新時期綠色建筑的結構設計研究

李智

【摘要】隨著居住生態危機（如城市霧霾、溫室效應等）的加劇和綠色運動的蓬勃發展，綠色建筑作為第三代建筑思潮已受到社會的廣泛關注。綠色建筑不是單純的在建筑內部或外部種植植物進行環境綠化，而是一種節能、輕污染、尊重自然回歸自然的建筑思路。而建筑結構設計作為建筑方案中的一個重要部分，結構設計也須適應綠色潮流。本文就綠色建筑結構設計進行了分析和探討。

【關鍵詞】建筑結構設計；綠色；設計思路

1. 前言 近年來，城市霧霾、溫室效應等影響人類居住的生態危機進一步加劇，這給正在快速發展的城市敲響了警鐘，人們對城市未來發展方向也有了更多的思考，此時，提出了綠色建筑這一概念。從綠色建筑的設計風格和方法探討到綠色建設中生態影響的計算，從各種建筑材料對環境影響的綠色分類到不同綠色建筑評估指標系統的分析，綠色建筑作為第三代建筑思潮正涌動在建筑設計界。相比于此，建筑結構設計對“綠色”的響應就沒有那么激烈，這符合了結構設計師的沉穩性格。但面對現今的社會和生態，可持續發展、節能減排的綠色建筑結構是必然的發展趨勢，需要更多的人加以關注并投入研究。

2. 綠色建筑結構的特點 綠色建筑與其他一般的建筑有明顯的不同，主要有節能性、審美和諧性、系統綜合性、健康性和環保性五大特性[1]，而綠色建筑結構設計也應符合綠色建筑的這些特點要求，要求結構設計最大程度地輔助綠色建筑本身達到節能減排、環保的目標。綠色建筑結構除了上述綠色建筑特點要求外，還應結合結構設計的兩個重要特性，安全性和經濟性。經分析，綠色建筑結構相比一般建筑結構應有以下三個特點。

（1）節能性。 據統計，全球能量的50%用于工業、交通和其它行業，45%用于建筑物的采暖、空調和照明，5%則用于建筑物的構造。可見，與建筑相關的能耗約占全球全部能耗的一半。因此，建筑節能研究在綠色建筑體系營造中占有突出的地位。綠色建筑結構必須具備節能特性。

（2）環保性。 綠色一詞表面意思就是生態環保，不對自然環境產生過多的污染。綠色建筑結構充分利用合理的結構類型、材料，在建筑物建成后，在較長的時期保持環保。

（3）經濟可持續性。 建筑如果過分追求外觀，不考慮強制使用高成本的某種結構體系帶來的經濟問題，那么這樣的建筑勢必給社會和人民帶來過重的負擔，違背了綠色建筑的節能環保、經濟適用的原則。為支持起綠色建筑的這一目標，綠色建筑結構也具備經濟性和可持續性。

3. 綠色建筑結構的設計原則 根據建設的實際需要和人們對綠色建筑追求，設計理念隨之不斷提升，建筑的結構形式是豐富多彩的，高層建筑結構形式更是復雜化、多樣化，綠色建筑結構概念更加清晰，結構形式也越發多樣，其中綠色高層建筑結構的設計方式也逐步成熟。相比一般建筑結構設計，綠色建筑結構設計應遵循建筑結構整體性原則、合理適中原則、尊重自然原則等。

（1）結構整體性原則。 綠色建筑設計應把自身當做一個開放的體系與自然界構成一個整體，應追求環境效益最大化，局部利益應當服從整體利益，暫時性利益應當服從長遠利益。在綠色建筑結構設計中，應與建筑設計構成一個有機整體，結構充分符合建筑的整體效應。綠色結構可以使綠色建筑達到設計的各項目標。如綠色建筑招商局的南海意酷的屋項實現拔風目標對屋頂結構的要求，又如華南理工大學圖書資料的夏式遮陽（由夏昌世先生設計）要求窗體附近結構如何處理等等。

（2）合理適中原則。 綠色建筑結構遵循合理適中的原則，合理的結構體系，適中的經濟成本，這些要求也是對結構具備綠色特性的表現。如果結構體系富余度大，勢必造成過多的建設成本，對社會形成了過多的資源浪費，無法達到節能的效果，就談不上綠色了。所以綠色結構是在保證結構安全性的情況下合理的節省資源消耗，特別是對自然依賴性較強的資源。

（3）尊重自然原則。 綠色建筑的顯著特點就是能夠與環境完美的相融合，使二者和諧統一。建筑結構設計中優先考量自然、生態，改變過去人類是自然中心的錯誤意識，尊重自然法則，維護生態平衡，注重生態環保。建筑結構設計中每一步都應力求做到與環境和諧統一，因為建筑本就取之于自然，所以最終必定會回歸到自然中去，這也是第三代建筑思潮的核心。

4. 綠色建筑結構設計思路

4.1綠色建筑結構選型。 結構選型對于綠色建筑的呼應可以發生在更高的層面上以確保建筑在與自然共生條件下的可持續建造性。事實上，一個基于綠色設計的結構體系相比傳統建造體系可以極大減輕建筑活動對環境負荷的壓力，同時結構選型在建筑生命周期的規劃中可以承擔非常積極的角色。正確的結構選型能有效地形成環保節能的結構體系，為綠色建筑提供“健康的骨骼”。綠色建筑結構選擇正確的選型是關鍵。

4.2選擇綠色結構建材。 綠色建材是綠色建筑各項功能目標實現的基礎支撐，對綠色建材的選用很大程度上決定了建筑的綠色程度。同樣選擇綠色結構建材形成的結構設計方案更加有效產生綠色效果。綠色結構本身材料應為綠色建材，具有可持續發展的潛力，從而確保建筑可持續發展，同時綠色結構的構成單元具有可代替性，即當結構出現缺陷時，能及時方便有效地更換，因而結構的使用年限得以延長，同時維修的頻度和造價大大降低[2]。

4.3重點開發鋼結構的綠色性。

（1）鋼結構擁有其他結構類型所不具備的優秀特點，可以成為綠色結構的重要結構類型。力學性能清楚，抗震性能好，鋼材延性好，耐久性好，這使得能利用鋼材塑性變形耗能，建筑震害少、震害輕；鋼結構建筑自重較輕，減輕地基受力。節能、節水、環保、減排、安裝簡單、建設工期短，運輸過程中對環境污染小，易拆除，可重復利用、材料可循環利用等優點，符合了綠色建筑的要求。綜上所述，鋼結構具有輕、快、好、省的優點，目前是綠色建筑最佳的結構形式，應重點開發鋼結構的綠色性。 4.開拓創新，開發新的綠色結構設計軟件

（2）當今，科學技術突飛猛進，綠色建筑的興起，對結構計算的要求也越發復雜，結構設計理論和程序有時達不到設計要求，需要高新科技設計軟件來完成設計。由于力學模型比較復雜，難以精密計算結構構件的受力情況，或對綠色建筑結構目標的效果分析無法精確，則綠色結構得不到保證。這就需要重新開發新的設計軟件，使結構設計達到進一步完善。

5. 工程案例分析

5.1綠色結構選型案例分析。 法蘭克福商業銀行，在這個歐洲第一棟生態高層建筑的項目招標書中業主明確提出應創造出“與使用功能的價值同樣重要的建筑使用環境”，要求設計師在規定的三角形基地內保證所有銀行員工在辦公區均能欣賞到大樓中的空中花園。法蘭克福銀行大樓首創的角筒-錯層空腹桁架結構體系，它取消中央核心筒而代之以建筑平面角區處的三個豎向角筒，大樓的整體空間形式因此改成在三角形大樓的每一側都由每8層辦公樓區之間加插一4個層樓凈高的空中花園所組成，而大樓三面的空中花園都是按順時針方向往上盤旋錯層相接來設置，每一層的任何位置，辦公人員都可以抬頭欣賞到綠色花園。這就是綠色建筑結構選型，正是對綠色設計目標的執著追求，史無前例地設計出這樣的一種綠色結構體系。現代建筑許多經典高層結構體系出現，但很多都無法達到生態綠色的效果，這值我們在結構選型關注和思考。

5.2綠色結構建材案例分析。

（1）綠色建筑結構體系主要分為幾大類型：一是從節約能源與資源的角度出發，以粉煤灰、礦渣等工業廢渣為主要成分的砌體結構；二是以綠色高性能混凝土為主要成分的混凝土結構（包括預應力混凝土結構）；三是高性能鋼結構。

（2）以上所提建筑結構的建材目前階段都是初步探索，或是原有建材上的優化升級，都局限于現有結構體系與理論，沒有充分挖掘綠色建材的潛能。特別是綠色高性能混凝土，人們只研究了它的材料性能、工程性能，而沒有研究其力學性能。理論上，綠色高性能混凝土結構應有更優的力學性能和耐久性能，相比普通的混凝土有著不同數量級的飛越。綠色高性能結構體系應該作為一種獨立的、新型的結構體系加以研究。綠色高性能混凝土結構減少環境污染并提高其抵抗污染的能力，延長建筑的使用年限，是今后發展的核心。

6. 結語 總而言之，綠色建筑結構設計是綠色建筑的重要組成部分，是今后結構設計的必然發展趨勢。建筑結構設計者要遵守相關規范下，具有與時俱進的思想，不斷探索更新設計理念，開創新的技術，建立綠色建筑結構體系。綠色建筑結構是建筑業可持續發展的又一核心，是綠色建筑的有力保障。

參考文獻

[1]牛萌.淺析綠色建筑結構特征及我國綠色建筑發展.工業設計，2012（02）.

[2]馬曉云.綠色建材與建筑的可持續發展.山西建筑，2003（14）.