摘要：我国是一个建筑业发展大国，逐年增长的建筑面积是建筑能源消耗逐年上升的根本原因。每年，建筑能源消耗在我国能源消耗中占有一定比重，绿色建筑作为一种节能减排的新型建筑模式，在我国发展前景广阔，本文从结构方案的选择、材料选择、结构优化等方面，探讨结构设计对绿色建筑节能能源和资源的支持。
关键词：绿色建筑；结构设计 ；优化
一、绿色建筑的定义及特点
绿色建筑是在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。
绿色建筑的特点：1、节能能源和资源，减轻建筑对环境的负荷；2、建筑外部与周边环境相融合，实现人、建筑的和谐共处；3、建筑室内空气清新，温湿度适当，能为居住者提供安全、健康、舒适性良好的生活空间。
二、合理的结构方案设计
在《绿色建筑评价标准》中规定，绿色建筑设计避免严重不规则的结构方案。事实上在建筑方案设计阶段应考虑建筑平面布局及立面表现的合理性，对平面及竖向不规则建筑设计相应的结构缝或通过建筑方案调整，实现建筑方案与结构方案的“双赢”。
1、选择合适的结构体系
目前我国普遍使用的结构体系主要有钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等。
（1）钢筋混凝土结构中的混凝土用水泥、砂、石、水按一定比例混合而成，就地取材方便。钢筋混凝土结构与钢结构相比耐腐蚀性、耐火性好、节约钢材。但钢筋混凝土结构自重大，、混凝土抗拉强度较低，荷载长期作用下易开裂，由于施工时需人工支模费工、费模板周期长。目前我国大多数新建建筑为钢筋混凝土建筑，研究表明，钢筋混凝土结构产生的CO2排放比钢结构建筑高44%。
（2）砌体结构的砖主要用粘土烧制，砌块石材的原料是天然石，砌块可以用工业废料矿渣制作，来源方便，价格低廉。使用工业废料为原料制作的砌块自重轻，对不可再生资源的消耗少，但砌体结构与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，因而构件的截面尺寸较大，材料用量多，自重大。砌体的抗拉、抗剪强度都很低，因而抗震较差，在使用上受到一定限制。
（3）钢结构钢材强度较高，弹性模量也高。钢材近似于各向同性匀质体，塑性、韧性好，能很好地承受动力荷载，结构可靠性高。钢结构构件便于在工厂制造、钢构件成品精度高、生产效率高。钢构件在工地拼装速度快、施工工期短，钢结构是工业化程度最高的一种结构。钢结构拆除后几乎不产生建筑垃圾，拆除后钢材可回收重复利用。但钢结构耐热不耐火，在潮湿及腐蚀性介质的环境中钢材被腐蚀后影响构件强度，设计施工时应注意做好相关防火及防腐蚀措施。
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2、绿色建筑材料的选择
绿色建筑材料的选择应注重材料本身对减少能源消耗、高回收再利用的节能节材理念出发，依据前述的钢结构钢材特点可知，钢材是良好的绿色建材之一。其他绿色建材如陶粒混凝土、加气混凝土等因其本身自重较轻但不属于高强度材料，可用于生产填充墙砌块减轻建筑本身自重，从而大大节省建造成本。另外，由于我国每年产生数亿吨建筑垃圾，建筑垃圾随意遗弃、简单填埋直接污染环境、占用土地资源，且天然砂石骨料的日益匮乏，国家已出于2011年实施相关的行业标准——《再生骨料应用技术规程》JGJ/T-240-2011，该标准的出台引导和规范了建筑垃圾再生利用，推进我国建筑垃圾资源化利用进程，释放建筑垃圾以传统简单填埋处理所占用的大量土地资源，有效改善环境。
3、结构优化
结构优化设计绝不仅仅是受力分析、结构断面、决定配筋构造措施等，还需通过对经济、技术和资源的对比分析对结构方案进行优化。（1）对特别不规则的建筑，结构构件布置宜提高建筑布局的适应性。（2）对高层和大跨度结构可采用钢结构体系、钢和混凝土混合结构体系。钢和混凝土混合结构是钢部件和混凝土或钢筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种结构。如型钢混凝土组合结构，兼具钢结构和钢筋混凝土结构两种材料的优点，可以减小构件截面，增加建筑物使用面积和楼层高度，型钢混凝土组合结构与钢结构相比，可节省钢材50%；型钢混凝土组合结构可二次受力（在施工阶段承受荷载、与硬化混凝土共同承担使用荷载），有效减小构件梁的变形和裂缝宽度；型钢混凝土组合结构可平行流水施工，施工速度快；与钢结构相比，其耐久性和抗火性能较好。（3）大跨度混凝土结构可采用现浇混凝土空心楼板体系等。现浇混凝土空心楼板体系是利用高强空心薄壁管以一定规则排列并替代实心楼盖混凝土的形成空间蜂窝状受力结构。该楼盖体系因平面内无明梁，采光效果空间效果优于梁板结构的建筑，多用于大跨度、大荷载、大空间的多高层建筑，其绿色节能方面主要表现在节材、保温、节地、隔声。由于楼盖无明梁节省了梁模板的材料、减少模板损耗，混凝土表面平整不需抹灰，节约了水泥、砂、水用量，降低水泥生产产生的CO2排放对环境的影响 。现浇混凝土空心楼板体系厚度与普通楼板相比较厚，由于楼盖为空心率在25%-50%的空心板，用于屋面时，保温性能良好，空调效果较梁板结构好；同时，空心楼板体系与梁板结构相比可降低10~15分贝音量楼层间上下层隔音效果良好。现浇混凝土空心楼板体系因无明梁，实现建筑层高的有效利用，用户不需吊顶掩盖明梁节约建材。（4）预应力技术的应用：预应力工作原理是通过预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。目前，预应力技术大量用于工程实际，预应力混凝土结构抗裂性好、刚度大；由于必须采用高级度材料，因此减小钢筋用量和截面尺寸，节约材料，降低结构自重；预应力梁混凝土梁的曲线钢筋（束）可以使梁中支座附近的竖向剪力减小；由于混凝土截面上预应力的存在，使荷载作用下的主拉应力也就减小；对钢筋混凝土柱施加预应力，使纵向受力钢筋张拉不易压弯，同时钢筋可帮助周围混凝土抵抗压弯；因为有强大预应力的钢筋， 在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力应变变化幅度相对较小，对承受动荷载的结构可提高抗疲劳性能。（5）建筑材料用量中绝大部分是结构材料，钢筋混凝土结构中，采用高强混凝土可以有效减小结构构件的截面尺寸及混凝土用量，增加建筑的使用空间。在普通混凝土结构中，受力钢筋宜优先选用HRB400级热轧带肋钢筋；在预应力混凝土结构中宜使用高强螺旋肋钢丝及钢绞线。（6）随着建筑工业化产业的发展，在技术条件许可的、保证安全的前提下使用工业化生产的预制楼板、阳台、楼梯、隔墙板、外墙板等，可减少材料浪费，缩短施工工期，同时为建筑拆除后构配件的替换和再利用创造条件。
三、结语
绿色建筑在结构设计上在保证安全性与耐久性的前提下，充分考虑节能减排的实效性，从建筑的实际情况出发进行结构设计，将结构体系优选、材料的选择、建筑功能和建筑环境相结合，综合考虑结构方案，尽量减少对自然环境的影响和破坏。
参考文献
【1】绿色建筑评价标准 GB/T50378-2014.北京：中国建筑工业出版社
【2】吴健雄，熊继业.绿色建筑的结构设计.建筑设计,2014(7).
【3】潘健.结构设计在绿色建筑中的探析[J].建筑工程技术与设计,2015(11).
论文作者:秦璇
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/27
标签：建筑论文; 结构论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 钢结构论文; 预应力论文; 荷载论文; 《基层建设》2016年12期论文;