基于结构选型、结构设计和绿色建材的绿色建筑结构设计探讨

陶霖华

（重庆杰创建筑设计有限公司　重庆市　渝北区　401121）

基于结构选型、结构设计和绿色建材的绿色建筑结构设计探讨

陶霖华

（重庆杰创建筑设计有限公司重庆市渝北区401121）

在低碳发展、绿色发展的背景下，建筑业作为耗能高、污染严重的产业之一，实现绿色设计、绿色发展具有重要的意义。在绿色建筑的设计中，建筑结构设计是最重要的一个方面。本文在绿色建筑结构特点的基础上，从结构选型、结构设计和绿色建材三个方面对绿色建筑的结构设计进行了探讨。

绿色建筑结构设计；结构选型；结构设计；绿色建材

近年来，随着温室效应和雾霾现象的加剧，人类的生存环境和居住环境也受到了很大的威胁。日益严重的环境问题，不仅给高速发展的经济敲了一记警钟，同时也给人类居住建筑的设计带来了一个新的方向——绿色建筑。绿色建筑指的是在建筑的使用周期以内，保证能源能够在最大限度上实现节约，以达到保护环境、减少污染的目的，从而为人们提供一个健康、高效、适用的空间，以实现与自然的和谐发展[1]。在如今生态环境问题的背景下，绿色建筑的出现是建筑业发展的必然趋势。在绿色建筑设计中，绿色建筑的结构设计是非常重要的一个环节。所以，对绿色建筑的结构设计进行探讨对绿色建筑的发展具有重要的意义。

1　绿色建筑的结构特点

（1）环保性。环保的含义就是不产生过多的垃圾，不给环境带来过大的负担。绿色建筑结构对结构类型进行合理的选择、对建筑材料合理的选用，在施工的过程中减少能耗，在使用的过程中减少污染，以达到环保的效果。

（2）节能性。根据统计显示，在全球范围内，在交通、工业和其他行业耗费的能源在50％左右，在建筑空调、采暖、照明中耗费的能源在45％左右，在建筑构造方面耗费的能源在5％左右。通过以上数据分析可见，在建筑业方面的能耗几乎占据了全部能耗的50％[2]。所以，节能在绿色建筑体系中占据着重要的位置，因此，节能性是绿色建筑的结构特性之一。

（3）经济性和可持续性。在建筑设计的过程中，如果过于追求建筑的外观，不对建筑的结构体系问题进行全面的考虑，不对建筑成本进行考虑，由此设计的建筑在很大程度上违背了经济适用、节能环保的原则。所以，经济性和可持续性也是绿色建筑的结构特性之一。

2　绿色建筑结构设计

2.1绿色建筑的结构设计原则

（1）合理适中的原则。绿色建筑结构设计的合理适中原则具体的含义是：结构体系合理，经济成本适中[3]。如果建筑结构的体系有过多的富余，就会在很大程度上造成建筑成本的浪费，不能很好的实现节能的目的。所以，绿色建筑结构设计要在保证建筑结构安全的条件下，合理适中的进行设计，以节约资源消耗。

（2）结构整体性原则。在对绿色建筑结构进行设计的过程中，绿色建筑要将自身和周围的自然环境融合在一起，以促使环境效益最大化，从整体性利益考虑，从长远性利益考虑。在绿色建筑结构设计的过程中，要保证绿色建筑的结构和建筑设计能够形成一个完整的整体，以保证建筑结构能够很好的和建筑的整体效应保持一致。

（3）尊重自然的原则。绿色建筑最显著的特点就是：建筑和环境能够实现完美的融合。在绿色建筑的结构设计中，要对生态和自然进行优先考虑，要尊重自然，维护生态环境，注重生态环保。所以，在绿色建筑的结构设计中，设计的每一步都要坚持尊重自然的原则，都要保持建筑和环境的和谐统一。

2.2结构选型

结构选型可以在最大程度上保证建筑与自然和谐发展下的可持续建造性。从实际经验来看，相较于传统的建筑结构体系来说，绿色建筑结构体系可以在很大程度上减少建筑对周围环境产生的压力。在绿色建筑结构设计中，结构选型在建筑生命周期规划中承担着比较重要的角色。结构选型的正确性能够帮助绿色建筑形成节能环保的、完整的结构体系，赋予绿色建筑“健康的骨骼”。所以，在绿色建筑结构设计中，结构选型的合理性非常重要。

在结构选型方面比较成功的一个案例就是法兰克福商业银行建筑结构选型。在欧洲，法兰克福商业银行是第一座绿色建筑，在项目招标的过程中，在招标书上明确提出要创造出“和使用功能等价的建筑使用环境”。在建筑设计的过程中，业主要求设计师在规定的建筑范围内——一个三角形的基地，保证建筑中所有的人员都能在自己的办公区内欣赏到建筑中的空中花园。在这样的设计要求下，这座建筑首创了一种角筒—错层空腹桁架结构体系，将原有的中央核心筒取消，在那个位置设计了三个竖向的角筒。在这样的设计下，整个建筑空间都得到了改变，在一个三角形的大楼中，大楼的每一侧都由每8个楼层加插一个4层高的空中花园来构成，同时大楼三个侧面的空中花园都以顺时针的方向通过向上盘旋错层相接的方式来设置。在这座建筑的每一层的每一个位置，都可以欣赏到美丽的空中花园，这就是绿色建筑的结构选型[4]。

2.3结构设计

随着绿色建筑结构选型的发展，绿色结构设计也要随之完善。随着人们对绿色建筑的要求日益增加，建筑选型日益复杂，建筑结构设计的难度也越来越高。在对绿色建筑结构进行设计的过程中，结构计算是一个难点。目前，在很多绿色建筑结构计算的过程中，在力学模型复杂、结构构件受力难以进行精确的计算时，或者没有办法对建筑的结构目标效果进行分析时，或者结构设计程序和结构设计理论都很难达到设计要求时，就需要使用高科技的设计软件来进行设计。所以，要随着科技的发展，实时的开发全新的设计软件，以促使绿色建筑的结构设计能够不断的完善。

在目前的建筑结构中，根据承重构件的材料进行划分，可以分为四种结构体系，分别是：木结构、钢结构、砌块结构和钢筋混凝土结构[5]。单纯的从绿色建筑的特点和内涵来看，最符合绿色建筑结构标准的就是木结构，但是因为我国的森林资源有限，并且木结构在城市中也不适用，所以木结构的应用受到一定的限制。砌块结构是使用工业废渣、砖渣、矿渣等原料制成的，非常符合国家的耕地保护政策，能够很好的实现节约资源、循环利用的目标。钢筋混凝土结构是目前在建筑行业中最常使用的一种结构，但是目前，钢筋混凝土结构在国外已被列为非绿色建筑结构，因为在钢筋混凝土结构中使用了大量的水泥、砂石等材料，在使用的过程中产生了大量的二氧化碳和粉尘，并且产生的废弃物还难以回收利用。所以在将钢筋混凝土结构作为建筑的主要结构时，需要对延长建筑的使用寿命、提高建筑的承载力进行很好的研究和探讨。目前，在使用钢筋混凝土结构进行设计的过程中，出现了一些大开间空心楼盖结构或者是大跨度预应力结构[6]，对绿色建筑的发展具有重要的意义。

2.4绿色建材的选择

绿色的建筑材料是绿色建筑各个功能目标实现的保障，绿色建筑的生态环保效果在很大程度上取决于绿色建筑材料的选用，同时，绿色建筑材料的选用也能在很大程度上增强绿色建筑的生态环保效果。绿色建筑结构本身使用的材料应该是绿色建材，选用的绿色建材要具有可持续发展的特点，以保证绿色建筑可持续发展目标的实现。同时还能在建筑结构出现缺陷的时候，将其更换，以延长建筑的使用年限，同时降低建筑的维修费用。

在建筑绿色建材方面，在选用的同时还可以进行研发，比如对钢结构进行开发，使其具有绿色性。相对于其他的结构类型来说，钢结构具有如下特点，分别是：力学性能清晰、钢材的延性比较好、抗震性能好、耐久性强。钢结构的如上特点决定了钢材能够很好的成为绿色结构。对钢结构的绿色开发，对钢材的塑性变形能耗进行有效的利用，减少建筑的震害；同时，因为钢结构自身的重量比较轻，在使用的过程中可以有效的减少地基受力。除此之外，钢结构的节能、环保、节水、减排、安装简单、施工工期短、易拆除、易运输、可以重复利用等特点，都符合绿色建材的要求。所以，目前在绿色建材方面，钢结构应该是重点开发结构。

3　结语

在低碳发展的背景下，建筑业作为一个能耗大、污染严重的行业，研发绿色建筑，实现绿色发展具有重要的意义。在绿色建筑设计中，绿色建筑结构设计是一个比较重要的环节。绿色建筑结构设计要遵循环保性、节能性、经济性和可持续性的原则，在设计的过程中，要优化结构选型、进行科学的结构设计、选择合适的绿色建材。实现绿色建筑结构的优化设计，对维护绿色建筑安全和使用性能的有效性具有重要的意义。

[1]汪四新，屈娜.某保障性住房绿色建筑结构设计与评价[J].建筑技术，2011（1）：27～31.

[2]黄燕松，杨绮文.绿色建筑结构设计探析——围绕结构选型、结构设计、绿色建材分析[J].科技与企业，2014（4）：118+120.

[3]宋歆.分析绿色建筑结构设计[J].房地产导刊，2014（21）：94～95.

[4]王礼洁.高层绿色建筑结构设计[J].城市建设理论研究（电子版），2014（35）：4762～4763.

[5]唐广飞.关于高层绿色建筑结构设计的重点研究[J].建材与装饰，2014（18）：38～39.

[6]吴智成.浅谈绿色建筑结构设计[J].城市建设理论研究（电子版），2011（26）：25～26.

TU392.5

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1673-0038（2015）29-0035-02

2015-7-5