论述建筑节能指标对结构设计的影响

【摘要】：本文从建筑体形系数和建筑窗墙面积比两个方面分析对结构设计的影响，供相关工作人员参考和借鉴。

【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：TE08 文献标识码：A 文章编号：

我国正在建立节能型社会，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。本文论述了建筑节能指标对结构设计的影响。

一、建筑体形系数对结构设计的影响

建筑节能工作是一项综合性的工作，节能技术涉及建筑的规划设计、围护结构的节能技术、采暖空调节能技术、建筑的采光通风以及建筑节能综合评价体系等等。夏热冬冷地区非常注重建筑围护结构和采暖空调的节能技术，但是很遗憾没有足够重视建筑设计阶段的节能工作———在建筑设计阶段控制体形系数，降低建筑能耗。

虽然我国己经有规范对F0/V0作了界限，居住建筑或类似建筑以F0/V0=0.3 为界限，当F0/V0＜0.3 时体形对节能带来帮助，能为今后建筑实施节能目标提供有利条件。但是F0/V0在节能建筑设计中的变化规律和应用、在操作过程中的价值讨论甚少，使建筑师对F0/V0了解不多，重视不够。

建筑体形系数对建筑能耗影响显著。有研究资料表明，体形系数由0.4 减少到0.3，围护结构传热损失可降低25%，全年采暖空调能耗可减少13%。但是不能一味地降低建筑体形系数，因为体形系数不只是影响围护结构的传热损失，它还与建筑造型、平面布局、功能划分、采光通风等若干方面有关。体形系数限制过紧，将严重制约建筑师的创造性，有损建筑造型、城市风貌和社会文化，而且使平面布局受限，功能划分困难，会妨碍建筑的基本使用功能。特别是夏热冬冷地区，地形复杂、山地城镇、点式建筑多，更难降低体形系数。再者，夏热冬冷地区西部全年阴天很多，体形系数过小，不利于自然采光，人工照明增多，反而增加建筑能耗。以山地城市为例，体形系数从0.4 降至0.3，每平米建筑面积全年节约采暖空调耗电量2.70kW·h；按每平米建筑面积照明灯具为4W 计，若平均每天增加2h 照明，全年每平方米增加照明用电2.92kW·h。如果体形系数过小，影响自然通风会增加夏季空调运行时间，随之增加的能耗更大。因此，夏热冬冷地区的节能标准对体形系数的限制不能太严，要综合考虑减少围护结构冷热损失，加强天然采光和自然通风，以及建筑造型、功能划分等的需要。

建筑平面特征的控制是建筑节能研究涉及甚少的一个方面，但对建筑设计而言却是十分重要且亟待解决的。因为体形是建筑作为实物存在必不可少的直接形象和形状，所包容的空间是功能的载体，除满足一定文化背景的美学要求外，其丰富的内涵更令建筑师神往。建筑平面体形选择所产生的节能效应，及由此产生的指导原则和要求却一直没有得到人们的重视。

二、建筑窗墙面积比取值对结构设计的影响

1.窗墙面积比的概念和意义

窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位轴线围成的面积）的比值。在公共建筑的规定性指标中，用单一朝向外窗（包括透明幕墙）来限定。同时，还提出了平均窗墙面积比的概念。平均窗墙面积比是指整栋建筑外墙面上的窗及阳台门透明部分的总面积与整栋建筑外墙面的总面积（包括其上的窗和阳台门的透明部分面积）之比。窗墙比反映窗户洞口面积与同朝向建筑立面面积的比值，对建筑能耗有直接影响。按照GB50189 － 2005《公共建筑节能设计标准》的要求，公共建筑节能设计分为两部分: 围护结构热工设计和围护结构热工性能的权衡判断。在建筑热工设计的强制性条文中，对建筑的体形系数、不同窗墙比下的门窗传热系数和窗户遮阳系数、外墙、屋顶护结构的传热系数、与非供暖空调房间相邻的隔墙的传热系数等作了强制性规定。当设计建筑满足这些强制性条文时，设计建筑即满足节能标准的要求，如果其中某些指标不满足，则应进行围护结构热工性能的权衡判断，要求设计建筑的能耗小于参照建筑的能耗。在工程设计中，设计师可根据具体情况调整各种参数，使设计建筑既满足功能和创意的需求，又满足节能标准的最低要求，但建筑能耗分析对暖通工程师来讲比较容易而对设计师来讲往往是件很困难的事情。提高建筑围护结构设计在建筑节能中的比例，降低采暖空调能耗是解决建筑能耗日益增高的有效途径。

在建筑围护结构的能耗中，外窗( 包括透明幕墙和阳台门) 是屋顶、墙体、外窗三大围护构件中热工性能最差的构件。是影响室内热环境质量和建筑能耗最主要的因素之一。目前我国公共建筑中，窗的能耗约为墙体的3 倍、屋面的4 倍，约占建筑围护结构总能耗的40% ～ 50%，因此加强对窗户热损失的研究，尤其是不同朝向、不同窗墙比窗户热损失的研究对于降低建筑的总能耗有很重要的作用。为便于设计人员了解建筑和围护结构热工性能对能耗的影响，以利于设计低耗能建筑，文中旨在就各朝向、不同窗墙面积比情况下，窗墙面积比对严寒地区公共建筑能耗的影响，为节能建筑设计提供依据。

2. 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。

三、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，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。

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