基于結構選型、結構設計和綠色建材的綠色建筑結構設計探討

陶霖華

（重慶杰創建筑設計有限公司　重慶市　渝北區　401121）

基于結構選型、結構設計和綠色建材的綠色建筑結構設計探討

陶霖華

（重慶杰創建筑設計有限公司重慶市渝北區401121）

在低碳發展、綠色發展的背景下，建筑業作為耗能高、污染嚴重的產業之一，實現綠色設計、綠色發展具有重要的意義。在綠色建筑的設計中，建筑結構設計是最重要的一個方面。本文在綠色建筑結構特點的基礎上，從結構選型、結構設計和綠色建材三個方面對綠色建筑的結構設計進行了探討。

綠色建筑結構設計；結構選型；結構設計；綠色建材

近年來，隨著溫室效應和霧霾現象的加劇，人類的生存環境和居住環境也受到了很大的威脅。日益嚴重的環境問題，不僅給高速發展的經濟敲了一記警鐘，同時也給人類居住建筑的設計帶來了一個新的方向——綠色建筑。綠色建筑指的是在建筑的使用周期以內，保證能源能夠在最大限度上實現節約，以達到保護環境、減少污染的目的，從而為人們提供一個健康、高效、適用的空間，以實現與自然的和諧發展[1]。在如今生態環境問題的背景下，綠色建筑的出現是建筑業發展的必然趨勢。在綠色建筑設計中，綠色建筑的結構設計是非常重要的一個環節。所以，對綠色建筑的結構設計進行探討對綠色建筑的發展具有重要的意義。

1　綠色建筑的結構特點

（1）環保性。環保的含義就是不產生過多的垃圾，不給環境帶來過大的負擔。綠色建筑結構對結構類型進行合理的選擇、對建筑材料合理的選用，在施工的過程中減少能耗，在使用的過程中減少污染，以達到環保的效果。

（2）節能性。根據統計顯示，在全球范圍內，在交通、工業和其他行業耗費的能源在50％左右，在建筑空調、采暖、照明中耗費的能源在45％左右，在建筑構造方面耗費的能源在5％左右。通過以上數據分析可見，在建筑業方面的能耗幾乎占據了全部能耗的50％[2]。所以，節能在綠色建筑體系中占據著重要的位置，因此，節能性是綠色建筑的結構特性之一。

（3）經濟性和可持續性。在建筑設計的過程中，如果過于追求建筑的外觀，不對建筑的結構體系問題進行全面的考慮，不對建筑成本進行考慮，由此設計的建筑在很大程度上違背了經濟適用、節能環保的原則。所以，經濟性和可持續性也是綠色建筑的結構特性之一。

2　綠色建筑結構設計

2.1綠色建筑的結構設計原則

（1）合理適中的原則。綠色建筑結構設計的合理適中原則具體的含義是：結構體系合理，經濟成本適中[3]。如果建筑結構的體系有過多的富余，就會在很大程度上造成建筑成本的浪費，不能很好的實現節能的目的。所以，綠色建筑結構設計要在保證建筑結構安全的條件下，合理適中的進行設計，以節約資源消耗。

（2）結構整體性原則。在對綠色建筑結構進行設計的過程中，綠色建筑要將自身和周圍的自然環境融合在一起，以促使環境效益最大化，從整體性利益考慮，從長遠性利益考慮。在綠色建筑結構設計的過程中，要保證綠色建筑的結構和建筑設計能夠形成一個完整的整體，以保證建筑結構能夠很好的和建筑的整體效應保持一致。

（3）尊重自然的原則。綠色建筑最顯著的特點就是：建筑和環境能夠實現完美的融合。在綠色建筑的結構設計中，要對生態和自然進行優先考慮，要尊重自然，維護生態環境，注重生態環保。所以，在綠色建筑的結構設計中，設計的每一步都要堅持尊重自然的原則，都要保持建筑和環境的和諧統一。

2.2結構選型

結構選型可以在最大程度上保證建筑與自然和諧發展下的可持續建造性。從實際經驗來看，相較于傳統的建筑結構體系來說，綠色建筑結構體系可以在很大程度上減少建筑對周圍環境產生的壓力。在綠色建筑結構設計中，結構選型在建筑生命周期規劃中承擔著比較重要的角色。結構選型的正確性能夠幫助綠色建筑形成節能環保的、完整的結構體系，賦予綠色建筑“健康的骨骼”。所以，在綠色建筑結構設計中，結構選型的合理性非常重要。

在結構選型方面比較成功的一個案例就是法蘭克福商業銀行建筑結構選型。在歐洲，法蘭克福商業銀行是第一座綠色建筑，在項目招標的過程中，在招標書上明確提出要創造出“和使用功能等價的建筑使用環境”。在建筑設計的過程中，業主要求設計師在規定的建筑范圍內——一個三角形的基地，保證建筑中所有的人員都能在自己的辦公區內欣賞到建筑中的空中花園。在這樣的設計要求下，這座建筑首創了一種角筒—錯層空腹桁架結構體系，將原有的中央核心筒取消，在那個位置設計了三個豎向的角筒。在這樣的設計下，整個建筑空間都得到了改變，在一個三角形的大樓中，大樓的每一側都由每8個樓層加插一個4層高的空中花園來構成，同時大樓三個側面的空中花園都以順時針的方向通過向上盤旋錯層相接的方式來設置。在這座建筑的每一層的每一個位置，都可以欣賞到美麗的空中花園，這就是綠色建筑的結構選型[4]。

2.3結構設計

隨著綠色建筑結構選型的發展，綠色結構設計也要隨之完善。隨著人們對綠色建筑的要求日益增加，建筑選型日益復雜，建筑結構設計的難度也越來越高。在對綠色建筑結構進行設計的過程中，結構計算是一個難點。目前，在很多綠色建筑結構計算的過程中，在力學模型復雜、結構構件受力難以進行精確的計算時，或者沒有辦法對建筑的結構目標效果進行分析時，或者結構設計程序和結構設計理論都很難達到設計要求時，就需要使用高科技的設計軟件來進行設計。所以，要隨著科技的發展，實時的開發全新的設計軟件，以促使綠色建筑的結構設計能夠不斷的完善。

在目前的建筑結構中，根據承重構件的材料進行劃分，可以分為四種結構體系，分別是：木結構、鋼結構、砌塊結構和鋼筋混凝土結構[5]。單純的從綠色建筑的特點和內涵來看，最符合綠色建筑結構標準的就是木結構，但是因為我國的森林資源有限，并且木結構在城市中也不適用，所以木結構的應用受到一定的限制。砌塊結構是使用工業廢渣、磚渣、礦渣等原料制成的，非常符合國家的耕地保護政策，能夠很好的實現節約資源、循環利用的目標。鋼筋混凝土結構是目前在建筑行業中最常使用的一種結構，但是目前，鋼筋混凝土結構在國外已被列為非綠色建筑結構，因為在鋼筋混凝土結構中使用了大量的水泥、砂石等材料，在使用的過程中產生了大量的二氧化碳和粉塵，并且產生的廢棄物還難以回收利用。所以在將鋼筋混凝土結構作為建筑的主要結構時，需要對延長建筑的使用壽命、提高建筑的承載力進行很好的研究和探討。目前，在使用鋼筋混凝土結構進行設計的過程中，出現了一些大開間空心樓蓋結構或者是大跨度預應力結構[6]，對綠色建筑的發展具有重要的意義。

2.4綠色建材的選擇

綠色的建筑材料是綠色建筑各個功能目標實現的保障，綠色建筑的生態環保效果在很大程度上取決于綠色建筑材料的選用，同時，綠色建筑材料的選用也能在很大程度上增強綠色建筑的生態環保效果。綠色建筑結構本身使用的材料應該是綠色建材，選用的綠色建材要具有可持續發展的特點，以保證綠色建筑可持續發展目標的實現。同時還能在建筑結構出現缺陷的時候，將其更換，以延長建筑的使用年限，同時降低建筑的維修費用。

在建筑綠色建材方面，在選用的同時還可以進行研發，比如對鋼結構進行開發，使其具有綠色性。相對于其他的結構類型來說，鋼結構具有如下特點，分別是：力學性能清晰、鋼材的延性比較好、抗震性能好、耐久性強。鋼結構的如上特點決定了鋼材能夠很好的成為綠色結構。對鋼結構的綠色開發，對鋼材的塑性變形能耗進行有效的利用，減少建筑的震害；同時，因為鋼結構自身的重量比較輕，在使用的過程中可以有效的減少地基受力。除此之外，鋼結構的節能、環保、節水、減排、安裝簡單、施工工期短、易拆除、易運輸、可以重復利用等特點，都符合綠色建材的要求。所以，目前在綠色建材方面，鋼結構應該是重點開發結構。

3　結語

在低碳發展的背景下，建筑業作為一個能耗大、污染嚴重的行業，研發綠色建筑，實現綠色發展具有重要的意義。在綠色建筑設計中，綠色建筑結構設計是一個比較重要的環節。綠色建筑結構設計要遵循環保性、節能性、經濟性和可持續性的原則，在設計的過程中，要優化結構選型、進行科學的結構設計、選擇合適的綠色建材。實現綠色建筑結構的優化設計，對維護綠色建筑安全和使用性能的有效性具有重要的意義。

[1]汪四新，屈娜.某保障性住房綠色建筑結構設計與評價[J].建筑技術，2011（1）：27～31.

[2]黃燕松，楊綺文.綠色建筑結構設計探析——圍繞結構選型、結構設計、綠色建材分析[J].科技與企業，2014（4）：118+120.

[3]宋歆.分析綠色建筑結構設計[J].房地產導刊，2014（21）：94～95.

[4]王禮潔.高層綠色建筑結構設計[J].城市建設理論研究（電子版），2014（35）：4762～4763.

[5]唐廣飛.關于高層綠色建筑結構設計的重點研究[J].建材與裝飾，2014（18）：38～39.

[6]吳智成.淺談綠色建筑結構設計[J].城市建設理論研究（電子版），2011（26）：25～26.

TU392.5

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1673-0038（2015）29-0035-02

2015-7-5