建筑结构·低碳专题十七丨赵彦革：混凝土剪力墙受弯工况下最低碳排放计算公式研究

百科 2024-12-18 10:06 北京

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建筑结构·低碳专题十七丨赵彦革：混凝土剪力墙受弯工况下最低碳排放计算公式研究

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摘要

近年来，低碳理念逐步深入建筑行业，规划设计阶段作为建筑全寿命期的起点，对建筑的碳排放起到了至关重要的作用。找到既安全又低碳的结构构件截面尺寸理论临界点，对于低碳设计有重要意义。在“低碳专题十三丨混凝土梁受弯工况下最低碳排放计算公式研究”、“低碳专题十四丨混凝土梁受剪工况下最低碳排放计算公式研究”、“低碳专题十五丨混凝土柱在大偏压工况下最低碳排放计算公式研究”、“低碳专题十六丨混凝土板最低碳排放计算公式研究及应用”中，已给出了混凝土梁、柱、板的最低碳排放计算公式，本期将对混凝土剪力墙墙受弯工况下的最低碳排放计算公式进行研究，并给出其设计指引。

一

混凝土墙碳排放量计算

根据《建筑碳排放计算标准》（GB/T 51366-2019）可知，建筑碳排放阶段分为建材生产阶段、运输阶段、建造阶段、运行阶段和拆除阶段。结构构件的碳排放则主要集中在建材生产阶段，因此本文所指最低碳排放量均为建材生产阶段碳排放量。根据该标准可知，混凝土墙在生产阶段的碳排放量为：

C_SC=M_砼C_砼+M_钢筋C_钢筋+M_钢材C_钢材

式中：M_砼、M_钢筋、M_钢材为混凝土、钢筋和钢材的用量；C_砼、C_钢筋、C_钢材为混凝土、钢筋和钢材的碳排放因子。

二

受弯混凝土墙碳排放量计算公式研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中7.2.8可知：

可得：

由式2.2、2.4、2.7，可得：

代入可得：

可得：

同时，混凝土剪力墙碳排放的计算公式为：

式中：η为钢筋超配系数、γ_钢筋为钢筋容重；

由式2.10、式2.11，可得：

代入可得：

三

受弯混凝土墙碳排放计算公式验证

1）边界条件：

弯矩设计值M为500kN·m，轴力设计值为50kN，剪力设计值为100kN，混凝土等级为C30，钢筋等级为HRB400，a_s为200mm，钢筋容重γ_钢筋为7.8t/m3。由《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中4.1.4和4.2.3可知，混凝土轴心抗压强度设计值f_c为14.3N/mm²，普通钢筋抗拉强度设计值f_y为360N/mm²。由《建筑碳排放计算标准》（GB 51366-2019）中附录D可知，混凝土碳排放因子C_砼为295kg CO₂e/m³，钢筋碳排放因子C_钢筋为2400kg CO₂e/t。

2）公式计算：

当截面宽度b为200mm，根据公式可求得截面有效高度h₀为1071.46mm，即截面高度h为1271.46mm。

当截面宽度b为300mm，根据公式可求得截面有效高度h₀为910.44mm，即截面高度h为1110.44mm。

当截面宽度b为350mm，根据公式可求得截面有效高度h₀为857.25mm，即截面高度h为1057.25mm。

3）验证：

用理正计算分别计算截面高度为计算值及附近值时的钢筋面积和受弯混凝土墙碳排放量，计算结果如表1-表3和图1所示。

▲ 图1 b为200mm、300mm和350mm,、截面高度为
计算值及附近值时受弯混凝土墙碳排放量

四

结论

由上分析可知：

1.在确定边界条件下，即在剪力较小时，剪力墙受弯为主的工况下，可以给出受弯混凝土墙最低碳排放计算公式，即在满足安全度的前提下可以得出最低碳排放的受弯混凝土剪力墙墙截面尺寸；

2.如图1所示，混凝土剪力墙碳排放随截面高度呈现双沟函数趋势。即当设计取值只能小于h_临界时，应尽可能增加墙长；反之，则减少墙长更低碳。

感谢中国建研院李翠楦、王子燕、范晓雪提供数据和整理工作。

作者介绍

赵彦革，男，出生于1977年10月，毕业于中国建筑科学研究院，硕士研究生，清华大学土木工程系博士生，结构工程专业，现工作单位中国建筑科学研究院有限公司建筑设计院设计一院副院长、副总工程师，建筑检测与评估研究中心主任、建筑工业化中心副主任、绿色建筑中心副主任，教授级高级工程师。为首届建筑结构行业杰出青年、中国建筑学会工程诊治与运维分会理事、中国建筑学会结构分会青年理事、中国岩石力学与工程学会岩土地基工程分会理事、中国工程建设标准化协会绿色建筑与生态城区分会理事、中国绿色建筑与节能委员会委员、中国亚洲经济发展协会绿色建筑建材委员会委员、北京市装配式建筑专家委员会委员、中国工程建设标准专家库特邀专家。

擅长领域为复杂结构设计和研究、装配式建筑设计和研究、绿色建筑设计和研究等。参加中国国家博物馆、成都来福士广场等结构设计类项目30多项，北京贵宾楼饭店、厦门英蓝国际金融中心等咨询类项目50多项；负责了天津周大福金融中心、卧龙大熊猫基地等100多项绿色建筑和装配式建筑相关的设计、咨询项目；在核心期刊发表论文20篇；参加各类课题及标准研究20多项；获得华夏建设科学技术奖二等奖1项，省部级以上奖励30多项。

责任编辑：时娇娇

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