綠色建筑結構評價與設計

程宏光

(軍事科學院國防工程研究院 北京 100850)

我國自2005年國務院(國發[2005]21號)[1]和建設部(建科[2005]98號)[2]提出資源節約的目標和要求后,開展綠色標準化研究。通過借鑒國際先進經驗,結合我國經濟發展和資源建設等實際情況,先后頒布實施2006版、2014版、2019版國家標準《綠色建筑評價標準》[3]、2010版國家標準《民用建筑綠色設計規范》[4],北京、江蘇、吉林、山東等省市先后頒布不同時期地方標準《綠色建筑設計標準》[5],指導我國的綠色規劃與建設有序進行,保證綠色施工和綠色運營順利的展開。

經過數據統計分析可知,截至2017年底,全國范圍內總計審批通過的綠色建筑標識過萬個,總計建筑面積超10億m2。新時代新形勢下,人們的消費模式發生改變,節能意識不斷的提高,綠色發展理念是非常重要的,為人類社會可持續發展奠定基礎。

1 綠色建筑評價體系

綠色建筑闡述了全新的內涵,在滿足傳統建筑功能性、經濟性的基礎上,追求在全壽命周期的時間內,通過采取因地制宜的措施,采用綠色環保材料以及創新技術措施,減少建筑運行環節的污染和廢棄物的排放,營造出健康、舒適、和諧、安全的生存空間,達到人與自然和諧共處的效果。根據目前我國的綠色建筑評價體系,其需要滿足節地、節材、節水、節能、環保等方面的要求。評價指標可分為五類:安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節約、環境宜居。此外,綠色建筑提倡創新發展,應用新材料、新工藝、新技術。

綠色建筑劃分為四個等級:基本級、一星級、二星級、三星級[3]。在綠色建筑滿足所有控制項的指標后,即符合基本級的要求,三星級是最高級,得分值最高,同樣要求也最為嚴格。

目前,我國大部分省市開始執行綠色建筑施工圖技術審查的要求,有力推進了綠色建筑發展,綠色建筑由引領性向強制性方向轉變。綠色建筑評價通常都是在建筑工程全部施工完成后開展的,參照國家或行業標準,對綠色建筑評價標識材料和清單等方面展開審查,根據各項合格的性能指標累計的評分值確定綠色建筑達到的星級標準。

2 結構相關的綠色建筑評價

綠色建筑需要對整個建筑的全壽命周期進行綜合性評價,包含材料生產、設計、施工、運維、拆建等,每一個環節的評價標準和要求都是不同的,使用的指標也不同。

在結構設計環節,進行綠色建筑評價應該遵循《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2019[3]的要求,結合相關指標進行評價。

2.1 安全耐久(見表1)

表1 安全耐久評價指標

2.2 資源節約(見表2)

表2 資源節約評價指標

2.3 提高與創新(見表3)

表3 提高與創新評價指標

3 綠色建筑結構設計重點內容

綠色建筑評價體系提供了完備的指標要求,可以在建筑設計階段作為基本框架,指導和貫穿綠色設計全過程。結構對建筑的生態和能源消耗影響大,在設計階段,結構工程師掌握綠色建筑專項設計內容,深刻理解綠色設計內涵,確保結構設計具備安全性、科學性、合理性,滿足綠色技術指標要求,減少全壽命周期內能耗,提升綠色建筑效果。

3.1 主體結構設計

主體結構方案應從抗震概念設計的角度出發,采用基于性能的抗震設計,重視結構的抗震性和安全性。選擇建筑場地時,盡可能采用對抗震有利的場地,避免采用對抗震不利的場地,同時避免滑坡、泥石流等地質災害頻發地帶;明確建筑形體,保證規則性,按照國家規范標準的要求,對不規則的建筑采取加強措施;不應采用嚴重不規則的建筑方案。根據綠色建筑星級確定需要提高的抗震性能指標要求,優先采用減震隔震技術,減少主體結構對地震力的反應,既可以保證建筑安全耐久,又可以減少資源消耗。

結構布置方案應有利于提升建筑的適變性,可以較靈活地配合建筑平面布置的變化,設計中充分利用建筑方案和結構布置的潛力,適應后期業主對建筑使用空間和功能改造的需求。例如,采用大開間、大進深結構布置方案,靈活布置內隔墻等措施,減少使用空間重新布置時造成的破壞,延長建筑使用壽命。結構設計荷載取值可適當提高,以滿足后期建筑使用功能變化的要求。

3.2 結構材料選取

鼓勵采用當地生產的材料,其占比應超過60%[3],有利于減少建材跨地區運輸產生的碳排放、降低環境污染,減少運輸過程中燃油消耗和建材損傷。采用預拌混凝土和預拌砂漿作為材料供應,以減少現場作業量,從而降低噪音強度。

選擇耐久性好的材料。混凝土結構設計時,可以根據結構所處的環境,控制混凝土的水膠比、氯離子及堿含量,通過提高混凝土強度等級,增加鋼筋保護層厚度、加入耐久性摻合料等方法提高材料耐久性;鋼結構設計時,可以根據結構所處的環境,選擇高耐腐蝕性能的鋼材,并在施工后及時采取噴涂表面防護層等防腐蝕措施。合理選用高強度材料,促進結構向輕量高強方向發展。例如,可以采用強度不小于400 MPa級的高強度受力鋼筋,采用強度不小于C50 的高強度混凝土,采用強度不小于Q345的高強度鋼材。

選用可循環再利用的材料,是綠色發展理念有利的落實措施,實現材料的反復使用,提高材料利用率,可以節約資源,降低能源損耗,避免產生嚴重的環境污染等問題,還能夠產生較高的經濟價值與社會效益。例如,在鋼結構建筑工程中,鋼材回收率是非常高的,超過80%。在現澆混凝土建筑工程中,混凝土是主要材料,其回收率較低,現場澆筑混凝土還會產生嚴重的環境污染,所以在條件允許的情況下,應盡量減少使用。基于此,以傳統建筑工程和傳統建筑材料為出發點,研發新工藝、新技術,提高材料利用率,避免嚴重的環境污染問題發生。

3.3 工業化一體化設計

推動建造方式創新,采用標準化、工業化建造的結構形式,積極推進鋼結構、裝配式混凝土結構的發展,到2026年,我國裝配式建筑預計占比達到30%。裝配式混凝土結構,地上結構預制構件應用混凝土體積占比應最少達到35%[3]。在建筑工程的各個區域內,采用土建與裝修一體化設計的方式,在設計圖紙中體現并預設裝修環節需要的孔洞、配件等。

工業化一體化設計與建造,有利于提高構件工廠化生產的范圍,保證材料產品質量,減少施工現場人員和機械的運轉,節約時間和經濟成本,減小社會影響和污染排放,有利于實現可持續發展理念,促進建筑產業轉型升級。

3.4 綠色創新設計

綠色創新設計以先進科學技術作為依托,比如應用建筑信息模型技術,即BIM 技術,對建筑整個壽命周期內進行全面的監控和管理。BIM 技術具備可視化、三維建模等功能,有利于實現各個部分相互配合,提升設計水平及管理效果,保證現場施工順利的進行。

提倡在節約資源、環境保護、安全健康、歷史傳承等方面進行創新發展,應用新材料、新工藝與新技術,并有明顯效益,以此提高綠色建筑技術水平。

4 結語

綠色建筑是現代社會全面快速發展之下逐步形成的理念,是科技進步的產物,保證在全壽命周期內達到健康、環保、舒適、安全、高效的要求,實現人與自然和諧共處,為人類社會的可持續發展做出貢獻。在規劃設計階段,結構相關的綠色建筑評價主要體現在安全耐久、資源節約、提高創新三個方面,涉及節地、節材、保護環境等內容。科學合理進行結構設計,在保證結構的安全可靠的基礎上,實現建筑的綠色性能。綠色建筑結構設計應重點關注主體結構、材料選取、工業化一體化以及綠色創新設計等方面。