办公楼绿色建筑结构设计

孔德欣 KONG De-xin

（广东启源建筑工程设计院有限公司，佛山 528200）

摘要： 我国正处于绿色建筑加速发展时期，节能设计与建筑能耗的问题越来越受到广泛的重视。通过某办公楼绿色建筑结构设计实例，对绿色建筑结构的体系选型、优化设计等方面进行阐述，为类似工程提供参考。

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关键词 ： 绿色建筑；结构设计；结构选型；优化设计

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0132-03

作者简介：孔德欣（1973-），女，广东南海人，一级注册结构工程师，研究方向为建筑结构设计。

0 引言

绿色建筑的定义：在建筑全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。对于结构专业来说，所涉及到的内容是规范当中的“节材与材料资源利用”的章节。笔者几年前曾经做过一个公共建筑类绿色建筑的结构设计，该建筑获得国家公共建筑三星级绿色建筑设计标识。

1 工程概况

某办公建筑平面呈长方形，长为156m，宽为29m，地上五层，局部六层，总建筑面积21511m2。建筑外观如图1所示。建筑内部空间主要为大空间的办公区域，因为需要营造绿色生态的办公环境，整栋建筑物内有大量的绿化面积，并且分布在不同楼层。首层入口处有8根“7字形”装饰柱，柱子高度为五层楼高，支承在五层的一根30m跨的横梁上；另外有一个高出屋面约25m，平面呈正方形的拔风塔，塔中央有一根?准800直径的圆柱。二层和六层建筑平面以及南北立面如图2、图3、图4所示。

2 结构选型

国家规范《绿色建筑评价标准》和《广东省绿色建筑评价标准》中均给出在保证安全、耐久的前提下，采用资源消耗低和环境影响小的建筑结构体系的要求，规范指出符合要求的结构体系主要包括轻钢结构体系、砌体结构体系和木结构体系。因此该工程在方案阶段确定结构体系时，根据建筑使用功能要求，进行了多方案的比较：

方案1：木结构体系。工程所在地区不是木材出产地，需要从外地运进木材，这样规模的商务办公楼，如果采用了木结构，一方面会消耗大量的森林资源，另一方面，单纯的木结构也不能完全满足建筑的使用功能要求。这个方案不可取。

方案2：砌体结构体系。工程所在地区属于抗震设防烈度7度区，该结构体系对于纵横墙间的距离是有要求的不能太大，同时墙体的开窗面积是有限定的。这样就很难满足现在建筑的功能要求，而且这种体系的抗震性能较差，因此不采用该方案。

方案3：钢框架与钢筋混凝土组合楼盖结构体系。根据过往的设计经验，在多层建筑中采用框架结构既能很好满足建筑功能要求，又对抗震设防方面有利，同时又是合理、适用的体系。采用钢结构可以减少对周边的环境影响，满足绿色建筑的要求。但是这个方案又存在一个问题：因为存在大量的绿化面积，给钢结构防水措施提出了更高的要求，在这方面的材料消耗相应增多；也会增加使用阶段的维护成本，不符合规范在建筑全寿命周期内，最大限度地节约资源的要点，该方案不是绿色建筑最佳的结构方案，因此也未被采用。

方案4：钢筋混凝土框架与部分钢结构组合体系。该方案是在方案3的基础上把钢框架改为钢筋混凝土框架结构，保留部分结构采用钢结构。

对照规范的内容综合各方面的因素，因地制宜，进行多方案比较，确定符合规范要求的结构体系，达到经济、合理、适用、节约资源的目标，并且根据工程实际情况，尽可能采用可再利用的建筑材料。通过方案比选，本工程选用方案4：钢筋混凝土框架与部分钢结构组合体系。

3 结构设计要点

①入口处的8根“7字形”装饰柱以及其连接的横梁，8根柱子建筑要求外观尺寸为700×1300，有16m高，横梁跨度为30m，建筑外观尺寸要求为800×1500，结构设计上构件采用钢结构，一方面构件自重轻，可以减小地震作用，另一方面在处理横梁与框架柱的连接节点上也变得容易。在工程成本上，采用钢结构较现浇钢筋混凝土结构，能够节省人工、外脚手架、模板及支撑系统费用，另外工期效益显著。入口钢构架平面图和钢构架柱立面图如图5、图6所示。

②中庭屋盖部分，建筑设计为不上人的采光屋面，该屋面跨度为30m，三边支承。一方面因为跨度比较大，如果采用钢筋混凝土，其自重必然较大，其次从建筑空间效果来看，在二层平台花园以及其他各层均可以看到该屋盖，如果采用钢筋混凝土结构，不够轻盈。所以设计结构设计上决定采用钢网架结构。网架结构平面布置图如图7所示。

③对于两处从二层平台花园上三、四楼的楼梯，因为建筑要求做成悬臂形式，中间不加柱子，从节省材料以及造型美观考虑，把它做成钢木组合楼梯（钢骨架木踏步楼梯），从而达到既美观轻巧又相对省材的目的。

4 优化设计

结构专业在绿色建筑设计中最突出的内容是节材，因此该工程在设计图纸出来以后，根据绿色建筑的要求，为了达到进一步节材的目标，对主体钢筋混凝土结构部分的设计图纸作了进一步的优化，其中优化的内容主要是通过调整次梁的布置，相对原设计一个房间三道次梁改为两道次梁，从而增大板的跨度，使其在尽量不增加截面厚度以及钢筋量的基础上，达到最大优化值。优化前与优化后的18～28轴三层结构平面布置图如图8、图9所示。

根据结构计算得出，前后两个设计成果在混凝土用量上基本持平，而在钢筋用量上，前一个含钢量为35.63kg/m2，而后一个为33.40kg/m2，这一优化节省了6%钢筋用量；同时因为减少了一道次梁，在建筑模板方面也会相应减少材料损耗。另外，拔风塔中央的?准800直径的圆柱也作了优化，由原来C25,配18根25钢筋的混凝土柱改为?准800×10的钢管柱，这样既节省混凝土8.8m3，钢材量用量也从原来的1.35吨，减少为0.434吨，并且节省人工、模板及支撑系统费用，工期效益显著。

综上，优化后的本工程符合国家规范《绿色建筑评价标准》和《广东省绿色建筑评价标准》中，对建筑工程提出的资源消耗低和环境影响小的要求，节省了钢筋用量，减少材料损耗。

5 结语

结构专业在进行绿色建筑设计时，除了满足国家相关规范要求外，在确定结构体系进行多方案比较时，应对照绿色建筑的标准和要求，综合各方面的因素，因地制宜，采用经济、合理、适用与节约资源的最佳方案。并应重视对设计进行优化，使结构设计达到资源消耗和环境影响小的目标。本工程对照《绿色建筑评价标准》中与结构专业有关的内容，做到符合规范的要求，为项目获得国家公共建筑三星级绿色建筑设计标识，结构专业起到了应有的作用。

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参考文献：

[1]GB/T50378-2006，绿色建筑评价标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]DBJ/T 15-83-2011，广东省绿色建筑评价标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]JGJ/T 229-2010，民用建筑绿色设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.