1、1论述建筑节能指标对结构设计的影响摘要：本文论述了建筑节能指标对结构设计的影响，包括建筑体形系数和建筑窗墙面积比两个方面的内容。 关键词：建筑节能指标；结构设计；建筑体形系数；建筑窗墙面积比。 中图分类号： TU201.5 文献标识码： A 文章编号： 随着我国节能减排计划的推进，建筑行业的节能问题成了人们关注的焦点，节能是为了降低对能源的消耗，实现可持续发展，同时也必须满足建筑的质量和舒适性。如何合理科学的选取建筑节能指标关系着建筑节能的成败，并且对结构设计的影响也很大。 一、建筑体形 建筑节能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的资源和最小的能源消费代价取得最大的经济和社会效应。现有研究表
2、明，建筑物的外部形体对能量消耗包括太阳能、风能等都有着较大的影响。因此，建筑形体作为结构设计重要组成部分，是建筑节能技术中不可忽略的因素。 1.1 体形系数 体形系数（Building Shape Coefficient）定义为建筑物与室外大气接触的外表面积 F0 和与其所包围的体积 V0 之比。计算住宅建筑中的体形系数时，外表面积不包括地面面积和楼梯间墙及分户门的面积。根据体形系数的定义有： 2Cp =F0/V0=L0/S0+ 1/nh(1) 式中，Cp 为体形系数；F0 为建筑外表面积；V0 为建筑所围体积；L0 为建筑物底面周长；S0 为建筑物底面面积；n 为建筑层数；h 为建筑层高。
3、由式（1）可知，体形系数越大，单位建筑空间的热散失面积越大，能耗就越高。因此，为了提高建筑节能效果，结构设计时应该合理减小建筑物的体形系数。 1.2Cp 的因子分析 对于给定底面面积的建筑，体形系数 Cp 与建筑物底面形状和建筑高度有关。为了研究不同的底面形状与建筑层数对体形系数 Cp 的影响，假设层高取建筑规范的普遍值，即 h=2.8m。作为算例，假设 S0=100m2，分别考虑建筑物底面形状为圆形、正方形、长宽比为 1:2 以及 1:4 的长方形，计算结果如图 1 所示。 由图 1 可知，建筑物的体形系数随着建筑层数呈非线性变化。建筑层数越大，体形系数越小，但随着建筑层数的不断增加，体形系
4、数的变化速率不断减小并趋向于零。从图 1 还可以看出，对于同一高度的建筑物，建筑底面形状为圆形的体形系数最小，其次为正方形，长宽比 1:4 的体形系数最大。由此表明，底面形状为长方形的建筑物，长宽比越大，其体形系数越大。 1.3 极限体形系数 由图 1 可以看出，在横截面形状确定的情况下，建筑物体形系数随3建筑层数的增加而趋向于一个极限值。为了得到这个极限体形系数，对式（1）进行求解可得: (2) 由式（2）可知，极限体形系数是建筑节能的综合指标，它反映了建筑物横截面形状对建筑节能效果的影响。在横截面形状确定的情况下，建筑物体形系数不可能小于其极限体形系数。因此，极限体形系数间接反映了建筑截面
5、形状的节能效果，极限体形系数越小，截面形状的节能潜力越大。 二、建筑朝向 建筑朝向是影响建筑节能效果的重要因素。建筑室内热湿环境受太阳能辐射热量的影响较大，建筑朝向则直接影响建筑物受太阳辐射的程度。我国地处北半球，由于太阳高度角和方位角变化规律的影响，南朝向的建筑，夏季可减少太阳辐射得热，冬季可增加太阳辐射得热，是最有利的建筑朝向，所以使建筑物为南朝向，是我国建筑节能的必要条件。在一天之中，不同时间的太阳能辐射热量是不同的，不同使用性质的建筑物，对能量的使用时间要求也是不同的。根据太阳能在不同时段的分布状况和建筑物的使用性质调整和确定建筑朝向，是充分利用太阳能的有效措施。例如，在我国北方采暖地
6、区，一天之中的 1314 时的太阳能辐射热量最大，建筑物的布置方向应为南偏西，这样可以提高室温，有利于节能；而对于我国的南方非采暖地区，建筑物的布置方向应为南偏东，以减少太阳辐射对室温的影响。再如，办公、学校等公共建筑只4是白天有人使用，夜间室内则无人居住，只要白天室温达到标准即可，并希望上午室温能够尽快上升，对于这样的建筑物，应将朝向设为南偏东为宜；而住宅、旅馆、宿舍等居住建筑因夜间住人，希望下午有较强的太阳能辐射热进入室内，以提高夜间室温，应将朝向设为南偏西。 三、建筑的间距与平面布置 众所周知，建筑间距是太阳能辐射建筑物的重要影响因子。现行设计规范对建筑物的满窗日照时间已做了明确的规定：
7、如托儿所、幼儿园的生活用房应满足冬至日满窗日照不少于 3 小时；中、小学校南向的普通教室冬至日底层满窗日照不应小于 2 小时。然而，目前这些建筑间距标准是以人的健康为出发点而制定的，没有考虑建筑的节能要求。因此，根据不同的地区，不同使用性质的建筑物，制定强制性条文，确定合理的建筑间距，充分利用太阳能、风能等资源，是提高建筑节能效果一项有效、经济的途径。 建筑平面的巧妙布局是提高建筑节能效果的有效途径之一。建筑物的组成部分如电梯、大门、管道井、外窗等的布置都是建筑节能的影响因素，如将楼梯、机房设计在建筑物的南侧或西侧，可以有效阻挡日射；为利于保温，结构设计时可挑空中庭形成 2 次隔热区。恰当的平
8、面布置有助于形成理想的通风作用，通过建筑物门窗的合理设置，形成通风口，诱导自然通风，既起到节能作用又克服了空调室内空气品质差的缺点。 四、窗墙比对结构设计的影响 1）窗洞口的高度应按结构设计要求合理取值。建筑设计规范中有关采光的要求是， 单侧采光窗洞口上缘到地面的距离不小于房间进深的二5分之一， 单侧为四分之一， 则洞口高度在满足窗下墙高度或栏杆上翻高度后,，应考虑洞口上缘处的位置的合理性。 2）窗洞口宽度对结构设计的影响。洞口宽度大小的合理性应考虑的因素有砖混结构中, 墙间墙宽度的限值；框架结构中, 洞侧框架柱易出现短柱现象；剪力墙结构中, 要求洞口成列, 规则开洞，成排布置, 能形成明确的
9、墙肢和连梁, 避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。 3）洞口大小和数量对结构计算的影响。墙面洞口率越大, 对承重墙体的刚度削弱越大；洞口率越大, 结构的自重减小, 房屋地震作用减小,构件配筋和用料随之降低。 对于同一建筑，随着各朝向窗墙面积比的增加，单位建筑面积的采暖能耗增加比例接近，但改变南向窗墙比能耗指标增加量最小，因此设计师在选择建筑设计方案时，如果需要增加洞口面积，应尽量增加南向窗洞口的面积。 当建筑的能耗指标超过节能标准的限值，而建筑要求需要较大的窗墙比时，不应单独采用减小墙体传热系数的做法，应该减小窗的传热系数或者同时改变墙体和窗的传热系数，这是既经济又切实可行的方法。 在公共建筑节
10、能设计中，各朝向的最佳平均窗墙面积比为 0.14，平均窗墙面积比如果超过 0.6，在目前的节能技术条件下，要满足公共建筑节能设计标准的要求就不经济了。 五、结语 建筑节能直接关系到我国未来的可持续发展, 但是我国的现状不容乐观，在建筑业中应用的并不广泛，建筑节能是项任重而道远的工作，6需要社会各参与者积极投入到节能的行列中，努力创建节约型社会。 参考文献: 1 朱茜, 张树君. 全国民用建筑工程设计技术措施: 节能专篇 M . 北京: 中国计划出版社, 2007. 2 徐培福, 黄小坤 . JGJ3- 2002 高层建筑混凝土结构技术规范 S . 北京: 中国建筑工业出版社, 2007. 3 王迪生, 王彦深. GB50011- 2001 建筑抗震设计规范 S . 北京: 中国建筑工业出版社, 2008. 4 郭继武 . 建筑抗震设计 M . 北京: 中国建筑工业出版社, 2008. 5 陈基发, 胡德炘, 金新阳, 张相庭 . GB50009- 2001 建筑结构荷载规范 S . 北京: 中国建筑工业出版社, 2006.
