淺析結構設計對綠色建筑的重要作用

岳永志

【摘 要】隨著我國現代經濟社會的發展，人們對生存環境和生活方式的要求越來越高，但生態環境卻在不斷惡化，不科學的開發方式使生態問題日趨嚴重。通過對新版綠色建筑評價標準中結構設計的內容分析，從選用建筑形體、建筑結構體系造型、結構優化設計、采用工業化生產的預制構件、合理采用高強建筑結構材料、建筑結構耐久性等六大方面論述結構設計對綠色建筑的重要作用。

【關鍵詞】綠色建筑 建筑形體 結構體系 結構優化 工業化 高強材料 耐久性

隨著我國現代經濟社會的發展，人們對生存環境和生活方式的要求越來越高，但生態環境卻在不斷惡化，不科學的開發方式使生態問題日趨嚴重。在這種形勢下，綠色建筑應運而生，綠色建筑的三大要素是：節約資源（節能、節地、節水、節材），保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用與活動空間。所以，從產業鏈到生態鏈綠色建筑已成為建筑領域可持續發展的必然趨勢。

通常人們認為在綠色建筑的策劃、設計和實施中，結構設計相比建筑、暖通、給排水、電氣等其他專業，發揮的作用較小。而國家標準新版《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）對舊版標準（2006版）在結構設計方面進行了必要的提升與補充。修訂重點包括：突出結構設計的節材效益，新增條文（形體規則性、結構優化設計）。根據《綠色建筑評價標準》（2014版）和結構設計自身特點，以下從擇優選用建筑形體、建筑結構體系造型、結構優化設計、采用工業化生產的預制構件、合理采用高強建筑結構材料、建筑結構耐久性等六大方面論述結構設計對綠色建筑的重要作用。

1 擇優選用建筑形體

近幾年，許多城市出現了建筑外形“新、奇、特”的建筑，把建筑搞得離奇、夸張、怪誕，我們的一些大城市也被國際上稱作是世界建筑師的“實驗場”。這不僅是對城市的整體規劃的一種破壞，也是對建筑本身節能、節材要求的忽略。為了別出心裁，作不必要的變化造型，不合理的超大結構、不均勻對稱的平面設計，使得建材用量暴增。

綠色建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的影響，優先選用規則的形體?，F行國家標準《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）將建筑形體的規則性劃分為：規則、不規劃、特別不規則、嚴重不規則四大類。為實現相同的抗震設防目標，形體不規則的建筑，要比形體規則的建筑耗費更多的結構材料。不規則程度越高，對結構材料的消耗量越多，性能要求越高，不利于節材。

綠色建筑中的結構設計就是要研究建立科學的建筑方案評價指標體系，包括安全可靠的評價指標體系（綜合考慮結構、地基、抗震、防火）；經濟合理的評價指標體系（全面考慮項目的可行性，適用性及性價比，包括機電設備性格比、運行管理性價比、適用材料性價比等）；美觀實用的評價指標體系（實用為本，美觀為上，美觀又屬上層建筑范疇，應考慮包括文化、歷史、地域、民族習俗、環境等諸多復雜因素）；適度超前的評價指標體系（科學準確，實事求是地預測今后若干年可能出現的情況和所采用的超前設計、新技術，新產品）。

2 建筑結構體系造型

目前，我國的建筑結構體系，從承重構件材料的類型來劃分，主要分為木結構、砌體結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構等四個主要結構體系。

木結構是以上四種結構體系中最理想的綠色建筑體系。具有節能環保性，因為木材是可循環再生材料，節省能源，作為建筑材料從生產到廢棄物對環境的影響最小。具有很高耐久性，如果使用得當，木材則是一種穩定、壽命長、耐久性強的材料。但根據我國的國情特點，地少人多，森林覆蓋率低，木材資源不足。一般木結構建筑最高為四層，按我國有限的土地資源和人口數量，木結構建筑發展空間有限，更不適合人口密集的大中城市。

砌體結構是指砌塊砌體結構，砌塊一般包括普通實心磚、空心磚、其他砌塊。為保護耕地，如今全國各地都實行了禁止使用粘土磚的相關政策，現在使用的砌塊材料主要利用工業廢渣和礦渣制成，達到節省資源和廢物重復利用的目的，國家和地方也給了相應的優惠政策。所以，砌體結構可作為綠色建筑優先選擇的體系。但由于砌體結構本身特點，砌體結構適用于多層和跨度及高度比較小的一般民用建筑，砌筑基本上是手工方式，施工勞動量大，與其他三種結構形式相比抗震性能較差等。所以需要根據實際情況、因地制宜的選擇。

鋼結構屬于綠色建筑結構體系。鋼材本身屬于可再生重復利用的材料，鋼結構自重較輕，抗震性能好，結構構件由工廠化生產，容易保證工程質量，建設施工周期短，造成環境污染少，所以符合綠色建筑要求。目前，從市場來看鋼材價格下降明顯，鋼材產能嚴重過剩，國家為調整產業結構，消化過剩產能，鼓勵建設鋼結構建筑，包括政府保障房住宅先期試點選擇鋼結構。所以，鋼結構可作為我國綠色建筑主要結構體系，其發展前景十分廣闊。

鋼筋混凝土結構是現今我國建筑工程中的主導結構。國外研究表明，鋼筋混凝土建筑的耗能量是鋼結構建筑的1.2倍，其耗能所產生的CO2排放量為鋼結構建筑的1.4倍。鋼筋混凝土建筑要消耗大量的砂石、水泥和水，導致國土流失。最后拆除時，其廢棄的渣塊屑又難以回收再利用，造成環境的大負荷，拆解中的揚塵也造成空氣污染。所以，國外專家認為鋼筋混凝土結構體系為非綠色建筑，我國卻視作主導結構。但徹底改變鋼筋混凝土結構體系為我國建筑主導結構的局面尚需有個過程。

3結構優化設計

結構優化是建筑節材的重要途徑。在國家標準新版《綠色建筑評價標準》中，結構設計優化被提升為綠色建筑節材部分的最重要的內容。提出對地基基礎、結構體系、結構構件進行優化達到節材效果。其中對地基基礎的優化主要查看地基基礎方案的論證報告中措施和效果的合理性；對結構體系的優化重點查看結構布置是否沿建筑高度采取了變截面或變壁厚或變材料強度等措施；對結構構件的優化重點查看結構優化文件中構件的應力比或柱軸壓比、層間位移角等是否合理。通過開展優化設計工作，制定鼓勵優化技術的政策文件，指導建立各種結構形式的優選方案，通過對經濟、技術和資源的對比分析，提出優化設計報告，這是節約資源達到綠色建筑設計的重要過程。

4 采用工業化生產的預制構件

預制構件是指在工廠或現場采用工業化方式生產制造的各種結構構件和非結構構件。綠色建筑要求各類預制構件重量與建筑地上部分重量相比不能低于百分之十五。工業化生產與現澆施工相比較，可減少建材浪費，同時可減少施工的粉塵、噪音及光污染。研究數據表明，現場施工鋼筋混凝土每平方米樓板面積會產生1.8公斤的粉塵和0.14公斤的固體廢棄物，在日后拆除階段則產生1.23公斤的固體廢棄物。據統計工業化生產可減少工地現場廢棄物三成，減少施工空氣污染一成，減少5%的建材使用量，對環境保護意義重大。所以工業化生產有利于綠色建筑的實現。

5 合理采用高強建筑結構材料

建筑采用高強、輕質的材料，可以節約材料、增大使用面積、減小基礎荷載還給施工帶來方便。同時會促成節能、節約資源、減少廢棄物與溫室氣體排放量。所以國家標準新版《綠色建筑評價標準》對采用高強建筑結構材料提出明確要求：對鋼筋混凝土結構，400MPa級及以上受力普通鋼筋的使用比例，或混凝土豎向承重結構采用C50以上高強混凝土的比例；對鋼結構建筑，根據Q345及以上高強鋼材用量；對混合結構，分別對混凝土結構部分和鋼結構部分高強鋼筋和高性能混凝土的比例；按標準要求進行評定其是否為綠色建筑。

6 建筑結構耐久性

建筑結構的耐久性是指結構在正常設計、正常施工、正常使用和正常維護條件下，在規定的時間內，由于結構構件性能隨時間的劣化，但仍能滿足預定功能的能力。建筑結構的耐久性是綠色建筑的一個重要指標。建筑工程耐久性降低，縮短工程的使用年限，將造成投資的浪費，同時也造成巨大的資源浪費。我國的鋼結構和鋼筋混凝土結構的耐久性設計，在相關的國家建筑設計標準中都提出了明確規定。

7 結語

隨著我國綠色建筑的蓬勃發展，上海、深圳等發達城市新建建筑都將是綠色建筑，其他省市也逐步提高綠色建筑比例，這就都對建筑的設計提出了更高的要求，建筑的結構設計方法也將隨之更新發展。但節約資源、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用與活動空間，與自然和諧共生的建筑，是結構設計不變的理念，結構設計也為綠色建筑的實現起著關鍵的作用。

參考文獻：

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