建筑设计法规瓶颈及未来走向范文

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概述

2006年3月，原建设部颁发的《绿色建筑评价标准》(GB50387—2006)［1］就对绿色建筑作出定义:在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材，即“四节”)、保护环境和减少污染，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。绿色建筑的兴起顺应时展的潮流和社会民生的需求、顺应了世界经济增长方式转变的潮流，又是我国建立创新型国家的必然要求，前景广阔。但从结构设计角度对绿色建筑的研究还不多，本文对中国建筑结构领域与“绿色”设计与施工相关的法律法规、国家标准规范、行业标准规范以及典型的地方标准规范进行收集、研究，从结构选材、结构体系及构件选择、提高结构耐久性水平、提高结构工业化生产水平、绿色施工等几个方面分析规范的执行对住宅建筑领域产生的资源节约和环境保护效果，分析规范本身以及执行过程中尚存在的瓶颈和所需得到的改进，并展望未来的发展趋势。

1选取高性能结构材料

构建绿色建筑，应采用高强度、高耐久性的高性能材料，其优势有:第一、高强混凝土、高强度钢和高耐久性高性能混凝土以及碳纤维材料［4］、玻璃纤维等新型材料的运用能显著地节约材料并提高耐久性，从而达到节约资源、保护环境的目的。C40级与C20级混凝土比较，强度提高一倍，但单价仅增加20%左右。第二、使用高性能混凝土、高强度钢还可以减小结构构件的截面尺寸，增加建筑使用面积及室内净高，提高建筑空间的利用率。第三、可减轻结构自重，减少地震作用，减少地基基础造价。

目前，规范［3，5，7］对不同结构中混凝土强度等级及钢结构强度提出了最低要求，例如在混凝土结构中推荐使用强度较高的HRB400级钢筋，在预应力混凝土结构中建议混凝土强度等级不宜低于C40等，这在一定程度上促进了高强材料的运用。但仍存在制约高性能材料进一步发展的瓶颈:1)现行混凝土规范［5］规定混凝土强度等级最高为C80，大量使用的是C30～C40级的低强混凝土，而世界主要发达国家在工程中已较为普遍地采用C70，C80等级的混凝土，一些工程混凝土强度等级甚至超过C100。高强混凝土的配制不可能依赖手工和落后的设施，我国必须提升高强度预拌混凝土的工业化生产能力，对预拌混凝土的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等做进一步升级;2)混凝土强度越高其收缩裂缝越难控制，目前国内大多数工程中一般水平梁板构件强度等级最高用到C40，高于C40后，其裂缝控制就成为一个难题，竖向构件混凝土强度等级最高用到C80，高于C80后，早期热裂缝明显，影响耐久性;3)高强度钢材对焊接材料、焊接工艺以及焊接人员的技术水平都提出了相应的要求，而国内Q345C以上钢材，焊接时就对钢材材性和连接材料提出了较高的要求;4)我国目前还没有490MPa以上的建筑结构钢，而国外目前主要使用490MPa级和590MPa级的高强度钢材，780MPa级钢材也在推广使用。

分析以上规范内容，展望未来的发展趋势:1)新型高强高性能材料、新型组合结构有强度高、耐久性好以及节约材料等优越性，符合我国所提倡的发展绿色建筑的理念，必将在各类建筑结构中得到越来越广的应用;2)随着各种优质添加剂的研制，会大大改善高性能混凝土的性能，如在混凝土内加入适量的聚丙烯纤维或膨胀剂，可以一定程度地控制混凝土裂缝的开展，并对改善高强混凝土早期热裂缝性能有一定作用;3)结构设计人员应改变固有的设计习惯，在混凝土结构中大量使用HRB400级钢筋代替HRB335级钢筋，以降低资源、能源消耗;4)随着我国钢材质量的提升、焊接材料的研制、焊接工艺的改进以及焊接人员技术水平的提高，会使高强度钢材的焊接更容易;5)我国已经推出Q235GJ，Q235GJZ和Q345GJ，Q345GJZ钢材，比原有的Q235，Q345的设计强度高，强度提高可节约钢材10%左右［6］。

2结构体系的选择

绿色建筑结构体系的选择要尽量采用资源消耗和环境影响小的体系。目前常用的几种结构体系对资源、能源耗用量及其对环境的影响存在显著差异:1)砖砌体类结构:在生产过程中大量耗用粘土等不可再生资源，对自然资源的消耗极大，同时会排放大量CO2等污染物，因此资源消耗指标最差，政府在全国范围内已限制采用此类结构材料;2)混凝土类结构:由于耗用的钢材与水泥较其他结构体系均多，水泥在生产过程中大量使用石灰石、粘土等不可再生资源，占混凝土体积大约80%的砂石骨料要开山采矿、挖掘河床，资源消耗指标也较差，也会排放大量CO2等污染物;3)砌块类结构:可利用部分工业、矿业废料制作建筑承重砌块，如粉煤灰、煤矸石、矿渣及页岩等，砌块本身自重轻，不可再生资源消耗较少，同时可形成工业废弃物的循环利用体系，资源消耗指标较理想;4)钢结构:强度高，抗震性好，具有良好的综合结构性能与经济性，同样规模的建筑，采用钢结构比采用钢混结构CO2排放量可大幅减少，且钢结构的材料可循环利用，资源消耗指标也较理想;5)木结构:木材是一种可持续的材料，但是需要以森林资源的良性循环为支撑，由于我国的森林资源不够发达，在技术经济允许的条件下，可以鼓励利用从森林资源已形成良性循环的国家进口的木材。

对环境的影响由小到大顺序依次为木结构、钢结构、砌块类结构、混凝土结构。

目前绿色结构形式的推广存在的瓶颈是:1)我国现有规范如抗规［7］、高规［8］、高钢规［9］等，只从结构抗震角度对不同结构体系所适用的最大高度作出了规定，而对应不同的建筑功能、层数、高度，从绿色建筑的角度，采用哪种结构体系绿色指标最好，目前尚无相应的国家或行业规范作指导;2)经济指标与绿色指标较难取舍，经济指标只关注房屋土建、安装等施工阶段的建造成本，绿色指标关注房屋的全生命周期成本，包括原材料的开采、制造到房屋建成及以后的使用阶段，一直到房屋达到寿命以后的拆除、回收和再利用全过程，对自然资源、能源的消耗和对环境的影响;3)地域条件与绿色指标的差别，政府有关部门已多项法规来推进我国绿色建筑的发展，但目前各种建材的市场价及结构的建造成本并未完全与上述绿色指标相一致。

比如相关法规要求取消粘土砖，但在个别地区，因粘土砖造价低廉仍被广泛采用;4)绿色指标与建筑功能灵活性的矛盾，比如在广大县城，大量采用底框结构，既不经济又不安全;5)规范要求与建设者建设目标不一致，个别建设者为了整个建筑的品质或形象，选择造型怪异或规范所不允许的结构体系，从而造成结构材料的极大浪费。

展望绿色建筑结构体系未来的发展趋势:1)随着相关法律法规的逐步健全，如《绿色建筑设计规范》即将，将约束设计者严格按照绿色建筑标准进行设计、施工，所建建筑将更加环保和经济;2)将更多采用钢结构、木结构、砌块类结构等资源消耗和环境污染小的结构体系;3)随着技术的发展，会有更多绿色环保的结构体系出现，能够为设计者提供更多的选择;4)随着对地震研究的完善，会逐步明确各结构体系的适用范围，使得广大设计者更加方便快捷地选择结构体系。

3采用具有明显节材效果的构件形式

3．1合理采用预应力混凝土结构

发展各种预应力构件和结构是提高材料效率、改善混凝土结构性能的重要措施。在大跨、重载结构构件中，合理采用预应力混凝土结构，可有效减小截面尺寸，降低混凝土材料消耗，减轻结构自重。高强预应力筋(钢丝、钢绞线)属于高效结构材料，强度达1570～1860MPa。这些高效预应力筋不仅高强，而且具有相当好的延性。其强度价格比为热轧钢筋的1．5倍左右，可大大节省钢筋用量，是大跨度、重荷载结构预应力配筋的理想选择。

为促进预应力混凝土结构在地震区的应用，我国已在2004年编制了《预应力混凝土结构抗震设计规程》［10］，预应力结构只要正确设计，合理控制预应力度和综合配筋指数，并处理好节点构造，即可具有良好的延性和耗能能力，在地震区应用是完全可行的。

3．2采用钢与混凝土组合结构［11-13］

钢与混凝土组合结构(构件)，因其充分发挥钢材和混凝土这两种材料的优点，使得结构构件的强度和刚度明显增加，而且延性也获得很大的提高。对于超高层建筑，尤其在高烈度区具有优势。我国在20世纪80年代以来，特别是90年代后期

上海、深圳、厦门和北京等地兴建的高楼，多数采用混合结构，高度有的甚至超过300m，如上海金茂大厦(421m，88层)、深圳地王大厦(325m，81层)、中国国际贸易中心三期(317m，73层)等。

型钢混凝土组合结构虽然已较多地应用在我国超高层的建设中，但与之相应的理论研究和试验研究工作却开展的不充分，科研工作在一定程度上落后于工程实践。

3．3采用空心混凝土构件

我国过去的很多预制混凝土构件采用了空心截面，如各种跨度的预应力空心楼板。最近几年兴起的现浇混凝土空心楼板，在浇注混凝土时埋入由轻质材料制成的芯筒、箱体或轻质填充材料，空心率可达30%。与实心截面相比，不仅节约混凝土、减轻自重，而且具有更好的保温、隔热、隔声等性能。目前全国不少地区采用的预制混凝土管桩，以及非粘土空心砖(砌块)、多空砖(砌块)等也属于该类构件。

该类结构具有节省材料、减轻自重、降低地震作用等优点，可较明显地降低总体造价，并改善使用功能。现已广泛应用于商场、办公楼、图书馆、教学楼、停车楼、住宅等建筑中，尤其适用于具有较大跨度、对层高有限制的公共建筑和住宅建筑中。

节材结构的发展面临以下问题:1)规范还不完善，空心混凝土结构方面仅有行业标准《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》［14］，在《型钢混凝土组合结构技术规程》［11］中没有给出型钢栓钉的具体计算方法;2)采用这些特殊构件受各地设计人员的设计能力所限制;3)采用这些特殊构件短期造价较高，限制其发展;4)空心楼盖结构的楼板开洞不灵活，限制其发展。

未来的发展趋势:1)随着技术的成熟和生产的工业化，使得这些特殊构件的短期投资逐步降低，长远来看不但会增加建筑的使用面积，还会减少结构的地震作用和对基础的荷载，综合效益会更好;2)采用型钢组合结构会使住宅的总高度建得更高，减少对土地的占用;3)随着技术的交流和人员的不断培训，使得这些特殊构件的设计迅速普及。

4提高结构可靠度及耐久性水平

2002年版《混凝土结构设计规范》［5］专门增加了耐久性规定，把环境类别分为五类，对设计使用年限为50年的结构混凝土按最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量、最大碱含量作了定量规定。还对室内正常环境下，设计使用年限为100年的结构混凝土，从最低混凝土强度等级、最大氯离子含量、非碱活性骨料、混凝土保护层厚度、定期维护五个方面作了规定，这都是结构工程师绿色建筑理念的表现。

同时，各种结构材料对可靠度及耐久性的规定，使得相应建筑的寿命明显提高。同时，我国在2003年颁布了《碳纤维片加固混凝土结构技术规程》［4］，2006年颁布了《混凝土结构加固设计规范》［15］，我国在建筑物的维护改造与加固方面的规范与规程还有:《砖混结构房屋加层技术规范》、《既有建筑地基基础加固技术规范》、《砌体工程现场检测技术标准》、《钢结构检测评定及加固技术规程》等。在建筑物的维护改造与加固方面的规范与规程的颁布与实施，进一步说明越来越重视在用建筑物的维护、改造加固再利用。但目前还有一定局限:1)现有规范中，所有计算参数均建立在设计基准期为50年的基础上，在设计不同设计使用年限的建筑时，在计算参数上有一定模糊性;2)《建筑抗震加固技术规程》仅适用于几种结构形式，对其他结构形式还有待完善;3)现在国内住宅设计基准期均为50年，而住宅建筑产权为70年，两者有矛盾。

未来的发展趋势:1)现在对可靠度的研究越来越深入，在不久的将来，将推出针对不同设计基准期的设计规范，可用于不同设计使用年限的建筑的设计;2)对使用一定年限的住宅建筑(不超过50年)，允许在经过检测鉴定并进行适当的加固后继续使用，但每次使用寿命最多延长30年，30年后可继续检测鉴定并加固，这样可大大延长建筑寿命;3)预应力加固补强技术与工程措施也日趋完善。

5提高建筑结构的工业化生产水平

建筑结构构件的“工厂化、预制化”程度越高，对资源消耗、能源消耗和环境影响越小，即绿色性能越好。由于我国目前混凝土结构体系所占比重最大，且以现浇混凝土为主，因此结构的工业化生产水平很低。从绿色建筑的角度考虑，有必要重新提出并发展建筑结构的工业化。

建筑结构工业化的发展趋势是:1)发展钢结构［3，16］。钢结构可全面实现工厂预制现场拼接，不但节省材料，降低污染，还大大缩短施工周期。建设部对钢结构住宅已进行试点建设，钢结构住宅规范也提到日程，可促进钢结构在住宅上的应用。2)对于量大面广的建筑，如住宅、教学楼、医院、一般办公楼等，可以发展装配整体式混凝土结构及半预制的新型叠合结构，改进与加强预制构件之间、与支承结构之间的连接构造，保证结构整体抗震能力，广泛在小高层建筑中使用。3)发展多高层混凝土小型砌块结构［17-19］。主要优点有:以粉煤灰生产小型空心砌块为发电厂或其他工业企业处理了大量废渣，减少了处理费用，同时又为建材工业开辟了新的资源，变废为宝;机械化、自动化程度比较高，劳动生产率高;产品容重轻，导热系数小，对改善建筑功能有利;不需焙烧，故燃料消耗低，减少了对大气的污染。我国《建筑抗震设计规范》［7］中规定，配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋，在6度、7度、8度区的最大使用高度分别为54，45，30m，发展前景广阔。4)发展预拌砂浆预拌混凝土［20，21］。采用预拌混凝土强度保证率可以达到95%以上;能够减少施工现场噪声和粉尘污染;能够减少运输过程中的材料损耗，节约水泥的包装纸袋对森林资源的消耗，保护生态环境。

规范在工业化方面的规定有效促进了结构施工的工业化水平，减少了对环境的污染。但仍有不足之处:1)钢结构住宅造价相对较高，而且其防火、隔声性能较差，相关部件的配套生产还需改进;2)装配式构件的连接节点抗震性能较差，进一步的研究还需开展;3)但在目前的实际工程中，配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋在多高层建筑中的应用及研究还远远不够。

6绿色施工

绿色施工是指工程建设中在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源和减少对环境负面影响的施工活动，实现“四节”，以及保护环境和施工人员的健康与安全的要求［22］。《绿色施工管理规程》［23］理清了建设、监理和施工单位在绿色施工过程中的职责，对施工阶段节约资源、保护环境及保障施工人员安全与健康提出了规范性的要求。严格按照规范实施绿色施工，必然会向着建设节约型社会、发展循环经济和实现节能减排的目标迈进。

绿色施工未来的发展趋势是:1)建材本地化是减少运输过程资源和能源消耗、降低环境污染的重要手段之一，《绿色建筑评价标准》［1］要求施工单位在施工现场500km以内生产的建筑材料重量占建筑材料总重量的60%以上;2)在建筑施工选材时，将考虑材料的可再循环使用性能。在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料使用重量占所用建筑材料总重量的10%以上。将建筑施工、旧建筑拆除和场地清理时产生的固体废弃物分类处理，并将其中可再利用材料、可再循环材料回收和再利用，达到节约原材料，减少废物，降低对环境的影响;3)在施工现场现浇混凝土将更多采用预拌砂浆、预拌混凝土，这样可显著减少砂浆用量、提高混凝土性能稳定性以及减少施工现场噪音和粉尘污染。

但施工单位仍需要克服一些困难:1)目前施工现场的资源节约和环境保护仅局限于选用环保型施工机具和实施降噪、降尘等环节，而绿色施工则要求从施工组织设计开始对施工全过程进行严格控制与管理;2)施工单位采购材料要尽可能做到就近取材;3)在建筑施工、旧建筑拆除和场地清理时，没能将产生的固体废弃物分类处理，也没能将其中可再利用材料、可再循环材料回收和再利用。

7结语

随着土木工程从业人员节能环保意识的增强以及各类绿色设计和施工规范的不断建立健全，建筑设计将逐渐在建筑功能、材料选择、生态平衡、自然景色、社会发展问题上整体考虑，并能在改善生活质量、获取经济效益的同时大大减少对自然环境的冲击，土木工程建设必然走向绿色发展之路，我国也必然会向着建设节约型社会、发展循环经济和实现节能减排的目标迈进。