用輕骨料混凝土作為結構材料時，墻體和鋼筋分項工程的造價有所降低，但由于輕骨料混凝土的市場價格偏高，建筑總體有部分的增量成本。

[1]中國建筑科學研究院.GB/T 50378-2006綠色建筑評價標準[S］.北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2]曹剛.高強輕骨料混凝土實驗研究[D].西安:西北工業大學，2004.

[3]中華人民共和國建設部.JGJ 51-2002輕骨料混凝土技術規程［S］.北京：中國建筑工業出版社，2006.