轻骨料混凝土在绿色建筑中的应用探讨——以某铂金级绿色建筑为例

李怀玉，刘军，戴辉自，郭帆，邓杰

（中煤科工集团重庆设计研究院绿色建筑技术中心，重庆 400016）

0 引言

目前，我国建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并列成为能源消耗的三大“耗能大户”。近年来，建筑能耗呈急剧上扬趋势，其能耗已占到全社会终端能耗的30%左右。为缓解我国能源和环境所面临的困境，国家相继提出走新型工业化发展道路、发展低碳循环经济、建立资源节约型、环境友好型社会等理念；国务院办公厅2013年发布了绿色建筑行动方案，对我国绿色建筑、绿色建材、绿色施工进行了全面部署，绿色、低碳已成为我国建筑发展的主导方向。绿色建筑［1］是在全寿命周期内最大限度地节能、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。

轻骨料混凝土是近年来研究较多的一类新型混凝土，轻骨料内部的微孔可大幅减轻混凝土的自重，同时可显著改善混凝土的抗震、隔热、隔声等效果，在建筑结构体系和围护结构中都有广泛的应用前景[2]。但目前我国轻骨料混凝土的应用仍处于起步阶段，而轻骨料混凝土的各项性能指标完全符合“绿色建筑”对建筑材料的要求，因此，有必要对轻骨料混凝土在“绿色建筑”中的应用情况进行相关研究。本文以重庆某铂金级“绿色建筑”设计方案为例，分析轻骨料混凝土在绿色建筑中应用的相关情况。

1 项目概况

该项目为重庆市某住宅小区的配套幼儿园，建筑面积1978.28m2，建筑层数为3层。项目设计定位于铂金级（三星级）绿色建筑，致力为学生创建一个生态、舒适的学习和生活空间，提升建筑品质。为实现铂金级绿色建筑的目标，项目主要采用了以下技术：轻骨料混凝土结构体系、墙体自保温技术、薄层砌筑技术、彩钢复合型材高效节能门窗技术、可调外遮阳系统、雨水收集利用、透水地面系统、屋顶绿化、太阳能热水系统、室内空气质量监测系统、建筑智能化和自动控制系统、土建与装修一体化等。项目效果图如图1所示。其中，轻骨料混凝土结构体系是该项目最大的技术亮点，与普通混凝土结构体系相比，轻骨料混凝土具有大幅减轻建筑自重、提高建筑的抗震性、改善建筑的保温隔热性能、降低建筑能耗等优势。

图1 项目效果图

2 轻骨料混凝土对建筑能耗的影响

该项目为公共建筑，其节能率需满足建筑节能50%的要求。据资料显示，建筑围护结构能耗占建筑总能耗的40%～60%，因此，改善围护结构的节能效果将对建筑的综合节能率产生较大贡献。与普通混凝土相比，轻骨料混凝土具有较低的导热系数（普通混凝土为1.74W/m·K、轻骨料混凝土为0.18～1.01W/m·K）[3]，同时，当轻骨料混凝土作为结构材料时，对热桥部位的保温要求也会相应降低。为便于直观反映采用轻骨料混凝土后外墙构造的区别，表1为建筑节能率基本相同时采用的三种不同外墙构造。

从表1可以看出，在建筑节能率基本相同的情况下，采用轻骨料混凝土作为结构材料时，外墙砌体的厚度可减少20mm，热桥部分的无机保温砂浆可减少15mm。也即降低结构部位材料的导热系数，可降低外墙保温隔热性能的要求；当采用相同的围护结构时，轻骨料混凝土较好的保温隔热性可降低建筑能耗，提高建筑节能率。

表1 轻骨料混凝土对建筑能耗的影响

3 轻骨料混凝土对结构配筋量的影响

轻骨料混凝土结构设计参照 《轻骨料混凝土结构设计规程》（JGJ 12-2006）及 《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ 51-2000），表2为结构计算采用的主要参数，表3为结构计算时轻骨料混凝土的性能参数取值。在满足结构安全要求的前提下，轻骨料混凝土由于表观密度、弹性模量等性能与普通混凝土的差异，结构设计时混凝土的配筋率也会有所不同。

表2 结构计算采用的主要参数

表3 结构计算轻骨料混凝土采用的参数

为便于对比分析，对结构梁、板、柱采用相同的混凝土强度等级，分别按照普通混凝土（C30）和轻骨料混凝土（LC30）进行计算。利用结构设计软件PKPM-SATWE对其前期处理数据资料作适当调整，得到普通混凝土和轻骨料混凝土在竖向荷载作用下的内力，以及两种混凝土在地震作用下的自振周期、楼层层间剪力、层间弹性位移，对其给出的抗剪及正常使用极限状态下的结果进行人工复核，确定配筋情况。表4为两种混凝土结构体系配筋计算结果。

从表4可以看出，轻骨料混凝土由于其容重和弹性模量与普通混凝土的不同，通过结构计算分析可知，采用轻骨料混凝土的柱、梁、板用钢量都有一定的降低，梁和板的用钢量可减少6.0%以上，柱用钢量可减少2.0%以上，单位面积总用钢量可减少5.73%。

表4 两种混凝土结构配筋计算结果

可见，轻骨料混凝土作为结构材料时，可在一定程度上减少钢材用量。由于该项目建筑面积较小，从上文分析可知，若在高层建筑中推广采用轻骨料混凝土结构体系，总用钢量的减少幅度会随之提高，对钢材这类高能耗、高污染材料而言，其用量的减少可显著提高建筑的“绿色度”。

4 造价分析

目前，由于轻骨料混凝土还未大规模使用，轻骨料生产厂家偏少，导致轻骨料混凝土的售价偏高，以C30混凝土为例，单位成本较普通混凝土高出130～200元/m3，但从前两节的分析可知，轻骨料混凝土可提高建筑的节能率，降低总用钢量。以下分析建筑采用轻骨料混凝土后的造价情况。

4.1 墙体保温部分造价

采用轻骨料混凝土后，在满足建筑节能率的情况下，外墙厚度可明显减小；若同时采用薄层砌筑的技术措施，可取消热桥部位的保温施工。表5为墙体保温造价对比，从表5中可以看出，在同等节能率下采用轻骨料混凝土后砌体可节省造价9.1%，热桥部位可节省造价4.3%，综合造价节省20%；在轻骨料混凝土基础上同时采用薄层砌筑的技术措施，墙体部分综合造价节省率可达到30%。

表5 不同构造对墙体保温造价的影响

4.2 结构部分造价

表6 不同构造对结构部分造价的影响

表6 为采用轻骨料混凝土后建筑结构部分的造价对比，从表6中可以看出，在钢筋的用量上采用轻骨料混凝土方案可减少钢筋用量，其造价节约1.62万元；两种混凝土的用量一致，但由于轻骨料混凝土的市场价高于普通混凝土，所以采用轻骨料混凝土方案时混凝土部分的造价增加8.53万元。

综合分析墙体保温和结构部分的造价，轻骨料混凝土与薄层砌筑的工艺可使墙体节省造价2.45万元；钢筋用量上可节省1.62万元；混凝土部分的造价增量为8.53万元，因此，该项目在外墙和结构部分的综合增量成本为4.46万元。

尽管采用轻骨料混凝土方案后建筑有部分增量成本，但若综合考虑轻骨料混凝土的使用效果，增量成本并不会太高。首先，轻骨料混凝土可减轻建筑结构的总质量，该项目使用混凝土473.89m3，采用轻骨料混凝土可减轻建筑质量284t，可降低对建筑基础的处理要求；轻骨料混凝土具有优异的保温、隔热、隔声效果，可大幅提高建筑的节能效果和舒适度；其次，对幼儿园这类重要的公共建筑，在应对突发情况，如地震等地质灾害时，轻骨料混凝土较好的抗震性能优势就显得尤为重要。

5 结论

（1）在满足建筑节能率的前提下，采用导热系数较低的轻骨料混凝土可降低对外墙保温性能的要求；采用相同的围护结构时，轻骨料混凝土较好的保温隔热性可降低建筑能耗，提高建筑节能率。

（2）轻骨料混凝土作为结构材料时，可在一定程度上减少建筑总用钢量，加上其自身的容重较低，可大幅降低建筑的总质量。

（3）采用轻骨料混凝土作为结构材料时，墙体和钢筋分项工程的造价有所降低，但由于轻骨料混凝土的市场价格偏高，建筑总体有部分的增量成本。

[1]中国建筑科学研究院.GB/T 50378-2006绿色建筑评价标准[S］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]曹刚.高强轻骨料混凝土实验研究[D].西安:西北工业大学，2004.

[3]中华人民共和国建设部.JGJ 51-2002轻骨料混凝土技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2006.