绿色节能理念下建筑结构设计探讨

李茂才

（山东大卫国际建筑设计有限公司，山东 济南 250000）

随着社会经济的快速发展与城市化进程的不断推进，我国建筑工程事业规模不断扩大，建筑工程项目建设数量不断提升。但就目前来看，在我国建筑工程项目建设中，建筑工程能耗大的问题较为严重，只有在建筑工程设计施工中融入绿色节能理念，才能有效减少建筑工程建设能耗。

1 绿色节能理念下建筑结构特点

1.1 完整性

在绿色节能理念下，建筑结构设计过程中需要遵循建筑全生命周期原则，保证建筑结构体系具有完整性特点。这就需要设计师在设计时全面考量规划设计、建设施工、后期运营管理以及建筑拆除等多个建设环节，同时对地理环境因素予以考量，保证施工可以对资源进行有效使用，对可回收利用材料进行尽量使用，且在运营过程中要尽量降低能源消耗，减少对环境的危害。

1.2 地域性

绿色节能理念建筑结构应具有地域性特点，设计师应在结构选择中做到以人为本。（1）以人们的健康舒适使用需求为出发点进行设计。只有与人们生活需求相符，才能发挥绿色建筑结构设计价值。（2）设计师应对绿色建筑结构环境特点予以全面考量，根据外部环境完成建筑朝向、布局、形态、选址等设计工作，促进建筑与周边环境的高度融合。

1.3 综合性

绿色节能理念下，设计师在建筑结构设计过程中应保证建筑结构具有综合性特点，让整体结构更具系统化特点。一方面，设计师应积极增强资源节约综合利用，让建筑结构建设带来环境负荷得以减少；另一方面，设计师应积极进行优化设计，让施工工艺得以创新，让资源利用率得以提高，降低建筑工程整体能耗。

2 绿色节能理念下建筑结构设计原则

2.1 地域原则

在建筑结构设计中，应遵循地域原则，明确建筑工程无法脱离环境单独存在，促使建筑有效融入环境。

2.2 合理原则

设计工作具有一定复杂性，对此，设计师需要对合理体形系数予以选择，为建筑结构选型优化奠定基础。例如，在屋顶以及外墙等围护结构选型过程中，需要设计一定保温隔热措施；对高质量门窗系统进行选用，保证窗墙比设计科学，可以让室内采光通风得以满足的前提条件下，尽量减少建筑热量损失；此外，设计师应对平面布局进行合理设计，保证空间使用率可以得到提升，空调设备能耗可以得到降低，让热量损失得以减少，保证室内热舒适度[1]。

2.3 自然原则

设计师在工作开展中，应保证建筑结构设计与自然条件融合，可以对建筑物理风压作用、热作用进行充分利用，让室内外自然通风效果得以保证。与此同时，应对立体绿化遮阳措施进行积极使用，在对太阳辐射强度予以削弱的同时，保证建筑保温隔热效果，帮助人们摆脱对空调设备、人工照明设备的过度依赖情况。

2.4 可持续原则

设计师在绿色节能建筑结构设计过程中，应遵循可持续发展原则，积极对新产品、新技术以及新材料进行使用，如太阳能光伏发电技术、地源热泵空调技术、新风热回收等。

3 绿色节能理念下建筑结构设计策略

3.1 主要类型

（1）混合结构体系。在6层以下建筑工程中，此种结构体系具有良好适用性，具有较大横向刚度与较好整体性，但此种结构体系平面灵活性相对较差。

（2）框架结构体系。框架结构体系主要指使用梁柱组成纵横框架，让此框架对竖向荷载、水平荷载予以共同承受的结构体系，在15层以下建筑工程中具有良好适用性。

（3）剪力墙结构体系。此种结构体系可以让建筑纵横墙体对竖向荷载、水平荷载予以共同承受，纵横墙体可以作为分隔房间墙或是围护墙使用，剪力墙结构体系具有较大的侧向刚度，在水平荷载影响下，其侧移相对较小。但此种结构体系剪力墙间距相对较小（通常为3～8m），且平面布置灵活性相对较差，难以在大空间公共建筑设计中进行使用。

（4）框架-剪力墙结构体系。此种结构体系具有空间大、平面布置灵活特点，与此同时，其具有较大的侧向刚度，在10～20层建筑中，该结构体系具有良好适用性。除此之外，因为此种结构体系可以使用装配技术，本身具有良好的节能性、环保性。

如在我国济南市高新区庄科安置房项目中，就采用了装配式剪力墙结构体系，该工程项目位于济南市高新区庄科片区大正南路以西，经十东路以南。单体均为18～26层住宅楼，剪力墙结构体系，其中楼板、剪力墙、楼梯、隔墙均采用装配式，项目装配率超50%，具有良好的节能环保性能。在具体结构设计过程中，设计单位科学计算了总剪力墙抗弯刚度、总连梁约束刚度、地震作用、水平力作用下位移、剪力墙抗弯刚度变化对框架柱内力影响等数据信息，保证了设计方案实用性、环保性[2]。

3.2 设计策略

依照建筑工程结构材料，现阶段，混凝土结构与钢结构在我国绿色节能建筑工程结构设计中得到了广泛应用，现就这两种结构设计策略及能源、材料应用策略展开分析。

（1）混凝土结构设计策略。在混凝土建筑工程结构设计过程中，一方面，应保证设计方案可以让工程施工质量与施工进度满足建设要求；另一方面，应积极采用新型结构体，并对其进行升级优化处理。以墙体设计为例，首先，设计师可以利用水泥聚苯模壳结构作为承重墙体，此种新型墙体可以让混凝土墙体施工用料得以减少，同时保证整体施工质量；其次，设计师可以使用格构式墙体，此种墙体为自密实面免振捣结构体，在膜壳内，利用混凝土与结构梁的有效结合，可以让新型混凝土墙得以形成，此种结构主要材料包含添加剂、聚苯颗粒以及改性水泥，在工厂可以对其进行制作成型，利用此墙体，可以对传统混凝土墙体予以直接替换，其具有较好的保温性、承重性，可以让施工效率、施工安全得到保证。值得注意的是，在选择使用格构墙体时，应依照施工墙体需要，有效调整膜壳形状，与此同时，应对其抗压性、防水性、抗冻性数据信息进行计算，保证结构设计效果[3]。

（2）钢结构设计策略。在钢结构建筑工程结构设计过程中，设计师需要对建筑自重进行有效控制，对竖向结构件载荷、重力进行有效调整，保证建筑工程施工安全、施工质量，让钢结构施工优势得到充分发挥。首先，在竖向结构荷载方面，设计师需明确每一层建筑物重力都与建筑高度具有数学函数关系，建筑物荷载出现弯矩与建筑轴力具有一定关系，钢结构建筑设计师应科学设计建筑水平荷载、竖向荷载，保证二者荷载具有平衡状态，确保整体结构施工可靠性；其次，在超高层建筑钢结构设计过程中，设计师应科学设计偏心差、侧向位移数据，明确钢结构偏心差会有附加内力产生，可能会影响建筑工程整体安全性；最后，设计师在钢结构工程设计过程中，应积极利用BIM技术完成可视化模型构建工作，并利用信息技术检验施工工艺与设计方案，确保钢结构施工环保性、安全性。

（3）围护结构设计策略。围护结构是绿色节能理念建筑结构设计重要内容，在非透明围护结构设计方面，首先，在项目屋顶设计过程中，可以采用绿化屋面设计方案，融合种植介质层、过滤层、排水层、防水混凝土面层、隔水层以及保温板等，让整体绿色效果得到保证；其次，在建筑项目外墙楼板设计过程中，可以对外保温系统进行有效设计，在具体应用中，可以应用饰面层、水泥砂浆、挤塑聚苯板、蒸压加气混凝土砌块结合构造方法，在热桥楼板构造中，可以使用饰面层、挤塑聚苯板、钢筋混凝土、水泥砂浆与饰面层结合的构造方法。在透明围护结构设计方面，首先，在项目外窗设计过程中，应对节能玻璃窗进行有效使用，如塑钢低辐射中空玻璃窗等；其次，应科学设计结构墙体和外门窗框接缝位置，可以对具有良好耐久性的防水透气膜、防水隔汽膜等密封材料进行使用；最后，应对外窗、玻璃幕墙可开启面积进行科学设计，保证自然条件下建筑自然通风效果，降低空调使用能耗。

（4）可再生能源应用策略。在建筑结构设计中，应对可再生能源进行有效应用，如使用太阳能光电利用技术、地源热泵技术、新风系统技术，可以起到能源节约效果。以地源热泵技术为例，该技术的应用可以节约空调使用成本，减少污染物排放量，在具体设计过程中，需要对具有较好耐久性的地埋管材料进行有效选择，保证其在设计使用期限内可以得到正常应用。以新风系统技术为例，该技术的应用可以向室内不断完成新风输送工作，可以有效过滤雾霾颗粒，保证室内没有干燥、阴冷等情况出现[4]。

（5）建筑材料选择策略。在建筑结构设计过程中，设计师应明确建筑结构设计与材料选择工作之间具有密切联系，在混凝土与砂浆选择过程中，可尽量选择附近混凝土搅拌站预制混凝土，防止因场地制作造成较大扬尘污染、噪声污染情况产生；在钢筋与钢材选择过程中，应对高强度钢材进行有效使用，并在工厂生产预制构件后完成现场运输吊装作业工作，保证材料具有较高的可循环性；设计师应在水泥、门窗、水暖电等建材选择中，尽量选择具有绿色无污染材料以及耐久性墙、易维护高性能材料[5]。

4 结束语

综上所述，绿色节能理念建筑结构具有完整性、地域性、综合性特点，设计师在建筑工程结构设计过程中，通过对混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系进行科学选择，对混凝土结构设计策略、钢结构设计策略、围护结构设计策略、可再生能源应用策略以及建筑材料选择策略进行合理应用，可以让绿色节能理念在建筑结构设计中得到有效应用。