钢结构住宅建筑部品生命周期详单分析

田镜楷

【摘 要】 随着建筑行业的不断发展，对于钢结构住宅建筑部品生命周期详单的分析也逐步深入。本文针对于某个钢结构住宅小区之内3栋层数不同建筑在施工过程中的建材来源与建材的耗量进行系统的调研与统计，同时与BESLCI软件相结合，对围护结构与建筑结构环境排放以及生命周期的能耗进行计算，从而对钢结构住宅建筑部品的生命周期详单进行简要分析。

【关键词】 钢结构住宅；建筑部品；生命周期；详单

钢结构建筑在我国属于发展比较快的建筑产品，因为它有着施工周期短、产业化程度高以及投资的回收也相对于比较快的几大优势。但是对于高层钢结构与多层钢结构住宅谁的优势更大，在建筑行业之内始终没能达成共识。首先，高层钢结构的住宅可以提供居民更多居住面积，降低土地占用面积。其次，建筑的层数越高，就必然对建筑的结构设计与桩基的要求更加严格，建筑材料的消耗也会随之增加。国内外目前几乎没有相对于建筑生命周期能源消耗与建筑体量之间关系的研究材料。在已有建筑生命周期详单的分析中，对于建筑所用材料的消耗数量大部分是依照建筑图纸来进行一定估算的，估算出的结果有可能会受统计数据精准度影响。本文对于某住宅的3栋不同层数的钢结构建筑部品生命周期详单进行分析，希望对日后钢结构建筑有一定的帮助。

一、研究对象的相关数据

以某小区中3栋层数不同的建筑为本文的研究对象，分析体量不同的钢结构住宅建筑的围护结构与建筑结构生命周期的能耗以及环境的排放。其中相关数据如表1。

围护结构与建筑结构一般是通过现场施工将各种类型的箭镞构建与材料拼装形成，所以建筑部品生命周期主要由建筑材料或者建筑构建的生产、现场施工、运输以及拆除回收等一系列过程所形成，它生命周期的流程如图1。

二、数据来源与处理方法

1、数据来源

对钢结构住宅建筑部品的生命周期详单进行分析的时候要对能源系统的详单分析的数据库内的数据与研究对象相关的一些参数这两类数据进行收集。其中包含了在能源的上游阶段之中能源的转换、能源的生产、能源的运输、在建造的过程中各个部品原材料的消耗、运输与建筑过程中升级到能耗的大小、能耗的类型、运输距离、运输方式以及施工过程中能耗的数据等等。这些数据主要可以通过最近几年的一些权威文献以及对施工现场进行实际的调查最后进行整理得到。

2、调研结果

经过对建筑实地的调研，得到不同体量的钢结构住宅的围护结构与建筑结构各自施工量以及建材的耗量，如表2。

3、数据假设与处理方法

如表2所示，在钢结构的建筑中用到的主要材料有钢板、钢柱、钢梁以及钢筋这四大种类，前三类是用钢板从大型钢厂直接运输到当地，之后经焊接、钻孔、冷弯等加工方式制成钢件，然后运到施工现场装配，而钢筋主要来自当地的轧钢厂。与钢筋相比较，前三类增加了运输过程与加工过程，所以此两部分能耗要进行单独的计算。对于钢板的上游开采、生产与运输中能耗的数据可以应用钢厂锁提供的一些数据，其中部分没办法获取的数据可应用国家层面数据来代替。

一些钢铁的相关产品回收率会比较高，特别是型钢类型的一些构建，在实际工程建筑中所用到的钢构件中钢材一般是矿石经过高炉的生产得到或者是应用废钢材经过电炉的生产得到。为了能够给建筑行业提供有效的数据，本文考虑到平均水平，其中回收钢与原钢比例依照宏观的数据来进行计算。最后在利用BESLCI软件对生命周期的环境排放与物化能耗数据进行计算。

三、详单的分析结果与讨论

1、结果

将查阅出的相关数据与调查得到的数据带入BESLCI软件中进行计算，得出围护结构与建筑结构在施工阶段的环境排放以及生命周期的能耗。

2、讨论

可以看出在三种类型的钢结构建筑中钢筋、水泥、混凝土以及钢构件为钢结构建筑部品生命周期中所耗能最大的几个部分，其中水泥、混凝土和钢构件占到了整个建筑部品的生命周期能耗60%多。所以，对这几类建筑材料的生产工艺进行优化，适当降低生产所好用的能源对于降低建筑部品的生命周期所耗能源密切相关。相对于不同体量钢结构住宅来说，它各个部分的能耗比例还有着一定的差异，本文中的3中不同体量的住宅，会随着层数增加，逐渐增加钢构件在能耗上的份额，增长6个百分点，但是混凝土与水泥总体能耗份额相应的减少，从6层建筑45%能耗降低到18层建筑39%的能耗。主要原因是钢结构住宅的承重结构主要是钢柱与钢梁等一系列钢构件，其层数越高，对于承重的结构要求也会越加严格，所以对于钢构件的消耗也就逐渐增加。

在钢结构建筑的施工阶段，其能耗会占到建筑部品生命周期的能耗大约5%，而二氧化碳的排放量占用的份额更少，只有大约生命周期的3%。在建筑使用的阶段中排放与能耗一般会占用到大约整个能耗的70%。所以施工阶段的排放与能耗在建筑的生命周期中所占用的比例会更低，大约为1%，远远低于传统的混凝土住宅，这体现出了钢结构住宅的一大优势。

经过数据的比较还可以发现，此三种类型的住宅围护结构能耗低于结构部分的能耗，其中1、2、3号分别高12%、23%、与18%。然而结构部分的二氧化碳排放量要比围护结构低，分别低出14%、5%与12%。这说明在相同能耗下，水泥的碳排量要高于钢铁产品，这也突出了钢结构建筑低碳的优越性。

对于三种类型建筑部品的单位面积生命周期的能源消耗与二氧化碳的排放，高层的钢结构建筑能源消耗只高于中高层与多层建筑5%，如果考虑到降低占地面积这个有点，高层的钢结构建筑还有着广阔的发展空间。

结论

因为钢结构建筑的施工比较简单，在施工中的生命周期能源消耗大约是常规住宅建筑的50%。而水泥、混凝土、钢构件生命周期的能源消耗占到钢结构住宅建筑部品生命周期能源消耗60%以上，然后随着层数的提高，钢构件能源消耗的比例还会随之上升，水泥与混凝土的能源消耗比例随之下降。体量对于钢结构住宅建筑部品生命周期的影响很小。在建筑的过程中，其属于一个复杂多变的系统工程，合理规划研究的边界对于提升住宅建筑部品生命周期分析结果的可比性与可靠度是很重要的。

参考文献

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