刘勇刚：绿色节能理念建筑结构设计探讨

刘勇刚：

四川华构建筑科技有限公司副总工程师

国家一级注册结构工程师、高级工程师

四川省住建厅专家库专家

中国钢结构协会理事专家

【摘要】近些年来，我国的经济发展保持高速增长，城市化进程不断深入和加快，建筑行业已经成为了我国经济的支柱产业之一。与此同时，建筑行业所产生的资源消耗问题、环境问题日益突出， 已成为制约行业乃至国民经济可持续发展的突出问题。绿色节能理念建筑技术注重低能耗、高效率、经济、环保、一体化和优化。它是人与自然、现在与未来的利益共享，是可持续发展的有效手段。

【关键词】绿色节能理念；建筑；结构设计

1992 年 6 月" 联合国环境与发展会议" 在巴西的里约热内卢召开，可持续发展的理念成为各国共识，以此为契机，绿色节能建筑成为新的发展方向。此后，我国政府相续制定和颁布了若干有关绿色建筑的纲要、导则和法律法规，积极推进绿色节能理念建筑的发展。目前我国的绿色节能建筑评价体系共有七个种类的指标，它包括并涉及建筑物整个生命周期的各个方面，包括建筑、结构、给排水、暖通空调、电气、景观、室内装饰以及设计过程中的许多其他专业。绿色节能理念建筑在设计过程中需要改变传统设计中单一线性的流程，强调多专业的配合。

结构专业在满足建筑的承载力、安全性、稳定性和耐久性的同时，还需要从结构体系、结构材料和施工工艺等方面综合考虑， 以满足绿色节能理念建筑的设计需要。

一. 结构体系的选择

绿色节能概念建筑的设计应注意其平面、立面和断面的规律性，这对建筑的抗震性能和经济合理性有着重要的影响。建筑形体的规则性分为：规则、不规则、特别不规则、严重不规则。建筑形体的规则性划分应依据现行《建筑抗震设计规范》中的相关规定。为了达到同样的抗震设防目标，不规则形状的建筑比规则形状的建筑消耗更多的结构材料。不规则度越高，形状越复杂， 消耗的结构材料越多，不利于节省材料。

在传统设计单一线性的流程中，建筑的形体由建筑专业主导，结构专业在建筑方案设计的早期阶段，我们应尽最大努力参与建筑方案的设计，在方案阶段的设计过程中提出我方专业的合理化建议，形成适合建筑方案的结构方案。

（一）对已确定形体的建筑，结构布置应遵循以下原则：

1. 平面布置应对称，使建筑物的质心和刚度尽可能重合， 以减小结构的扭转效应，使建筑物的横向刚度在两个方向上接近， 使建筑物的两个方向具有近似的自振周期，在此之外，还应确保建筑物具有较大的抗扭刚度。

2. 垂直布置力求均匀，垂直构件应贯穿建筑的整个高度， 当其沿垂直方向发生变化时，应均匀改变竖向强度和刚度，避免强度和刚度的突变引起的应力集中。此外还应保证相邻楼层的侧向刚度比，避免结构刚度沿垂直方向突变，避免形成薄弱层。

3. 当建筑具有较为复杂的类型、体系、体型时，可设置具有足够宽度的防震缝，从而将复杂的结构单元分割为独立的简单结构单元。

二、结构材料的选择

（一）建筑主体结构现浇混凝土采用预拌混凝土。与现场搅拌制备的混凝土相比，预拌混凝土具有稳定的性能，易于保证混凝土的浇筑质量，并且采用预拌混凝土能够有效的减少施工现场的噪声和粉尘污染，还能够节约能源、资源，减少材料的损耗。

（二) 高强度建筑结构材料的合理使用：混凝土结构的竖向承载构件采用强度等级不低于 C50 的混凝土，梁、柱的纵向受力普通钢筋应采用强度等级不低于 400MPa 的 HRB 钢筋；钢结构采用Q345 及以上钢材。高强度建筑结构材料的合理使用，可以减小材料用量和结构构件的截面尺寸，同时也可以降低结构的自重荷载， 减少地震作用对建筑的影响和地基基础的材料用量。

（三）建筑砂浆采用预拌砂浆。用预拌砂浆代替现场拌制砂浆并不是一种简单意义上替代。预拌砂浆采用先进的技术和有效的质量控制措施，产品性能和稳定性显著提高，技术含量高。虽然预拌砂浆的单价比现场拌制砂浆的单价高，但预拌砂浆其具有良好的性能、稳定的质量、对环境的污染小、可以降低材料的浪费和损耗、提高施工效率、降低工程返修率。采用预拌砂浆的综合成本相比现场拌制砂浆更低。

（四）合理采用高耐久性建筑结构材料：混凝土结构采用高耐久性混凝土；钢结构采用耐候结构钢或耐候型防腐涂料。采用高耐久性建筑结构材料可提高建筑物的使用寿命，降低使用和维护成本。

（五）采用结构构件和装修一体化设计。要求对结构构件设计和装修设计协调统一，在结构构件设计中，应考虑装修设计的需要， 提前预留孔洞，并提前预埋固定件，以免装修时再在已有的结构构件上穿孔、打凿。一体化设计不仅可以减少设计的反复，还可以保证结构的安全，节约材料和降低装修成本。

（六）采用工业化生产的预制构件。预制构件采用工厂化方式生产，产品性能良好、质量稳定，不仅可以减少材料浪费，而且可以减少施工对环境的影响，同时还能为将来构件的替换和拆除后的再利用创造条件。

（七）使用以废弃物为原料生产的建筑材料。

（八）采用可再利用材料和可再循环材料。

三、施工技术

随着我国经济的发展和科技水平的提高，建筑施工技术也取得了很大的进步，特别是近年国家大力提倡和推广的装配式建筑施工技术，因其具有性能好精度高、质量稳定、施工效率高、节省人工、缩短工期、节约材料、对环境污染小等诸多有点，是一种能有效实现绿色节能建筑设计理念的新型施工技术。绿色节能理念建筑在进行结构设计时应结合装配式建筑技术的特点，在设计中充分考虑几个方面 :

（一）标准化设计。

采取通用产品、采用共性条件、统一的标准和模式开展标准化设计。不仅仅是设计思维的改变，同时可以提高设计质量和工程质量；减少重复劳动和资源浪费；推广创新新技术新材料；实现构件工厂化生产、装配化施工，有利于节能减排。

（二）集成化设计。

在产品系统集成的基础上，装配式建筑强调集成化设计，将结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统进行综合一体化设计。通过集成化设计可以提供更加优良完整的建筑成品，方便施工安装和使用过程中的维护。

（三) 管线分离。

传统建筑均是将管线预埋于主体结构如梁、柱、板中，随着建筑使用期限增长管线老化，后期维护困难。装配式建筑提倡管线分离，即将设备与管线设置在结构系统之外的方式。分离技术可以使建筑具有结构耐久性、室内空间灵活性、装修可再生性、低能耗、长寿命等优点。

 (四）干式工法。

传统建筑施工方式大部分具备湿作业多、粗放型施工、工序复杂、建造周期长、现场管理水平差等缺点。装配式施工提倡采用干作业施工的建筑方式，采用现场吊装安装预制成品件的方式，集成装修，减少现场抹灰等湿作业，可以改善现场作业环境和提高建筑品质。

（五）集成式卫生间和集成式厨房。

装配式建筑采用将生产的楼地面、墙面、吊顶和洁具设备、厨房设备及管线等集成并主要采用干式工法装配而成的卫生间和厨房。采用集成式卫生间和集成式厨房可以改善环境，提高安装效率，提高建筑品质。

四、结论

通过上面的分析，我们可以了解到，随着经济和社会的快速发展，人们的关注点不再仅仅局限于建筑的经济性和使用功能， 越来越多的人意识到保护环境的重要性，在建设城市的过程中也提倡节约资源、保护环境，做到可持续发展。而绿色节能理念建筑技术作为一种可持续发展的有效建设手段，越来越受到重视， 各级政府不断出台各种法规和政策大力提倡和推广，可以预见在不久的将来将会出现越来越多的绿色节能建筑。绿色节能理念建筑的设计作为一项复杂的系统工程，需要设计人员改变传统的单一线性的设计流程，加强各专业之间的沟通和配合，从设计源头出发推动绿色节能理念建筑的发展。

【参考文献】：

[1] 尹卫国 . 建筑结构设计中绿色节能环保理念的实际应用 [J]. 民营科技 ,2018（07）:116.

[2] 刘勇刚. 装配式混凝土结构设计关键连接技术研究[J]. 建筑工程技术与设计 ,2018,（16）:81-82.

（编辑：奚雅青）

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