赵彦革：基于结构强度等级分析的结构板低碳设计

一

概述

注：1）以上数据为近似数据，不同地域、不同建筑类型，会有所不同；2）水平构件的碳排放占比数据，基本可用于后续研究。

由表1可知，各个结构构件的碳排放占比均很高，故需研究结构强度等级对结构构件在生产阶段碳排放量的影响。本文主要研究结构强度等级对板构件在生产阶段碳排放量的影响。

二

碳强比

混凝土、钢筋和钢材的碳强比如表2~4所示。由表可知，混凝土、钢筋和钢材的碳强比随着材料强度升高而降低，即强度越高，低碳性能越好。

表3：钢筋的碳强比

注：碳强比用于不同材料间比较时，需要统一碳排放因子单位。

三

碳排放分析

楼板常用的形式为钢筋混凝土楼板，其生产阶段的碳排放量为：

本文主要按照两种情况研究结构强度等级对板碳排放的影响，分别为计算配筋情况和构造配筋情况：

荷载取恒载3.0kN/㎡（不含楼板自重）、活载3.0kN/㎡；其他荷载情况，规律类似。主要计算以下工况：

①4.2×8.4m板跨，四边简支，板厚分别为110mm、120mm；

②4.5×8.4m板跨，四边简支，板厚分别为120mm、130mm；

③4.8×8.4m板跨，四边简支，板厚分别为130mm、140mm；

④5.4×8.4m板跨，四边简支，板厚分别为140mm、150mm；

板厚分别取180mm按照嵌固层要求，以及120mm且配筋率满足《混凝土结构设计规范》中的要求。主要计算以下工况：

①6.3×8.4m板跨，四边简支，板厚为180mm，按照0.25%配筋率控制；

②4.2×8.4m板跨，四边简支，板厚为120mm，配筋按《混凝土结构设计规范》8.5.1条要求配置。

楼板的碳排放因子，按照《建筑碳排放计算标准》中取值。

根据上述参数，计算不同工况下的板碳排放，板计算配筋情况下的计算结果如表5~8所示，板构造配筋情况下的计算结果如表9所示。

根据以上板碳排放计算结果，分析钢筋、混凝土碳排放占比如表10~14所示。由表可知：混凝土碳排放占比约为60~70%。

根据以上计算结果，分别对板在计算配筋和构造配筋情况的碳排放进行分析。

以混凝土强度等级为横坐标，板碳排放为纵坐标，不同板跨对应两种板厚的碳排放分析如图1~4所示。通过分析可知：1）板碳排放量随截面减少、钢筋强度等级提高、混凝土强度等级降低而减少。2）钢筋强度为HRB400或HRB500时，截面减少比钢筋强度增加更利于减少板碳排放量。

以钢筋强度等级为横坐标，碳排放为纵坐标，不同板跨对应两种板厚的碳排放分析如图5~8所示。通过分析可知：混凝土强度等级降低比截面减少更利于减少板碳排放量。

配筋按照0.25%配筋率控制，180mm厚板碳排放分析如图9所示。通过分析可知：板碳排放量随混凝土和钢筋强度等级的降低而减少。

按照《混凝土结构设计规范》中8.5.1条要求配置钢筋时，120mm厚板碳排放分析如图10所示。通过分析可知：随混凝土强度降低或钢筋强度提高，板碳排放量减少。

四

总结与建议

（2） 构造配筋时：按照固定配筋率控制的板，其碳排放量随混凝土或钢筋强度等级的降低而减少；按照《混凝土结构设计规范》中要求配筋率控制的板，随混凝土强度降低或钢筋强度提高，其碳排放量减少；

（3） 碳排放占比：混凝土碳排放占比约为60~70%。

基于以上分析，建议在进行楼板低碳设计时，宜采用以下方法： ①计算配筋时，在满足正常使用和舒适度的前提下，宜优先选用低混凝土强度等级、小板厚和高强度钢筋；②构造配筋时，按照固定配筋率控制的楼板，宜优先选用低强度等级的混凝土和钢筋；按照《混凝土结构设计规范》中要求配筋率控制的板，宜优先选用低强度混凝土和高强度钢筋。

致谢建研院专家李翠楦协助整理稿件和计算分析工作。