淺談我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能設(shè)計

邵智

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)建筑具有抗震性能好、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固和施工速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在節(jié)約能源和資源方面具有其他材料不可比擬的優(yōu)勢，使得鋼結(jié)構(gòu)成為綠色建筑的首要構(gòu)架之一，是值得推廣和發(fā)展的新型建筑技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)建筑；節(jié)能設(shè)計思路；節(jié)能設(shè)計方法

中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0008-01

近年來，隨著我國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，鋼材產(chǎn)品以其優(yōu)良的性能而大量應(yīng)用到建筑中，而我國的建筑能耗已經(jīng)占到全國總能耗的30%以上，建筑節(jié)能設(shè)計對我國使用能源具有十分重要的意義和價值，這也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必要基礎(chǔ)。本文針對鋼結(jié)構(gòu)建筑闡述如何實(shí)施節(jié)能設(shè)計，可供工程參考。

1 鋼結(jié)構(gòu)在節(jié)能建筑中應(yīng)用的特點(diǎn)分析

1.1 鋼結(jié)構(gòu)在節(jié)能建筑中的優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)作為我國建筑中承重梁柱的重要結(jié)構(gòu)之一，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計形式上比較靈活，這也使得大開向和靈活分割在建筑中得以實(shí)現(xiàn)；剛結(jié)構(gòu)建筑能夠使建筑實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，能夠有效的縮短建筑工程的施工周期，相比于其他建筑結(jié)構(gòu)還能夠提升室內(nèi)使用面積，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；鋼材能夠回收再利用，對環(huán)境污染比較小，降低社會的總能耗；鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能極強(qiáng)，具有良好的抗震和抗拉伸能力，對于抵御一些自然災(zāi)害具有其他建筑結(jié)構(gòu)不可比擬的優(yōu)勢等。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)在節(jié)能建筑中的劣勢

雖然鋼結(jié)構(gòu)建筑相比于其他建筑結(jié)構(gòu)具有較大的優(yōu)勢，但是也不得不重視鋼結(jié)構(gòu)的劣勢，需要采取相應(yīng)的措施應(yīng)對這些問題。首先是鋼結(jié)構(gòu)的耐火問題，常溫狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)是一種性能優(yōu)異的建筑材料，但是當(dāng)鋼材外界溫度超過250℃之后，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低非?？欤?dāng)溫度超過550℃之后，鋼結(jié)構(gòu)的承載力將會嚴(yán)重降低，因而鋼結(jié)構(gòu)建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，建筑坍塌和損壞的速度十分快。其次是鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題，由于鋼結(jié)構(gòu)處于露天的環(huán)境中，鋼材很容易生銹和腐蝕，進(jìn)而降低鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的承載力，同時也會影響建筑美觀，因而鋼材的防腐問題對鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用壽命影響比較大。最后是鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計一旦制定出來是不能夠輕易變動的，使得鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的市場風(fēng)險比較大。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能設(shè)計思路

鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能設(shè)計思路都是針對鋼結(jié)構(gòu)具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)而設(shè)計的，因而必須重視以下幾點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)上力求避免熱橋，一般情況下，鋼材的熱橋是無法避免的，但是通過靈活的設(shè)計還是有很大的可能避免熱橋，例如在輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)中，在墻和鋼材的交接處使用普雷斯特角背襯連接件能夠消除熱橋效應(yīng)；在鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置熱阻斷，在鋼結(jié)構(gòu)的一些特殊部位通過開孔處理是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的處理方法，經(jīng)過開孔處理之后的鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響很小，還能夠起到良好的節(jié)能效果，在鋼結(jié)構(gòu)的一些接口處進(jìn)行熱阻斷處理也能夠起到節(jié)能的效果，但是這種處理方法對墊片的要求具有很高的熱阻、抗壓和抗剪切強(qiáng)度；對鋼結(jié)構(gòu)的熱橋部位采取局部保溫措施，例如對鋼結(jié)構(gòu)的梁柱等部位實(shí)施單獨(dú)的保溫設(shè)計，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的過程中還需要重視防火設(shè)計，因而保溫設(shè)計和防火設(shè)計可以相互結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火和節(jié)能效果，這是一種經(jīng)濟(jì)可行的方法。

3 鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能設(shè)計方法

3.1 梁柱的節(jié)能設(shè)計

目前鋼結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)造主要有H型鋼柱、鋼管混凝土柱和空心方鋼管柱三種主要形式，鋼柱截面形式的差異也會導(dǎo)致鋼柱傳熱路徑的不同，其節(jié)能設(shè)計的差異也比較明顯。H型鋼柱可以通過科學(xué)合理的構(gòu)造措施來降低鋼柱內(nèi)部的熱橋效應(yīng)，通常做法是在腹板區(qū)填充砌塊。H型鋼柱一般不需要作保溫處理，可以結(jié)合工程實(shí)際情況在鋼柱內(nèi)外涂抹防火層等材料，由于鋼柱的導(dǎo)熱系數(shù)要比這類材料的導(dǎo)熱系數(shù)大得多，能夠起到一定的保溫效果。如果對節(jié)能要求比較高的鋼結(jié)構(gòu)建筑，則必須對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，進(jìn)而得出保溫構(gòu)造，同時還需要增加腹板高度以及減少厚度也能夠起到節(jié)能的效果，但是翼緣板的厚度對節(jié)能影響比較小。梁柱的節(jié)能設(shè)計采用內(nèi)外相結(jié)合的方式，并且將一個圓形倒角設(shè)置在角部，建立溫度場的過渡，能夠起到消除極小溫度點(diǎn)。

3.2 陽臺和挑梁的節(jié)能設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)建筑主要采用混凝土—壓型鋼板的組合樓板，但是陽臺還基本上采用混凝土的懸挑板結(jié)構(gòu)，因而在交界處的十字形節(jié)點(diǎn)位置，很容易形成熱橋，影響鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能，國外一般采用在熱橋的連接部位的構(gòu)件之間增加一個墊塊來隔斷熱橋之間的聯(lián)系，這種設(shè)計思路在輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑中應(yīng)用效果比較好，但是對于荷載比較大以及對連接點(diǎn)力學(xué)要求比較高的部位應(yīng)該慎重使用，普通材質(zhì)的墊塊很難滿足力學(xué)性能的要求。

挑梁的節(jié)能設(shè)計可以采用柱體保溫的方式進(jìn)行節(jié)能，在挑梁局部延伸外包加厚保溫層的綜合構(gòu)造方案，這種設(shè)計方式充分考慮了經(jīng)濟(jì)性能和熱工性能。

3.3 建筑砌體的節(jié)能設(shè)計

由于混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量、線膨脹系數(shù)和梁柱界面尺寸的差異，以及鋼結(jié)構(gòu)容許層間位移較大，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑的裂縫問題要比其他結(jié)構(gòu)嚴(yán)重，如何解決砌體的裂縫成為鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能的主要問題之一。

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)建筑的實(shí)際情況可以采用以下幾種處理方式：采用彈性接縫材料粘結(jié)框架和墻體的連接部位，通過彈性材料來吸收鋼結(jié)構(gòu)的相對變形，形成彈性緩沖層，但是這種處理方式對接縫材料的要求比較高；設(shè)置構(gòu)造柱，傳統(tǒng)建筑的盈利集中的門窗等邊緣部位設(shè)置構(gòu)造柱來加強(qiáng)局部構(gòu)造強(qiáng)度，能夠避免產(chǎn)生裂縫，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中也可以采用這種處理方式來避免產(chǎn)生裂縫；分離式構(gòu)造，在鋼結(jié)構(gòu)中墻體和柱體的連接部位采用以防為主的處理方式，使二者能夠在一定范圍內(nèi)可以自由變形，這樣能夠有效防止框架水平位移、溫度等因素產(chǎn)生裂縫，但是這種設(shè)計需要充分考慮墻體對框架的側(cè)向支持。

4 結(jié)語

本文對鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計的一些問題進(jìn)行探討，對節(jié)能設(shè)計提供一些建議，隨著鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑必將成為未來建筑發(fā)展的方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳志華，王小盾，李樹海.鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)造及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].鋼結(jié)構(gòu)，2004（3）：39-43.

[2] 丁維.發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)綠色節(jié)能住宅建筑體系推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程[J].鋼結(jié)構(gòu)，2007，22（7）：20-24.

[3] 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能2009年度發(fā)展研究報告[R].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.