一 概述 根据中国建筑节能协会2021年底发布的《中国建筑能耗与碳排放研究报告（2021）》显示，2019建材生产碳排放占建筑碳排放的50%以上。且一般来说，结构材料占建筑总材料的重量比例高达50~80%，造价高达50~70%。同时通过研究发现结构材料占隐含碳的比重大于60%，占建筑总碳排放的比重大于12%。因此，结构材料低碳设计是减少建筑碳排放的重要方面。
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。
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。
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。
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。
