基于生态环保理念的绿色建筑结构设计的探讨

顾耐瑄

【摘 要】 随着经济社会的不断发展，建筑设计人员要意识到节能生态环保在实际生活中的重要意义，本文笔者从建筑结构设计生态环保节能问题的发展现状以及建筑结构设计中生态环保节能理念的具体应用等方面对节能生态环保理念在建筑结构设计中的应用进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

【关键词】 生态环保理念；绿色建筑；结构设计

一、建筑结构设计生态环保节能问题的发展现状

随着全球能源问题日益受到关注，可持续发展的理念在逐渐推广，在各行各业的建设过程中都更加注重节能生态环保的理念，尤其是建筑行业作为能耗较高的行业，其在结构设计的过程中也在不断地将节能生态环保的理念引入到设计中。从目前的发展状况来看，中国的建筑业的发展和发达国家之间有一定的差距，国外先进节能理念、技术和材料的应用较中国来讲都有明显的优势，其向中国展示了节能技术在结构设计中的应用，这也是中国建筑业今后的发展方向。但是目前来讲，中国的房屋建筑业在技能设计的过程中存在着一些不足之处。

1、结构设计时忽视节能生态环保问题。在建筑结构设计的过程中，室外的环境和自然通风情况十分重要，但是从目前来看，建筑结构设计的时候过多地追求建筑的实用面积、结构的安全性和稳定性以及建筑结构的美观性，但是对于结构的性能、品质以及节能生态环保方面就相对忽视。

2、房屋建筑结构设计的过程中新型技术和传统技术的合作不恰当，并且缺乏先进的建筑节能理念和技术的支持。在当前建筑结构设计的过程中，不能够将技术很好地应用在实际的设计过程中，并且套用国际标准的现象较为普遍，不能够根据建筑物的实际情况制定恰当的结构设计方案。

3、在结构节能减排设计的过程中对于节能材料的选用缺乏科学性和合理性。建筑材料是房屋建筑中重要的组成部分，是整个建筑的骨骼，在结构设计的过程中一定要注重对于节能材料的使用。在设计的过程中，建筑的形体变化过多是导致建筑物外露面积增大的主要因素，从而使得外围护墙体消耗能量增加，因此片面地追求建筑形体的多样化而忽视对于建材的消耗，这是和节能理念相违背的，加之对于节能材料的使用不当，也会造成资源能源浪费的现象。

二、建筑主要材料设计

建筑外墙材料保温隔热的能力直接影响到人的体表感觉。做好墙体隔热能减少空调使用时间，达到节约电能目的。同时得明确采用轻质，容量小的材料，可以减少结构的自重。混凝土材料，采用强度等级高的混凝土材料。钢筋材料，受力构件钢材采用强度等级高的热轧三级钢，fy=300N/mm2。

节约建筑能耗最重要的措施是合理改善外围护结构的热工性能，高效保温的墙体节能效果显著。如外围护墙材料是利用火力发电厂排放的粉煤灰作为主要原料，采用先进的生产工艺及装备生产的新型墙体材料，这种材料可以有效地减少建筑垃圾，利于生态环保和减少资源浪费，是一种真正的绿色建材产品。在已经满足保温节能要求的情况下，又增加了一层30mm厚的有機硅保温砂浆，从而减少了外围护结构的传热系数。太阳能是我们可利用的最清洁、最丰富的能源，在屋顶安装太阳能电池发电系统，可以将太阳辐射能直接转换成电能，利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能，并可以随时向用电设备供电，从而满足楼内的动力和照明系统的用电需求。太阳能电池发电技术具有许多优点，如安全可靠，无污染，不消耗常规燃料，不受地域限制，维修简便，适合在建筑物上安装等特点，因此它是当今世界上最具有发展前途的新能源利用技术。室内的空调系统全面采用了地源热泵技术，它利用地表浅层中蓄存的能量，室外空气温度波动很大，但地表面几米以下的地温全年相对恒定的特点（地球表面温度通常保持在15℃左右），在夏季将室内多余的热量不断地排出而为大地所吸收，使建筑物室内保持适当的温湿度。这项技术具有低能耗、对环境影响小、维护费用较低以及设计灵活等突出特点，是一种高效、生态环保的能源利用系统。

三、结构体系设计

采用合理的结构体系，结合建筑的使用功能，房地产发展商将销售的房子交给客户时，客户自己又是打又是砸，这种做法既不经济，又不生态环保，给社会增加了许多地建筑垃圾。二次装修带来的污染和浪费也是巨大的。

钢筋混凝土结构是我国目前在高层建筑领域里应用较多的一种结构形式。钢结构和钢筋混凝土结构各有所长，前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空高度大等优点；而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明，高层建筑采用钢筋混凝土结构的用钢量约为钢结构的70%，而施工速度与全钢结构相当，在综合本工程的特点，考虑施工周期、结构占用使用面积等因素后，相比其他结构，采用钢筋混凝土结构最为经济。

四、结构优化方面设计

结构优化是在满足国家规定的结构安全度的前提下，通过合理的结构布置、精确的计算分析，严格的把控配筋，达到有效降低建筑单位面积含钢量从而节省工程造价的目的。据统计，在工程质量事故的众多原因中，设计责任多数占40.1%，居第一位。不少建筑产品由于缺乏优化设计，而出现功能设置不合理，影响正常使用；有的设计图纸质量差，专业设计之间相互矛盾，造成施工返工、停工的现象，有的造成质量缺陷和安全隐患，给国家和人民带来损失往往是设计费的数倍甚至数十倍。结构优化设计应用到建筑领域后，就会使这一目的体现得更加完整和充分，在建筑领域应用和推广结构优化设计更有着不同寻常的意义。对设计单位、开发商、百姓都是利好消息，它是惠及百姓的一种生态环保设计理念，具有前瞻性，会带来多赢。

在从事工程项目和结构的设计时，除了要考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性外，还应该考虑到把它设计对象设计得尽可能完美。这就是工程和结构的最优化问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案。结构设计优化方法从建筑理论上分析，具体体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计两方面。后者的优化设计包括：屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。建筑师在保证设计安全的前提下，应该敢于挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

五、景观设计方面

景观环境设计涉及面非常广，是一个庞大、复杂的综合学科，融合了人类文化学、艺术、当代科技、地域学、自然、地理、城市规划、环境艺术、园林学、市政工程设计等众多学科的理论，并且相互交叉渗透。景观设计是一个古老而又崭新的学科。景观建筑设计与结构设计紧密相连，但又相互区别。从结构的荷载效应来分析，景观的种植土可采用容重小的种植土，例如改良土（湿密度≤10.0KN/m3），在施工过程中，应尽量避免同一结构面上部同时存在施工堆载与景观覆土恒载，这样可有效地减少结构上部荷载。从而大大降低结构的含钢量。从结构平面布置分析，可以根据景观设计提供的条件，对于下部结构影响大的部分，结构平面布置按景观设计条件进行调整，避免结构不合理而造成浪费或二次修改造成不必要的费用。所以结构设计和景观设计是一个有机的整体，它们的存在也是相辅相成的。

结语 ：

随着经济的发展和社会水平的不断进步，建筑行业获得了较快的发展空间，与此同时建筑的能耗也在逐渐地增加，这已经成为社会经济可持续发展的软肋，因此说在今后的建筑结构设计的过程中一定要注重对于节能设计的应用，积极地采用新技术，应用新型的节能环保材料，使房屋建筑结构的设计向着绿色、节能和环保的方向发展。

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