绿色建筑的三要素

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1、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、

2、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

3、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

4、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

5、 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

6、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

7、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

8、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。表丄 砂、石.水泥、水基本原材料年用量估算的结果原材料品名水据砂石水琴灣费员万吨）1OT10017289027540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

9、的是向大气中排放C02,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，

10、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

11、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

12、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基础性课题。结构工程师应责无旁贷地承担起耐久性的研 究和设计工作，让我们

13、的建筑物全寿命周期尽可能多的为人类服务。建筑轻量化高强、轻质是结构工程师长期以来追求的目标。高强、轻质无疑可以节约材料，增大使用面积，减小基础荷载还给施工带来方便。减少建材 用量，当然会促成节能、省资源、减少废弃物与温室气体排放量。1996年我国钢材生产超过1亿吨而成为世界第一钢材生产大国，而到了 2003年仅仅用了7 年的时间钢材用量就超过了 2 亿吨。根据“十五规划 ” 预测，2010 年钢材产量将突破 3.1 亿吨。建筑业用钢占到53%，钢种包括螺纹钢、热轧H型钢、彩涂板及钢门窗用钢、耐火耐候 钢、抗层状撕裂性能钢板（Z向钢）、冷弯型钢、钢模板和脚手架。我国房屋建筑的结构型式主 要是采用

14、钢筋混凝土结构，因此螺纹钢筋（包括带肋、光圆、预应力钢筋）的消费量最大。我国建国以来到1996年主要采用的钢筋是I、II、III级钢筋，其强度等级分别为：fyk=235N/mm2、fyk=335N/mm2、fyk=370N/mm2。1996 年以后，国家规范推行新III 级钢筋（HRB400）, fyk=400N/mm2。目前，热轧带肋钢筋II级螺纹钢是我国生产和消费最 多的主导产品，而欧、美等国家主要采用强度高、综合性能好的HRB400、HRB500钢筋。我 国建筑实际采用钢筋的强度等级一般比发达国家低12个等级。实践证明，热轧钢筋HRB400 与HRB335相比，除具有性能优良、适于抗震等

15、优点外，并可节约钢材10%14%。由于 HRB400 正式列入国家标准混凝土结构设计规范，若能得到全面实施，按照2002 年消费建筑用热轧钢筋量计算，大约每年可节约钢材 500 万吨左右。在此不妨对混凝土和水泥再做些分析。我国建筑所用的混凝土强度等级尽管甚多，但量大面广的是C30C40。2003年度，曾对 商品混凝土强度分布作过统计，C30C40占65%；C25占24%；C45C55占8.5%。2000 年以后，国家规范推行采用C70、C80的混凝土，现在的用量约1500万立方米左右，只占整 个混凝土用量的 1%。目前，各国规范中规定采用的混凝土最高强度等级分别是：欧洲规范Euro Code

16、2为C105, 德国规范DIN1045是C115,美国规范AC/318没有规定，设计手册已用到C100，试验研究 已超过C160o发达国家C70、C80混凝土在工程中应用较为普遍。一般来讲，在同等结构体系中，混凝土强度等级越高，其结构构件尺寸、体积就会相对减少， 其用料就会减少。为此，各个国家都将混凝土强度等级的研究作为一项基础战略研究，尤其是美 国，对超高层建筑和大型公共工程所用高性能混凝土的研究，它带来的不仅仅是强度的提高，更 重要的是降低水泥和钢材的用量。美国国家标准研究院在1998年的报告就提出了 C160的混凝土。水泥一般有 275 号（砌筑水泥）32.5级和 42.5级（新标准）。砌筑水泥一般用于砂浆， 32.5