绿色建筑的三要素.docx
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绿色建筑的三要素
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1～2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C30～C40。
2003年度，曾对商品混凝土强度分布作过统计，C30～C40占65%；C25占24%；C45～C55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EuroCode2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C160。
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级、42.5级用于结构和制品。
2002年我国32.5级水泥占总产量的75.8%；2003年32.5级水泥占总产量的74.5%,所以我国建材市场上，32.5级水泥是主导产品。
32.5级水泥可拌制C50以下强度等级的混凝土，42.5级水泥可拌制C70、C80的混凝土，个别试验甚至可拌制出C100的混凝土。
不采用高等级的混凝土自然就用不上高级别的水泥。
用了高等级的混凝土，自然减少对水泥的消耗。
商品混凝土是建筑施工工业化的重要标志。
商品混凝土可全部采用散装水泥，不仅节约水泥10～15%，还节约了水泥袋纸的用量，且显著提高混凝土质量及改善施工现场的环境状况。
我国的商品混凝土量仅2.1亿多立方米，占房屋建筑用量23%，低于发达国家60%以上的水平。
北京、上海、广州、天津的商品混凝土用量已占现浇总量的65%。
建材的高强、轻质范畴很广，如陶粒就是很有前景的一种材料。
吉林盛产浮石，不属高强，但属轻质，制作的浮石砌块作为填充墙可大大节省基础。
发展高强、轻质一定要因地制宜。
工业化生产
建筑工业化生产的口号时起时伏地呼吁了几十年，始终没落到实处，反之显示工业化生产端倪的小型预制构件厂由于城市土地升值，产品销售不佳，现浇结构抗震性能好等多种原因纷纷倒闭。
今天我们讨论绿色建筑之际，还得反思工业化生产的老问题。
以工业生产工艺的方式兴建建筑物，也就是将建筑物的部品工业化、预制化、规格化，以及采用自动化机具来施工。
荷兰建筑大师Delf大学教授尼古拉斯·约翰·哈布瑞肯于1964年就住宅的工业化体系提出，大众（集合）住宅的设计理论：
住宅体系=支撑体（共性）+可拆合单元（个性）。
支撑体是属于大众共同决定的实体部分，实现途径是采用标准化的工业化手段获得高质量、高效率、高经济效益；可拆合单元则是属于个人所控制的空间领域，实现途径是部件化、模数化、多品种。
就住宅的工业化而言，目前流行的做法是按照住宅建筑的各个部位和功能要求，以及工厂化生产加工制造的可能性，将住宅建筑分解成各个部品部件。
部品是经工厂制作成半成品，运至施工现场，应达到在工程现场组装简捷、施工迅速。
对部品要最大限度地做到集成化供应，装配化施工，接口结合技术完善可靠，并保证部品安装就位后，能确保其规定的技术要求和质量要求，发挥其功能作用。
住宅部品体系框架如下：
支撑与围护体系（保温、隔热、防水、外装饰）；2、内装体系，包括隔墙、厨房、卫生间、内门、壁柜、楼梯、装修部件；3、设备体系，包括给水与排水、供暖、通风与空调、燃气、管道与布线、智能化系统、电气与照明、电梯、消防、新能源；4、社区服务配套体系，包括休闲娱乐设施、停车设施、垃圾处置、园林浇洒、雨水收集与利用、中水处理与回用。
工业化生产与现浇施工相比较，减少许多不必要的建材浪费，同时可减少施工的粉尘、噪音及光污染。
台湾的研究数据表明，现场施工钢筋混凝土每平方米楼板面积会产生1.8公斤的粉尘和0.14公斤的固体废弃物，在日后拆除阶段则产生1.23公斤的固体废弃物。
有人统计正常的工业化生产可减少工地现场废弃物三成，减少施工空气污染一成，减少5%的建材使用量，对环境保护意义重大。
工业化生产应划入绿色建筑涵义范畴，其中大部分工作由结构工程师担纲。
工业化生产的前提是建筑师的构思,在建筑师初步方案的引领下,由结构工程师来完成结构部品的设计工作。
对此，建筑师必须具备工业化生产的建筑设计特色。
日本在这方面是做得有典范意义的。
如浴室，有坐在澡盆里洗澡的，有坐在椅子上洗澡的，有站着或蹲着洗澡的，针对调查比例，他们设计了各种不同类型的整体浴室。
对客厅，他们提供了家庭成员自然而然地聚集起来的“团圆型客厅”、来客较多的“庄重型客厅”、以提高兴趣爱好或朋友经常聚集的“活动型客厅”三种不同类型，应该说工业化生产个性化更强，越发体现了“以人为本”的本质。
随着我国房地产市场的迅猛发展，近期工业化生产有上升的潜势。
有发展眼光的开发商在做大做强的同时，隐感到管理工作的滞后，他们就在琢磨部品化→工厂化→产业化的建房模式，只有这样才能保证他们的工程质量，保住他们的企业品牌。
而这又确是满足绿色建筑的发展途径。
当然，对于那些超高层、大跨结构过于讲究工业化生产是不现实的，但对于面大量广的住宅建筑体系、教学楼、医院、一般办公楼我们是能够实现工业化生产的。
开展优化设计
开展优化设计工作，制定鼓励优化技术的政策文件，指导工程设计人员建立各种结构形式的优选方案，通过对经济、技术和资源的对比分析，提出优化设计报告，这是节约资源、抵制不良的设计倾向不可忽略的一个环节。
众所周知，我们的设计队伍庞大，水平不一，加上设计软件参差不齐，理解标准规范深浅不同，各单位的设计风格有别，使设计结果出入不小，尤其体现在断面尺寸和用钢量两个指标中，这明显地关系到材料用量。
这种情况不仅中国大陆存在，其他地区或国家也有类似的情况。
如在台湾的中震后，一般设计合理的20层办公大楼结构，每平方米的钢筋用量约在160公斤左右，但有一些结构系统设计不良的大楼却高达250公斤幅差达三成，其糟蹋地球资源的情形可见一斑。
更要引起警觉的是近几年建筑界有一股“怪”风，追求“新、奇、特”把建筑方案搞得离奇、夸张、怪诞，国外媒体讥讽我们的某些项目是世界建筑师的“实验场”。
为了别出心裁，作不必要的变化造型，不合理的超大结构、不均匀对称的平面设计，使得建材用量暴增。
结构工程师绝对不是受力分析、设计断面、决定配筋、构造措施这么简单的受制于项目负责人的力学数学工程师，对于不合理的设计应勇于站出来与业主，建筑师、设备电气工程师展开讨论，宣传绿色建筑理念，弘扬可持续发展精神。
我们工程技术人员应树立科学发展观的思想，着手研究建立科学的建筑方案评价指标体系，包括安全可靠的评价指标体系（综合考虑结构、地基、抗震、防火），经济合理的评价指标体系（全面考虑项目的可行性，适用性及性价比，包括机电设备性格比，运行管理性价比、适用材料性价比等），美观实用的评价指标体系（实用为本、美观为上，美观又属上层建筑范畴，应考虑包括文化、历史、地域、民族习俗、环境等诸多复杂因素），适度超前的评价指标体系（科学准确、实事求是地预测今后若干年可能出现的情况和所采用的超前设计、新技术、新产品）。
这些正是绿色建筑的基本内涵。
相信当结构工程师们树立起绿色建筑的理念后，会在工程分析中坚持自已的绿色倡导。
此外，结构工程师在设计中常会遇到选材的问题，建议应建立建材再生使用的想法。
减少建筑产业耗能与污染最有效的对策，在于促进建材循环使用。
欧美发达国家对于建筑物均有“建材回收率”的规定，通常规定建筑物必须使用一定百分比的回收建材（如再生混凝土砖、再生玻璃）。
日本在1993年时对混凝土块的再利用率约为70%，营建废弃物的一半左右均回收再循环使用，有些欧洲国家甚至达到80%的回收率。
中国拆房时，除了钢筋、部分木材能回收外，瓷砖、塑胶、废块的砖几乎都不回收，还带来废弃物处理的负担。
由于高层超高层建筑和大跨建筑大量涌现，钢筋连接技术在我国发展很快，锥螺纹、直螺纹、套筒连接、剥肋滚压等，各种方式层出不穷，不仅力学性能相异，材料用量也大不一样。
十万平方米的建筑约有十万个接头，精打细算，单是接头一项，就可以节约不少钢材。
细微之处的绿色考虑不胜枚举。
那种把绿色建筑的推广简单地视为规划师、建筑师、环境师的职责是一种狭窄之见。
结构工程师一定要掘弃“我们是跟着建筑师来依样画葫芦”的传统思想，充分认识自己在发展绿色建筑中的重要责任。
中国的绿色建筑具有广阔的市场和发展空间，一些企业已相继进入了中国建筑节能和绿色建筑的相关领域，并取得了可喜的业绩。
广大工程技术人员也应该积极行动起来，为国家及世界的可持续发展，献出自己的聪明才智。
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