以節(jié)材為目的的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

岳永志

摘 要：通過對(duì)綠色建筑要素的解讀，闡述節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵即“節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染”，并對(duì)工程案例的建筑材料選材、建筑、結(jié)構(gòu)三個(gè)方面進(jìn)行分析說(shuō)明，總結(jié)了以節(jié)材為目的的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：綠色建筑 節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì) 節(jié)材環(huán)保

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0161-02

綠色建筑的重要特征是最大限度的節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以降低結(jié)構(gòu)造價(jià)，改善工程的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)；而綠色建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是以減少建筑材料用量，減少建筑材料碳排放量為目標(biāo)。

1 節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)依然是我國(guó)建筑工程中的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。而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，砂石正在被用盡，國(guó)內(nèi)鐵礦石的資源在日益枯竭。最后建筑壽命終了拆除時(shí)，其廢棄的建筑垃圾又難以回收再利用，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(duì)環(huán)境的影響。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)能耗統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)水泥的CO2排放為0.4 kg/m3，生產(chǎn)混凝土的CO2排放為253 kg/m3，生產(chǎn)鋼筋的CO2排放為2.23 kg/m3。可見，綠色建筑的節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)也是在減少建筑材料用量，減少建筑材料CO2排放量。同時(shí)，不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，其CO2排放量也不相同，具體數(shù)值如表1所示。由表1可知，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C40及以下時(shí)，每提高一級(jí)強(qiáng)度等級(jí)，理論上CO2排放量能降低10%左右；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C40及以上時(shí)，每提高兩級(jí)強(qiáng)度等級(jí)，理論上CO2排放量能降低10%左右。由此得出，合理提高建筑材料強(qiáng)度，能有效降低CO2排放量。因此，通過減少建筑材料用量和合理提高材料強(qiáng)度等級(jí)，能有效地降低CO2排放量，這是綠色建筑節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)的根本原則。下面是一個(gè)以節(jié)材、環(huán)保為目的的工程案例分析。

2 工程案例分析

2.1 工程概況

該工程項(xiàng)目位于遼寧地區(qū)，為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的公共建筑，地上26層，地下2層，建筑高度92 m，抗震設(shè)防烈度為7度，圓礫地基。

2.2 建筑材料選材方面

選用可循環(huán)使用的綠色材料、高效材料、輕質(zhì)材料。將砌墻隔墻改成輕鋼龍骨隔墻，該隔墻可靈活隔斷，使得改造時(shí)垃圾量很少，并且所有垃圾均可回收循環(huán)利用，減少對(duì)環(huán)境的影響；可減輕自重，減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減小對(duì)環(huán)境的影響，減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少資源消耗。

用高效材料，將普通鋼筋和混凝土改成高強(qiáng)鋼筋和高性能混凝土，減少結(jié)構(gòu)材料用量，減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減少對(duì)環(huán)境的影響；可減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少資源消耗；選用高性能混凝土可減少建筑結(jié)構(gòu)截面，減輕自重，進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少資源消耗。

2.3 建筑方面

選用輕質(zhì)構(gòu)造，部分房間管線較少，在滿足隔音、隔熱的前提下，可以減薄地面做法；部分墻體的面層做法照抄圖集，當(dāng)使用大模板時(shí)部分墻體的抹灰可以減薄或取消。減薄地面做法可減輕建筑自重，減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減少對(duì)環(huán)境的影響；減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少資源消耗；使得改造或拆除時(shí)垃圾量減少，減少對(duì)環(huán)境的影響。

2.4 結(jié)構(gòu)方面

方案選擇，選出高效節(jié)材的結(jié)構(gòu)布置方案，選出低碳節(jié)能可循環(huán)的結(jié)構(gòu)方案；針對(duì)安全度的精準(zhǔn)校核，剔除負(fù)效的材料配置提高材料利用效率，減少無(wú)效的材料配置，減少不必要的材料配置，剔除錯(cuò)誤的材料配置；精細(xì)化設(shè)計(jì)：為提高材料利用效率進(jìn)一步推敲，為提高計(jì)算準(zhǔn)確性進(jìn)一步推敲，為減小環(huán)境影響的進(jìn)一步推敲。

修改低效的結(jié)構(gòu)布置代以高效的結(jié)構(gòu)布置，可將墻肢周邊化布置，墻肢布置的優(yōu)化方向：金角、銀邊、草肚皮，環(huán)向好于徑向。優(yōu)化墻肢的布置，可提高材料的利用效率，減少結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗，減少資源消耗；提高材料的利用效率。剔除負(fù)效的材料配置，該項(xiàng)目中上部混凝土墻體偏厚，局部材料配置過多，適當(dāng)減薄，局部材料配置減少，局部安全度降低，自重減小，整體安全度非但不降低，反而提高；結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗減少，資源消耗減少；局部材料配置減少，自重減小，結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗進(jìn)一步減少，資源消耗進(jìn)一步減少；該項(xiàng)目中基礎(chǔ)底板偏厚，局部材料配置過多，適當(dāng)減薄。局部安全度過大，整體安全度未能因此提高；變更方案，基礎(chǔ)減薄。該項(xiàng)目中混凝土墻體整體偏厚，配筋偏多，適當(dāng)減薄。整體安全度因此提高，但該安全度提高屬于過度消耗資源；混凝土墻體整體減薄，結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗減少，資源消耗減少；減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減小對(duì)環(huán)境的影響。

剔除錯(cuò)誤的材料配置，每個(gè)項(xiàng)目都可能存在計(jì)算和畫圖錯(cuò)誤，使得局部材料配置的不合理，安全度不均衡，整體安全度偏低。計(jì)算和畫圖錯(cuò)誤，使得局部材料配置不合理，安全度不均衡，整體安全度水平代低、影響建筑壽命，相當(dāng)于資源利用率低；減少計(jì)算和畫圖錯(cuò)誤，把多用的材料減下來(lái)，結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋的消耗減少，資源消耗減少；把多用的材料減下來(lái)，減輕了結(jié)構(gòu)自重。

提高材料利用效率，建筑框架柱角部配筋的效率高于其他部位，調(diào)整框架柱的配筋方式，結(jié)構(gòu)鋼筋的消耗減少，資源消耗減少；減少結(jié)構(gòu)鋼筋的消耗，減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減小對(duì)環(huán)境的影響。

改進(jìn)計(jì)算方法，提高計(jì)算準(zhǔn)確性，可以避免因算不清楚造成的保守，節(jié)省材料用量。混凝土與鋼筋組合，共同受力，提供了強(qiáng)度、剛度，滿足了使用要求。一般情況下，多用混凝土少配鋼筋或多配鋼筋少用混凝土均能提供足夠的強(qiáng)度和鋼度；這時(shí)需要基于碳排放的進(jìn)一步比較，選定碳排放較少的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目條件不同，優(yōu)化的方向也不同。

2.5 小結(jié)

由以上工程案例總結(jié)7個(gè)優(yōu)化方向：建筑材料選材方面；建筑構(gòu)造做法；結(jié)構(gòu)方案；針對(duì)安全度的精準(zhǔn)校核；為提高材料利用效率；提高計(jì)算準(zhǔn)確性；減小環(huán)境影響。

3 結(jié)語(yǔ)

節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是建筑結(jié)構(gòu)體系要滿足資源消耗少，環(huán)境影響小。通過減少建筑材料用量和合理提高材料強(qiáng)度等級(jí)，能有效降低CO2排放量，這是綠色建筑節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)的根本原則，也是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的重要方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)住建部.綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50378-2014）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2] 趙彥革.任建偉.綠色建筑中的節(jié)材優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].動(dòng)感（生態(tài)城市與綠色建筑），2014（3）：42-44.

[3] 建筑設(shè)部科學(xué)技術(shù)司.綠色建筑評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則（試行）[Z].2007.