基于綠色節(jié)能環(huán)保理念的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

白衛(wèi)平 鞠俊江

（上海聯(lián)創(chuàng)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司青島分公司，山東 青島 266071）

迅速發(fā)展的建筑行業(yè)，使得人們的居住條件得到了顯著提升，然而房屋建設(shè)需要較高的能耗，會嚴(yán)重污染環(huán)境。要想將該現(xiàn)象有效避免，就必須優(yōu)化設(shè)計建筑，將綠色節(jié)能環(huán)保理念融入建筑設(shè)計中，通過節(jié)能環(huán)保規(guī)劃，推動資源利用率的提升，并為環(huán)境提供一定程度的保障，結(jié)構(gòu)設(shè)計將是其中不可分割的一部分。

1 基于綠色節(jié)能環(huán)保理念的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

對綠色節(jié)能環(huán)保問題已經(jīng)有所認(rèn)識，但重視程度不足，往往重視形象忽視環(huán)保。各地形形色色的地標(biāo)工程，有很多是著重強調(diào)建筑美觀性、獨特性，綠色節(jié)能方面并未深入考慮。另一方面，節(jié)能環(huán)保理念未有機地融入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了“綠色”而“綠色”， 甚至僅是為了完成審查而將節(jié)能環(huán)保內(nèi)容隨意嫁接到圖紙中，使得建筑結(jié)構(gòu)節(jié)約性、環(huán)保性受到嚴(yán)重的影響，不僅做不到綠色環(huán)保，往往還會導(dǎo)致更大的浪費。要真正實現(xiàn)綠色節(jié)能的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須要講究一定的方法。

2 建筑結(jié)構(gòu)綠色節(jié)能環(huán)保設(shè)計方法

2.1 結(jié)構(gòu)選材

房屋建設(shè)活動對環(huán)境的傷害大多來自建筑材料生產(chǎn)，因此結(jié)構(gòu)材料的選擇是實現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保理念的重點。建筑材料的生產(chǎn)是否采用綠色生產(chǎn)技術(shù)，對資源和能源的消耗，特別是對不可再生資源消耗的高低，是否應(yīng)用了工業(yè)或城市廢棄物，都是結(jié)構(gòu)選材時需要考慮的重要因素。木材屬于可再生材料，鋼材、玻璃、塑料屬于可再回收利用材料，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)先考慮采用。我國目前用量最多的建筑材料是混凝土，水泥制品廢棄物也是建筑垃圾的重要來源。粉煤灰為工業(yè)廢料，再生骨料是利用再生混凝土技術(shù)處理廢棄砼塊生產(chǎn)的建筑基材，兩者不僅可以廣泛應(yīng)用于各種混凝土類建筑材料生產(chǎn)，而且可以降低砂石等不可再生資源的消耗，避免大量廢棄物占用寶貴的土地，讓混凝土成為綠色混凝土。通過做好結(jié)構(gòu)選材利用好有限的資源，推進(jìn)環(huán)境和資源保護(hù)，是實現(xiàn)綠色節(jié)能環(huán)保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步。

2.2 建筑形體

控制建筑物的形體合理，增強建筑物的規(guī)則性，減少不規(guī)則因素，是控制建筑結(jié)構(gòu)耗材數(shù)量的關(guān)鍵。不僅可以有效降低地震效應(yīng)，而且可以大大降低建筑物達(dá)到必要抗震能力所需要的材料數(shù)量。通過對平面長寬比的控制，使結(jié)構(gòu)主軸方向的動力特性相似，從而避免抗側(cè)力構(gòu)件出現(xiàn)應(yīng)力集中造成構(gòu)件截面尺寸和配筋增加?？刂平ㄖ邔挶?，高寬比增大時，為了滿足結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和側(cè)向位移控制要求，需要提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，必然引起抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量或截面尺寸增加，增加結(jié)構(gòu)材料用量。應(yīng)控制立面形狀，倘若某部分結(jié)構(gòu)超強，就會有相對薄弱的其他部位出現(xiàn)[1]，必然影響豎向結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性和均勻性，側(cè)向剛度在豎向上應(yīng)該逐漸均勻變化，避免出現(xiàn)薄弱層或軟弱層。要控制平面形狀，盡量使平面規(guī)則、減少凹凸，避免樓板不連續(xù)情況出現(xiàn)，避免此類因素引起的加強措施，降低客觀結(jié)構(gòu)材料需求量。要控制平面長度尺寸，避免結(jié)構(gòu)單元超長，減小混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力的影響，避免因此造成材料用量增加。

2.3 結(jié)構(gòu)方案

結(jié)構(gòu)體系應(yīng)匹配建筑布置、高度和使用功能要求，具備經(jīng)濟(jì)合理的特性。綜合考慮抗側(cè)力構(gòu)件與水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，確保構(gòu)件自身承載能力能夠充分利用。例如樓蓋的選擇與布置應(yīng)考慮梁板的利用率問題，即梁、板均有比較高的利用率，樓板厚度與梁的截面尺寸、間距匹配，保證梁板區(qū)格基本均勻，避免過厚的樓板或者過密的梁間距。結(jié)構(gòu)荷載傳遞路線應(yīng)簡單、明確，避免不良的受力狀態(tài)。這些做法均是通過提高構(gòu)件強度利用率來降低材料用量，從而達(dá)到節(jié)省材料的目標(biāo)。

結(jié)構(gòu)方案應(yīng)該充分利用所選用結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)點。鋼材受拉能力卓越，張弦梁、索穹頂就是充分利用鋼材材料特點的典范。砼受壓能力突出，因此在受壓構(gòu)件中可以充分發(fā)揮其特點。

基礎(chǔ)方案根據(jù)場地地質(zhì)情況綜合考慮安全、工期、造價、施工及基坑支護(hù)等因素進(jìn)行多方案比較確定。相鄰建筑或同一建筑的不同區(qū)域基底標(biāo)高相差過大時，為保證地基穩(wěn)定性所采取的措施（永久性支護(hù)、基礎(chǔ)放臺處理等） 往往會大幅度提高建筑造價，因此應(yīng)避免相鄰建筑底層標(biāo)高相差過大?；A(chǔ)有埋置深度要求的高層建筑，設(shè)置地下室予以利用，同時有效減少地基荷載。

2.4 裝配式建筑

裝配式建筑是完美契合綠色節(jié)能環(huán)保理念的建筑形式。結(jié)構(gòu)構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高和構(gòu)件質(zhì)量有保障。施工現(xiàn)場變“建造”為“制造”，節(jié)約水電且減少用工成本，一體化構(gòu)件的應(yīng)用可以縮短工期，大幅度減少施工現(xiàn)場建筑垃圾。因此，對于適合的建筑，裝配式建筑技術(shù)應(yīng)該作為首選。

3 結(jié)語

結(jié)構(gòu)工程師必須高度重視綠色節(jié)能環(huán)保因素，遵循科學(xué)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展理念，將綠色結(jié)構(gòu)設(shè)計融入設(shè)計的全過程中，選取新型環(huán)保材料，通過技術(shù)進(jìn)步推動綠色節(jié)能環(huán)保結(jié)構(gòu)設(shè)計的進(jìn)一步落實，為綠色節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的達(dá)成奠定基礎(chǔ)。