| 绿色建筑带给结构工程师的思考 |
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来源：职称论文网
作者：王有为
时间：2008/11/10
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绿色建筑的三要素，即保护环境减少污染，节约资源和能源，创造一个健康安全、适用和经济的活动空间，从产业链到生态链创造一个天人合一的环境，已渐渐得到人们的共识。
绿色建筑的专业领域甚广，从规划、设计、施工到管理，从市政、园林、物业到经济，从建工建材、化工到轻工、从建筑、结构、机电到给排水，都与绿色建筑休戚相关。这是一个偌大的系统工程，既要全民运动为其添砖加瓦，反过来，她又造福于全球民众。
特别是对结构工程师而言，在这场绿色建筑革命中能做出什么贡献呢？在我们的实践工作中，怎么显示“绿色”的特征呢？这都是值得探讨和思考的。
建筑结构体系
建筑结构体系是建筑的骨架。当建筑师们勾划出建筑物的形状、高度、色彩、造型、平面布置后，其骨架、基础、围护的设计均是由结构工程师来完成的，这涉及到选型的问题。
我国的结构体系是非常丰富的。从较原始的土结构、石结构、木结构到以后的砖结构、钢筋混凝土结构、钢结构、膜结构、组合结构，无所不有。它的取用决定于资源、价格成本、结构型式、气候条件、文化基础等多种因素。
建国以来，我国主要采用两种结构形式，即砌体结构（普通实心砖、空心砖、砌块）和钢筋混凝土结构（框架、框支、框剪、框筒、筒中筒）。改革开放前，以多层的砌体结构为主，约占80%～90%左右。改革开放后，土地供需紧张，建筑需求量大幅上升，高层建筑在大中城市如雨后春笋地发展，特别是国家的墙改政策强制出台，为了避免毁田烧砖，在170个城市禁止使用实心粘土砖，预计钢筋混凝土结构的比例要占到60%以上，即这种结构已成为我国新建工程中的主导结构。
国外研究表明，钢筋混凝土建筑的耗能量，为钢结构建筑的1.2倍，其耗能所产生的CO2排放量为钢结构建筑的1.4倍，可见钢筋混凝土建筑对地球环保有很大的杀伤力。钢筋混凝土建筑构件的断面大，要消耗大量的砂石、水泥和水，导致国土流失。最后当其寿终正寝，拆除解体时，其废弃的渣块屑又难以回收再利用，造成环境的大负荷，拆解中的扬尘再次冲击环保。
由于钢筋混凝土结构自重大，对基础提出了更高的要求。目前我国的高层建筑几乎都采用钢筋混凝土桩基础，视土质地层情况，打入地下不同深度，用支承和摩擦两种方式把上部结构托起来。一般来讲基础工程占土建造价的1/3左右，它的最大弊端是在地下空间建立混凝土森林，给我们的城市地下空间开发设置了很大的障碍，破坏了地下空间环境。如上海市约有6000幢高层，桩大致有四十几米和六十几米两种规格，在修建上海地铁时，规划线路遇到很大的麻烦，暴露了很大的负面效应。
由于我国对钢筋混凝土结构的施工方法还在沿用现浇施工法，伴随而生的是建材浪费，现场的噪声及空气污染，大量的废弃物，模板周转率低下，工程质量问题时有发生，一系列与绿色建筑背道而驰的现象。
国外学者已明确钢筋混凝土结构体系为非绿色建筑，我国却视作主导结构，这是剖析我国绿色建筑中的首当其冲的大问题，也是重新审视我国建筑结构体系的大好机遇。
在发达国家，由于模板、砂石、人工昂贵，使得钢筋混凝土结构的造价偏高，加上他们的土地资源不像中国那么紧张，房屋以多层，低层为主。如美国的住宅建筑，根据住宅建造商协会（NAHB）提供的统计资料，美国新建住宅结构类型钢结构类仅占1%，木结构占到89%，混凝土（如砖石和混凝土）占10%。
彻底改变钢筋混凝土结构体系为我国主导结构的局面尚需有个过程。这是因为：1、这类结构取材方便，施工习惯，成本尚可接受，耐久性好；2、施工方法能吸纳大量劳动力，可以设想，一旦我们的建筑改成工厂化生产，会涉及到数千万建筑工人下岗，这是有关社会安宁的大问题。因此，既要大力提倡绿色建筑，又要根据国情循序前进。
砌块建筑在我国已有几十年的发展史，时兴时落。这种体系的最大优点是充分利用废渣废料（粉煤灰）及地方资源，制作方便，便于在砌体结构中竖向配筋，不仅用来盖多层，还可盖高层，价格不高，施工简单。由于在生产、设计、施工几个环节中管理不严,出了点裂缝之类小问题,但也不乏有许多成功的例子,不毁田,又利废,还节能,且耐久,与其他建材相比,系归类于绿色建筑。
发达国家的轻钢结构（壁厚于小4mm）发展甚快，尤其近年来已从低层结构发展到多层结构，甚至于中高层结构（7-9层）。这类结构除了重量轻省料，所用的材料均属再生材料外，大量的构件系工厂化生产能保证工程质量，施工周期短，是典型的绿色建筑。
木结构理所当然的属绿色建筑。一方面我国的林业科学发展迅速，他们希望我们终止“以钢伐木”的方针，表示能提供“速成林”的木材给建筑使用；另一方面，西方国家在我国WTO后，出于他们的生态平衡，急需伐树出口到中国，价格合理的话，也可视作能接受的一种结构体系。
膜结构仅局限于部分公共建筑的应用。
绿色建筑向结构师提出了建筑结构体系选择的新问题。众所周知，要创造出一种新的结构体系绝非易事，在可持续发展的新形势下，结构工程师要做出新的决择。
在此对混凝土用料作些分析。从2003年我国水泥8.2亿吨的实际消费来看，扣除水泥制品、砌筑砂浆所用的水泥量，60%的水泥是用于混凝土的拌制。全国混凝土总的用量为15亿立方米，其中房屋建筑为9亿立方米，预计2010年达到25亿立方米。
根据2003年混凝土产量，估算用于混凝土中的砂、石、水泥、水基本原材料年用量如表1所示。
数据惊人。在我国局部地方开采砂石也出现了困难，沿海一些城市甚至采用对混凝土具有腐蚀作用的海砂，处理不当还影响工程质量。
特别要引起注意的是水泥的消费。自1985年起我国水泥产量已连续19年居世界第一，这隐含着我们不仅浪费了大量能源与国土流失，更突出的是向大气中排放CO2，污染环境。不考虑CO2减量与废弃物减量就称不上绿色建筑的研究，国际有关组织在研究10年间碳的预算量时，清清楚楚地写上“水泥生产”的地位和数量，所以谈及绿色建筑时，水泥用量是值得警惕的一个数据，切莫以我国水泥产量世界第一而沾沾自喜。先进发达国家均依赖于周边贫穷或发展中国家提供水泥的，为了保护自己家园的环境，他们少生产或不生产水泥。
建筑结构耐久性
建筑结构的耐久性是指结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，由于结构构件性能随时间的劣化，但仍能满足预定功能的能力。
要注意结构耐久性与可靠性的区别。可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力；结构可靠性主要表征结构的能力问题，而结构的耐久性主要反映时间问题。国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）规定了结构的设计使用年限。国家标准《民用建筑设计通则》亦相应作出民用建筑设计使用年限的规定。
除了处于设计使用年限之中的建筑之外，尚有两种情况要特别关注：一是“超期服役”，超过设计使用年限未经检验认定仍在使用；二是“中途夭折”，尚未达到设计使用年限，被强行拆除。
第一种情况，属不安全因素存在，诚然为非绿色建筑。现在常说的全寿命是指建筑建成之日到拆除解体之日。一个建筑设计合理，选材讲究，使用得当、维护到位、无特殊情况外（火灾、地震、风灾、不均匀沉降）其全寿命肯定是大于设计使用年限。问题是在相当长的一段时间后，应对其进行检测，如同人步入老年后，体检的频度加大。第二种情况，不符合可持续的科学发展观，不能做到物尽其用，是建筑资源和社会财富的损失。拆除过程要消耗可观的人力、物力、运力，同时产生大量的粉尘和废弃物，拆除意味着新建，既要消耗资源、能源，又会排放CO2，肯定不是绿色行为。
日本规定建筑物的支撑体（梁、板、柱）的设计使用年限为100年，新西兰学者甚至按500年的使用周期设计“自维持住宅”，他们认为有1000年历史的建筑——一个诺曼底式的教堂，至今仍在正常使用，500年的周期并非不可能，应该说这都是绿色思想的体现。
我国的建筑结构的耐久性研究历史不长，近年来成为工程学科的热点。虽然我们的基础工作做得不够，却有明显的进展。在2002年版的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）专门增加了耐久性规定。《住宅性能评定技术标准》把耐久性列为住宅的五大性能之一，从结构工程、装修工程、防水工程与防潮措施、管线工程、设备、门窗六个方面设置了评定指标。
毋容置疑，建筑结构的耐久性是绿色建筑的一个重要分支，混凝土工程结构因化学腐蚀、冰冻循环、钢筋锈蚀、碱骨料反应等因素引起的耐久性降低，缩短工程的使用年限，造成巨额投资的浪费，资源的浪费是当前急需解决的
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