辦公樓綠色建筑結構設計的論文
1工程概況
某辦公建筑平面呈長方形，長為156m，寬為29m，地上五層，局部六層，總建筑面積21511m2。建筑內(nèi)部空間主要為大空間的辦公區(qū)域，因為需要營造綠色生態(tài)的辦公環(huán)境，整棟建筑物內(nèi)有大量的綠化面積，并且分布在不同樓層。首層入口處有8根“7字形”裝飾柱，柱子高度為五層樓高，支承在五層的一根30m跨的橫梁上；另外有一個高出屋面約25m，平面呈正方形的拔風塔，塔中央有一根準800直徑的圓柱。
2結構選型
國家規(guī)范《綠色建筑評價標準》和《廣東省綠色建筑評價標準》中均給出在保證安全、耐久的前提下，采用資源消耗低和環(huán)境影響小的建筑結構體系的要求，規(guī)范指出符合要求的結構體系主要包括輕鋼結構體系、砌體結構體系和木結構體系。因此該工程在方案階段確定結構體系時，根據(jù)建筑使用功能要求，進行了多方案的比較：方案1：木結構體系。工程所在地區(qū)不是木材出產(chǎn)地，需要從外地運進木材，這樣規(guī)模的商務辦公樓，如果采用了木結構，一方面會消耗大量的森林資源，另一方面，單純的木結構也不能完全滿足建筑的使用功能要求。這個方案不可取。方案2：砌體結構體系。工程所在地區(qū)屬于抗震設防烈度7度區(qū)，該結構體系對于縱橫墻間的距離是有要求的不能太大，同時墻體的開窗面積是有限定的。這樣就很難滿足現(xiàn)在建筑的功能要求，而且這種體系的抗震性能較差，因此不采用該方案。方案3：鋼框架與鋼筋混凝土組合樓蓋結構體系。根據(jù)過往的設計經(jīng)驗，在多層建筑中采用框架結構既能很好滿足建筑功能要求，又對抗震設防方面有利，同時又是合理、適用的體系。采用鋼結構可以減少對周邊的環(huán)境影響，滿足綠色建筑的要求。但是這個方案又存在一個問題：因為存在大量的綠化面積，給鋼結構防水措施提出了更高的要求，在這方面的材料消耗相應增多；也會增加使用階段的維護成本，不符合規(guī)范在建筑全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源的要點，該方案不是綠色建筑最佳的結構方案，因此也未被采用。方案4：鋼筋混凝土框架與部分鋼結構組合體系。該方案是在方案3的基礎上把鋼框架改為鋼筋混凝土框架結構，保留部分結構采用鋼結構。對照規(guī)范的內(nèi)容綜合各方面的因素，因地制宜，進行多方案比較，確定符合規(guī)范要求的結構體系，達到經(jīng)濟、合理、適用、節(jié)約資源的目標，并且根據(jù)工程實際情況，盡可能采用可再利用的建筑材料。通過方案比選，本工程選用方案4：鋼筋混凝土框架與部分鋼結構組合體系。
3結構設計要點
①入口處的8根“7字形”裝飾柱以及其連接的橫梁，8根柱子建筑要求外觀尺寸為700×1300，有16m高，橫梁跨度為30m，建筑外觀尺寸要求為800×1500，結構設計上構件采用鋼結構，一方面構件自重輕，可以減小地震作用，另一方面在處理橫梁與框架柱的連接節(jié)點上也變得容易。在工程成本上，采用鋼結構較現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，能夠節(jié)省人工、外腳手架、模板及支撐系統(tǒng)費用，另外工期效益顯著。②中庭屋蓋部分，建筑設計為不上人的采光屋面，該屋面跨度為30m，三邊支承。一方面因為跨度比較大，如果采用鋼筋混凝土，其自重必然較大，其次從建筑空間效果來看，在二層平臺花園以及其他各層均可以看到該屋蓋，如果采用鋼筋混凝土結構，不夠輕盈。所以設計結構設計上決定采用鋼網(wǎng)架結構。網(wǎng)架結構平面布置圖如圖7所示。③對于兩處從二層平臺花園上三、四樓的樓梯，因為建筑要求做成懸臂形式，中間不加柱子，從節(jié)省材料以及造型美觀考慮，把它做成鋼木組合樓梯（鋼骨架木踏步樓梯），從而達到既美觀輕巧又相對省材的目的。
4優(yōu)化設計
結構專業(yè)在綠色建筑設計中最突出的內(nèi)容是節(jié)材，因此該工程在設計圖紙出來以后，根據(jù)綠色建筑的要求，為了達到進一步節(jié)材的目標，對主體鋼筋混凝土結構部分的設計圖紙作了進一步的優(yōu)化，其中優(yōu)化的'內(nèi)容主要是通過調(diào)整次梁的布置，相對原設計一個房間三道次梁改為兩道次梁，從而增大板的跨度，使其在盡量不增加截面厚度以及鋼筋量的基礎上，達到最大優(yōu)化值。優(yōu)化前與優(yōu)化后的18～28軸三層結構平面布置圖如圖8、圖9所示。根據(jù)結構計算得出，前后兩個設計成果在混凝土用量上基本持平，而在鋼筋用量上，前一個含鋼量為35.63kg/m2，而后一個為33.40kg/m2，這一優(yōu)化節(jié)省了6%鋼筋用量；同時因為減少了一道次梁，在建筑模板方面也會相應減少材料損耗。另外，拔風塔中央的準800直徑的圓柱也作了優(yōu)化，由原來C25,配18根25鋼筋的混凝土柱改為準800×10的鋼管柱，這樣既節(jié)省混凝土8.8m3，鋼材量用量也從原來的1.35噸，減少為0.434噸，并且節(jié)省人工、模板及支撐系統(tǒng)費用，工期效益顯著。綜上，優(yōu)化后的本工程符合國家規(guī)范《綠色建筑評價標準》和《廣東省綠色建筑評價標準》中，對建筑工程提出的資源消耗低和環(huán)境影響小的要求，節(jié)省了鋼筋用量，減少材料損耗。
5結語
結構專業(yè)在進行綠色建筑設計時，除了滿足國家相關規(guī)范要求外，在確定結構體系進行多方案比較時，應對照綠色建筑的標準和要求，綜合各方面的因素，因地制宜，采用經(jīng)濟、合理、適用與節(jié)約資源的最佳方案。并應重視對設計進行優(yōu)化，使結構設計達到資源消耗和環(huán)境影響小的目標。本工程對照《綠色建筑評價標準》中與結構專業(yè)有關的內(nèi)容，做到符合規(guī)范的要求，為項目獲得國家公共建筑三星級綠色建筑設計標識，結構專業(yè)起到了應有的作用。
作者:孔德欣 單位:廣東啟源建筑工程設計院有限公司
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