低碳环保理念下的高层建筑结构设计分析

高飞

前言

现代高层建筑主体结构多采用钢筋混凝土结构，消耗了大量的水泥，石子等自然资源，在钢筋混凝土拆除的过程中这些材料不可回收且难处理，也给环境造成不小的压力。低碳环保理念下的高层建筑结构设计是对建筑结构设计方案的经济性、实用性、环保性、舒适性进行分析的一个非常重要的环节，一定程度上影响了工程造价，降低了对周围环境的破坏，通过新技术、新产品、新工艺实现了节能减排，可有效促进经济的发展和社会的进步。

1 低碳环保理念的特征

低碳环保理念是当今社会常提到的一个名词，具有鲜明的特点：①低碳环保理念以降低环境污染，减少对环境的破坏为目的；②低碳环保理念重视对技术的创新，通过新技术、新产品、新方法来实现节能减排；③低碳环保理念的应用，可以有效的促进社会的发展，经济的进步，为人类文明的发展起到重要作用。低碳环保理念在高层建筑结构设计中的应用也一样，具体体现在以下几个方面：

（1）节约资源能源：以低碳环保理念为设计指导，对于新材料、新产品、新技术的应用会更加重视，如高层钢结构及装配整体式高层混凝土结构等，从而有效的降低资源能源的消耗，降低对环境污染的压力。

（2）营造新的环境：在建筑结构施工的过程中，由于新材料、新技术、新工艺等的应用，性能优越，一定程度能够更有效率的开展工作，方便施工。如高层钢结构及装配整体式高层混凝土结构，大部分的施工作业在工厂进行，工地现场只是进行拼装作业，大大缩短了工程建设周期。

（3）提高生活品质：低碳环保理念下的新型建筑结构设计产品，开发新型技术，如在室外铺装过程中利用水体循环和蒸发等原理，减少热岛效应，加强雨水应用，降低城市耗水量，有利于人们生活环境的进一步改善，从而使我们生活空间更加舒适。

2 低碳环保理念下的高层建筑结构设计注意事项

2.1 选取合适的材料

高层建筑要想有好的结构，或者说，高层建筑的设计者要想设计出美观舒适安全的高层建筑，就必须要选取合适的建筑材料。所谓的合适，是指在低碳环保下，注重材料的强度和弹塑性。如果建筑材料强度和弹塑性达不到要求，这样高层建筑就起不到防震作用，也可能会瞬间倾塌。其次优化外墙技术，外墙是维护结构的主体部分，其耗能较大，占整个建筑能耗的25%左右，高层钢筋混凝土框架结构及剪力墙结构，采用的均为质地较轻，保温隔热较好的材料，但是材料的性质影响了外墙的寿命，传统的外保温材料结构复杂，且抗震效果不好，因此在选择外墙材料时不仅要有保温效果，更要抗震性能强，结构性好的材料，能够承受住外部装置的荷载以及有震动的凿刨装修等。因此，在选取材料的时候一定要注意，确保材料的使用性能满足要求，而且要注重材料的低碳环保性能。

2.2 选择合适的建筑形体

建筑形体在高层建筑中也占据十分重要的位置，建筑形体越大耗能越多，应尽量选择体形系数较小的平面形状，因为它能够利用其小巧光滑的外形减少建筑物整体及局部的风压体型系数，结构体系的布置能够更加合理，更加节约。

2.3 选取合适的结构体系

在低碳理念下，选择合适的结构体系如钢结构装配式体系和钢筋混凝土装配式体系等，随着经济和社会的发展钢结构体系已经被运用到各种大型的建筑结构体系中来，但钢结构在住宅中的应用很少，没有被广泛推广开，该结构体系重量较轻，具有较好的抗震性能，且能重复利用，在低碳环保理念下应被大量推广，还能够给整个高层建筑增添美感，更加符合大众的口味和审美。钢筋混凝土装配式体系，在节能减排的背景下近几年让大家有了新的认识，装配式结构体系具有抗震性能好，承重体系和非承重（围护体系）体系有较好的衔接，结构质量能够很好地控制，能够减少对环境的污染，施工速度较快等特点。

2.4 充分利用自然资源

充分利用建筑空间自然通风原理，建筑结构设计最大限度的利用自然通风，这就要求结构体系设计能够配合好建筑本身尽量实现这个要求，同时做好优化建筑位置及朝向设计，充分利用自然资源，降低使用采暖设备和空调系统。因此，对于高层建筑结构设计者来说结构细节会决定着这个高层建筑的低碳性和可持续性以及舒适性。特别是低碳环保理念的应用，更应该注重细节，对于新技术、新产品、新工艺的应用，能够使我们的结构体系更加人性化。

3 低碳环保理念下的高层建筑结构设计原则及要点

3.1 高层建筑结构设计的经济性和合理性

高层建筑设计出来的初衷就是为了进行土地资源的节约和空间资源的节省，让人民生活舒适的情况下还能做到节省能源。建筑结构设计是为建筑架起骨架，在建筑方案确定的前提下，结构方案应在安全的前提下，采用合理的，经济的结构形式，并达到节能减排的效果。通过对设计方案的努力改正和检查，降低施工的花费，积极配合施工工作，确保低碳环保理念能够在高层建筑结构设计中发挥应用的作用，通过经济、环保、科学的设计方案，使高层建筑结构设计更加合理。

3.2 合理利用概念设计

对于结构工程设计师来说，高层建筑结构的概念设计贯穿着整个设计过程中，是整个结构分析和设计的灵魂，根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑结构的总体布置并确定细部构造的过程。所以高层建筑结构的概念设计是要将整个高层建筑结构设计贯穿于整个建筑设计，建筑方案制定的过程中应当尽量选用规则的平面布置；在场地选择中应当有所避开对抗震不利的地方；建筑结构体系和材料的选择还应当综合考虑结构的承重性及延性，确保结构具有较好的抗震性能，并以概念判断计算结果的合理性并进行必要的调整。

3.3 做好高层建筑结构延性设计

高层建筑结构的延性能够对抗震起到决定性作用。所谓的高层建筑的结构延性包括材料延性，构件延性和结构延性，也就是高层建筑结构的材料，构件和结构的变形能力。如高层钢结构，钢材本身具有较好的塑性性能，且质量较轻，水平地震作用和竖向地震作用相比钢筋混凝土结构较小，且钢结构具有很强的韧性，在地震过程中能够吸收较多的地震能量，是一种很好地结构延性体系，即使在大震下也会使得高层建筑屹立不倒而危及人身安全，但是由于造价的原因至今没有在高层住宅上广为应用。现如今，人们对于高层建筑要求越来越高，致使很多高层建筑设计师把高层建筑设计得越来越复杂，如果高层建筑结构的延性不好，就不能保证高层建筑结构的变形能力，导致高层建筑在地震过程中出现破坏和倒塌。

3.4 确保高层建筑结构轴向变形的合理性

随着高层建筑高度的不断增加。在这种趋势下，由于建筑材料的多元化，高层建筑结构轴向变形问题就显得十分突出。因此在如今的超高层建筑中，竖向的荷载大幅度的增加，就会使得高层建筑结构中的中墙柱体在自身徐变发生的过程中随着荷载的不断增加而发生轴向变形，直接影响到高层建筑的稳定性，因此在结构设计和后期施工过程中，应采取有效的措施保证中墙柱的轴向变形控制在合理的范围。

4 结语

综上所述，高层建筑不仅缓解了土地资源紧张，还让人们的生活更加现代化，还带动了相关产业的发展。但是在高层建筑结构设计的过程中，对于低碳环保理念的应用，应该科学合理，在确保建筑结构可靠的安全性和抗震性能等基本要求的前提下，采用新技术、新材料、新工艺，新方法来提高建筑结构的经济性、实用性、舒适性，促进建筑结构设计的可持续性发展。