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摘 要：通过对绿色建筑要素的解读，阐述节材优化设计的内涵即“节约资源、保护环境和减少污染”，并对工程案例的建筑材料选材、建筑、结构三个方面进行分析说明，总结了以节材为目的的结构优化方法。
关键词：绿色建筑 节材优化设计 节材环保
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0161-02
绿色建筑的重要特征是最大限度的节约资源、保护环境和减少污染，在结构设计领域，传统的结构优化设计以降低结构造价，改善工程的经济性为目标；而绿色建筑的结构优化是以减少建筑材料用量，减少建筑材料碳排放量为目标。
1 节材优化设计的内涵
目前，钢筋混凝土结构依然是我国建筑工程中的主导结构。而绝大部分建筑采用的是现浇的钢筋混凝土结构，大量的使用水泥、砂石、钢筋，其中水泥消耗了大量的能源，造成了大量的污染，砂石正在被用尽，国内铁矿石的资源在日益枯竭。最后建筑寿命终了拆除时，其废弃的建筑垃圾又难以回收再利用，将有巨大的垃圾需要处理，造成环境的大负荷。因此，迫切的需要减少材料的用量，降低资源消耗，减少钢材、水泥的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响。
根据产业能耗统计，生产水泥的CO2排放为0.4 kg/m3，生产混凝土的CO2排放为253 kg/m3，生产钢筋的CO2排放为2.23 kg/m3。可见，绿色建筑的节材优化设计也是在减少建筑材料用量，减少建筑材料CO2排放量。同时，不同强度等级的混凝土，其CO2排放量也不相同，具体数值如表1所示。由表1可知，当混凝土强度等级在C40及以下时，每提高一级强度等级，理论上CO2排放量能降低10%左右；当混凝土强度等级在C40及以上时，每提高两级强度等级，理论上CO2排放量能降低10%左右。由此得出，合理提高建筑材料强度，能有效降低CO2排放量。因此，通过减少建筑材料用量和合理提高材料强度等级，能有效地降低CO2排放量，这是绿色建筑节材优化设计的根本原则。下面是一个以节材、环保为目的的工程案例分析。
2 工程案例分析
2.1 工程概况
该工程项目位于辽宁地区，为钢筋混凝土框架-剪力墙结构的公共建筑，地上26层，地下2层，建筑高度92 m，抗震设防烈度为7度，圆砾地基。
2.2 建筑材料选材方面
选用可循环使用的绿色材料、高效材料、轻质材料。将砌墙隔墙改成轻钢龙骨隔墙，该隔墙可灵活隔断，使得改造时垃圾量很少，并且所有垃圾均可回收循环利用，减少对环境的影响；可减轻自重，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗。
用高效材料，将普通钢筋和混凝土改成高强钢筋和高性能混凝土，减少结构材料用量，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减少对环境的影响；可减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗；选用高性能混凝土可减少建筑结构截面，减轻自重，进一步减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗。
2.3 建筑方面
选用轻质构造，部分房间管线较少，在满足隔音、隔热的前提下，可以减薄地面做法；部分墙体的面层做法照抄图集，当使用大模板时部分墙体的抹灰可以减薄或取消。减薄地面做法可减轻建筑自重，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减少对环境的影响；减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗；使得改造或拆除时垃圾量减少，减少对环境的影响。
2.4 结构方面
方案选择，选出高效节材的结构布置方案，选出低碳节能可循环的结构方案；针对安全度的精准校核，剔除负效的材料配置提高材料利用效率，减少无效的材料配置，减少不必要的材料配置，剔除错误的材料配置；精细化设计：为提高材料利用效率进一步推敲，为提高计算准确性进一步推敲，为减小环境影响的进一步推敲。
修改低效的结构布置代以高效的结构布置，可将墙肢周边化布置，墙肢布置的优化方向：金角、银边、草肚皮，环向好于径向。优化墙肢的布置，可提高材料的利用效率，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗；提高材料的利用效率。剔除负效的材料配置，该项目中上部混凝土墙体偏厚，局部材料配置过多，适当减薄，局部材料配置减少，局部安全度降低，自重减小，整体安全度非但不降低，反而提高；结构混凝土和钢筋的消耗减少，资源消耗减少；局部材料配置减少，自重减小，结构混凝土和钢筋的消耗进一步减少，资源消耗进一步减少；该项目中基础底板偏厚，局部材料配置过多，适当减薄。局部安全度过大，整体安全度未能因此提高；变更方案，基础减薄。该项目中混凝土墙体整体偏厚，配筋偏多，适当减薄。整体安全度因此提高，但该安全度提高属于过度消耗资源；混凝土墙体整体减薄，结构混凝土和钢筋的消耗减少，资源消耗减少；减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响。
剔除错误的材料配置，每个项目都可能存在计算和画图错误，使得局部材料配置的不合理，安全度不均衡，整体安全度偏低。计算和画图错误，使得局部材料配置不合理，安全度不均衡，整体安全度水平代低、影响建筑寿命，相当于资源利用率低；减少计算和画图错误，把多用的材料减下来，结构混凝土和钢筋的消耗减少，资源消耗减少；把多用的材料减下来，减轻了结构自重。
提高材料利用效率，建筑框架柱角部配筋的效率高于其他部位，调整框架柱的配筋方式，结构钢筋的消耗减少，资源消耗减少；减少结构钢筋的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响。
改进计算方法，提高计算准确性，可以避免因算不清楚造成的保守，节省材料用量。混凝土与钢筋组合，共同受力，提供了强度、刚度，满足了使用要求。一般情况下，多用混凝土少配钢筋或多配钢筋少用混凝土均能提供足够的强度和钢度；这时需要基于碳排放的进一步比较，选定碳排放较少的设计。项目条件不同，优化的方向也不同。
2.5 小结
由以上工程案例总结7个优化方向：建筑材料选材方面；建筑构造做法；结构方案；针对安全度的精准校核；为提高材料利用效率；提高计算准确性；减小环境影响。
3 结语
节材优化设计的目的是建筑结构体系要满足资源消耗少，环境影响小。通过减少建筑材料用量和合理提高材料强度等级，能有效降低CO2排放量，这是绿色建筑节材优化设计的根本原则，也是实现绿色建筑的重要方法。
参考文献
[1] 中华人民共和国住建部.绿色建筑评价标准（GB/T 50378-2014）[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.
[2] 赵彦革.任建伟.绿色建筑中的节材优化设计[J].动感（生态城市与绿色建筑），2014（3）：42-44.
[3] 建筑设部科学技术司.绿色建筑评价技术细则（试行）[Z].2007.
关键词：绿色建筑 节材优化设计 节材环保
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0161-02
绿色建筑的重要特征是最大限度的节约资源、保护环境和减少污染，在结构设计领域，传统的结构优化设计以降低结构造价，改善工程的经济性为目标；而绿色建筑的结构优化是以减少建筑材料用量，减少建筑材料碳排放量为目标。
1 节材优化设计的内涵
目前，钢筋混凝土结构依然是我国建筑工程中的主导结构。而绝大部分建筑采用的是现浇的钢筋混凝土结构，大量的使用水泥、砂石、钢筋，其中水泥消耗了大量的能源，造成了大量的污染，砂石正在被用尽，国内铁矿石的资源在日益枯竭。最后建筑寿命终了拆除时，其废弃的建筑垃圾又难以回收再利用，将有巨大的垃圾需要处理，造成环境的大负荷。因此，迫切的需要减少材料的用量，降低资源消耗，减少钢材、水泥的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响。
根据产业能耗统计，生产水泥的CO2排放为0.4 kg/m3，生产混凝土的CO2排放为253 kg/m3，生产钢筋的CO2排放为2.23 kg/m3。可见，绿色建筑的节材优化设计也是在减少建筑材料用量，减少建筑材料CO2排放量。同时，不同强度等级的混凝土，其CO2排放量也不相同，具体数值如表1所示。由表1可知，当混凝土强度等级在C40及以下时，每提高一级强度等级，理论上CO2排放量能降低10%左右；当混凝土强度等级在C40及以上时，每提高两级强度等级，理论上CO2排放量能降低10%左右。由此得出，合理提高建筑材料强度，能有效降低CO2排放量。因此，通过减少建筑材料用量和合理提高材料强度等级，能有效地降低CO2排放量，这是绿色建筑节材优化设计的根本原则。下面是一个以节材、环保为目的的工程案例分析。
2 工程案例分析
2.1 工程概况
该工程项目位于辽宁地区，为钢筋混凝土框架-剪力墙结构的公共建筑，地上26层，地下2层，建筑高度92 m，抗震设防烈度为7度，圆砾地基。
2.2 建筑材料选材方面
选用可循环使用的绿色材料、高效材料、轻质材料。将砌墙隔墙改成轻钢龙骨隔墙，该隔墙可灵活隔断，使得改造时垃圾量很少，并且所有垃圾均可回收循环利用，减少对环境的影响；可减轻自重，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗。
用高效材料，将普通钢筋和混凝土改成高强钢筋和高性能混凝土，减少结构材料用量，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减少对环境的影响；可减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗；选用高性能混凝土可减少建筑结构截面，减轻自重，进一步减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗。
2.3 建筑方面
选用轻质构造，部分房间管线较少，在满足隔音、隔热的前提下，可以减薄地面做法；部分墙体的面层做法照抄图集，当使用大模板时部分墙体的抹灰可以减薄或取消。减薄地面做法可减轻建筑自重，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减少对环境的影响；减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗；使得改造或拆除时垃圾量减少，减少对环境的影响。
2.4 结构方面
方案选择，选出高效节材的结构布置方案，选出低碳节能可循环的结构方案；针对安全度的精准校核，剔除负效的材料配置提高材料利用效率，减少无效的材料配置，减少不必要的材料配置，剔除错误的材料配置；精细化设计：为提高材料利用效率进一步推敲，为提高计算准确性进一步推敲，为减小环境影响的进一步推敲。
修改低效的结构布置代以高效的结构布置，可将墙肢周边化布置，墙肢布置的优化方向：金角、银边、草肚皮，环向好于径向。优化墙肢的布置，可提高材料的利用效率，减少结构混凝土和钢筋的消耗，减少资源消耗；提高材料的利用效率。剔除负效的材料配置，该项目中上部混凝土墙体偏厚，局部材料配置过多，适当减薄，局部材料配置减少，局部安全度降低，自重减小，整体安全度非但不降低，反而提高；结构混凝土和钢筋的消耗减少，资源消耗减少；局部材料配置减少，自重减小，结构混凝土和钢筋的消耗进一步减少，资源消耗进一步减少；该项目中基础底板偏厚，局部材料配置过多，适当减薄。局部安全度过大，整体安全度未能因此提高；变更方案，基础减薄。该项目中混凝土墙体整体偏厚，配筋偏多，适当减薄。整体安全度因此提高，但该安全度提高属于过度消耗资源；混凝土墙体整体减薄，结构混凝土和钢筋的消耗减少，资源消耗减少；减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响。
剔除错误的材料配置，每个项目都可能存在计算和画图错误，使得局部材料配置的不合理，安全度不均衡，整体安全度偏低。计算和画图错误，使得局部材料配置不合理，安全度不均衡，整体安全度水平代低、影响建筑寿命，相当于资源利用率低；减少计算和画图错误，把多用的材料减下来，结构混凝土和钢筋的消耗减少，资源消耗减少；把多用的材料减下来，减轻了结构自重。
提高材料利用效率，建筑框架柱角部配筋的效率高于其他部位，调整框架柱的配筋方式，结构钢筋的消耗减少，资源消耗减少；减少结构钢筋的消耗，减少生产过程中的碳和其他污染物的排放，减小对环境的影响。
改进计算方法，提高计算准确性，可以避免因算不清楚造成的保守，节省材料用量。混凝土与钢筋组合，共同受力，提供了强度、刚度，满足了使用要求。一般情况下，多用混凝土少配钢筋或多配钢筋少用混凝土均能提供足够的强度和钢度；这时需要基于碳排放的进一步比较，选定碳排放较少的设计。项目条件不同，优化的方向也不同。
2.5 小结
由以上工程案例总结7个优化方向：建筑材料选材方面；建筑构造做法；结构方案；针对安全度的精准校核；为提高材料利用效率；提高计算准确性；减小环境影响。
3 结语
节材优化设计的目的是建筑结构体系要满足资源消耗少，环境影响小。通过减少建筑材料用量和合理提高材料强度等级，能有效降低CO2排放量，这是绿色建筑节材优化设计的根本原则，也是实现绿色建筑的重要方法。
参考文献
[1] 中华人民共和国住建部.绿色建筑评价标准（GB/T 50378-2014）[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.
[2] 赵彦革.任建伟.绿色建筑中的节材优化设计[J].动感（生态城市与绿色建筑），2014（3）：42-44.
[3] 建筑设部科学技术司.绿色建筑评价技术细则（试行）[Z].2007.