淺析鋼結(jié)構(gòu)住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)

摘 要：隨著鋼材產(chǎn)能的不斷發(fā)展，以及鋼結(jié)構(gòu)住宅在多面的優(yōu)勢(shì)，這種類型的建筑受到了越來(lái)越多的關(guān)注。本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅以及節(jié)能材料進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并對(duì)幾種柱體的節(jié)能性能進(jìn)行了測(cè)試。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；節(jié)能設(shè)計(jì)；柱體

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）07-0017-02

1 鋼結(jié)構(gòu)住宅概況

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)的建筑形式均以土木結(jié)構(gòu)為主，隨著建筑技術(shù)以及建筑材料的不斷發(fā)展，近代建筑開始以鋼筋混凝土或磚混結(jié)構(gòu)為主要的建筑形式。20世紀(jì)五六十年代，國(guó)內(nèi)大跨度公共建筑、工業(yè)廠房、橋梁等開始以鋼結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)，但是除了這類建筑使用鋼結(jié)構(gòu)之外，住宅上使用較少。近些年來(lái)，我國(guó)鋼材產(chǎn)量有著非常明顯的提高，其中粗鋼產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)多年位居世界第一。正是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)在使用性能上的優(yōu)越表現(xiàn)，使得整個(gè)建筑市場(chǎng)開始全面的關(guān)注鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)與建設(shè)。尤其是一些大型鋼材生產(chǎn)企業(yè)，如山東濟(jì)鋼、萊鋼等，均開始嘗試鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能住宅的開發(fā)與研究。

相比較鋼筋混凝土或磚混結(jié)構(gòu)的建筑而言，鋼結(jié)構(gòu)住宅有著以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

1.1 鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)形式較為靈活

經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑大開間、靈活分割等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)住宅結(jié)構(gòu)上的靈活設(shè)計(jì)。

1.2 住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能性優(yōu)越

在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)住宅通常會(huì)配套安裝輕質(zhì)節(jié)能墻板或一些新型的復(fù)合樓板，這相對(duì)于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)所使用的材料而言，在節(jié)能性上有著非常大的優(yōu)勢(shì)。

1.3 建筑產(chǎn)業(yè)化的構(gòu)建更為簡(jiǎn)單

鋼結(jié)構(gòu)建筑大部分的構(gòu)件都可以在工廠內(nèi)提前進(jìn)行加工，所以在實(shí)際使用過(guò)程中能夠很好的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配。

1.4 鋼結(jié)構(gòu)建筑綜合經(jīng)濟(jì)效益好

雖然說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)住宅的單位建設(shè)面積成本較其他建筑形式要高出一些，但是鋼結(jié)構(gòu)住宅的施工周期較短，而且能夠大幅度的提高室內(nèi)的使用面積，最大限度的降低住宅的基礎(chǔ)造價(jià)，從而更好的實(shí)現(xiàn)建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益。一旦實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的產(chǎn)業(yè)化，就可以大幅度的降低整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑造價(jià)。

1.5 鋼結(jié)構(gòu)建筑環(huán)保性能好

鋼材從使用價(jià)值的角度來(lái)說(shuō)，可以看作是一種可重復(fù)利用的材料，這相對(duì)于傳統(tǒng)建筑所使用的材料而言，對(duì)于建筑垃圾的減少有著非常大影響。此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)完全干作業(yè)，對(duì)環(huán)境的污染程度大幅度降低。

1.6 鋼結(jié)構(gòu)建筑的力學(xué)性能非常優(yōu)越

近幾年我國(guó)多次發(fā)生非常嚴(yán)重的地震災(zāi)害，在多次的實(shí)際抗震救災(zāi)工作中發(fā)現(xiàn)，很多鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑在抗震性能上相對(duì)于傳統(tǒng)建筑有著非常大的優(yōu)勢(shì)。所以在地震頻發(fā)的國(guó)家或者地區(qū)，全面推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 節(jié)能建筑材料

所謂節(jié)能建筑材料，是指在生產(chǎn)和制造這種材料的過(guò)程中可以保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，并且通過(guò)相關(guān)技術(shù)手段將這些材料應(yīng)用于建筑建設(shè)過(guò)程中后，可以大幅度提高建筑節(jié)能率的材料。所以，建筑節(jié)能所指的不僅僅是使用過(guò)程中的節(jié)能，還包括建筑材料制造過(guò)程中的節(jié)能。根據(jù)對(duì)節(jié)能建筑的研究分析可以知道，建筑行業(yè)內(nèi)對(duì)于節(jié)能建筑材料的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，最關(guān)注的就是該材料在各個(gè)季節(jié)的熱阻抗性。通常情況下，建筑節(jié)能材料的絕熱性能是關(guān)鍵，而且材料應(yīng)該輕質(zhì)、多孔，有著較低的導(dǎo)熱系數(shù)。就目前節(jié)能材料在建筑中的應(yīng)用來(lái)看，大多數(shù)是用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層的建設(shè)上，對(duì)建筑的保溫、承重、防水等性能改善有著非常大的幫助。

3 鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能設(shè)計(jì)

雖然鋼結(jié)構(gòu)住宅相較于傳統(tǒng)建筑材料住宅而言有著非常多的優(yōu)勢(shì)，但是鋼材的熱導(dǎo)率卻是混凝土的30多倍。所以鋼結(jié)構(gòu)住宅在保溫節(jié)能上需要進(jìn)行更為細(xì)致的設(shè)計(jì)與建設(shè)。熱橋是鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)該著重注意的地方，所謂熱橋就是在建筑中因?yàn)槎喾N構(gòu)造因素，使得建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的局部位置導(dǎo)熱率增大，與建筑總體導(dǎo)熱率不匹配，從而出現(xiàn)熱量大量流失的部位。正是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)住宅中鋼材在導(dǎo)熱性能上的優(yōu)越表現(xiàn)，使得鋼結(jié)構(gòu)住宅在施工設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行有針對(duì)性的節(jié)能設(shè)計(jì)。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造基本都是從以下幾個(gè)方面出發(fā)：

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量減少熱橋的出現(xiàn)

通常情況下，熱橋在建筑的結(jié)構(gòu)當(dāng)中很難完全回避，譬如T型拐角處、建筑樓板層處。但是鋼結(jié)構(gòu)住宅又具有非常靈活多變的設(shè)計(jì)，所以這對(duì)于熱橋的控制提供了很大的幫助。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)住宅內(nèi)部設(shè)置熱阻斷部分

在住宅的關(guān)鍵部位進(jìn)行鋼材的開孔處理，這樣既不會(huì)對(duì)建筑的力學(xué)性能造成影響，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)很好的建筑節(jié)能效果。

3.3 對(duì)住宅熱橋部位進(jìn)行局部的保溫設(shè)計(jì)

有些自保溫建筑結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榻ㄖw本來(lái)就具有一定的節(jié)能性能，不再需要進(jìn)行其他的保溫設(shè)計(jì)，但是對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)住宅而言，房屋梁柱部位需要進(jìn)行有針對(duì)性的保溫設(shè)計(jì)，以提高房屋整體的節(jié)能特性。

4 多種柱體形式的節(jié)能對(duì)比

我們?nèi)?m2單位面積的墻體來(lái)進(jìn)行不同建筑形式的熱橋室內(nèi)表面最低溫度以及能量耗失兩項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比，對(duì)比用墻體中部具有不同的構(gòu)造柱體：

350×350鋼筋混凝土柱；

350×350×16×18H型鋼柱；

350×350×8空心方鋼管柱；

350×350×8方鋼管混凝土柱。

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試可得：?jiǎn)螐乃鶎?duì)比的這兩個(gè)指標(biāo)而言，鋼結(jié)構(gòu)的這幾種柱體形式，在節(jié)能效果上均沒(méi)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好。這3種測(cè)試用鋼結(jié)構(gòu)柱體在節(jié)能效率上的關(guān)系為：H型鋼柱>空心方鋼管柱>鋼筋混凝土柱。

在測(cè)試中可以明顯的看住，混凝土柱即使不用作保溫結(jié)構(gòu)，也能夠?qū)κ覂?nèi)露點(diǎn)溫度起到一定的效果。但是鋼結(jié)構(gòu)的柱體就必須進(jìn)行保溫結(jié)構(gòu)的實(shí)際，否則就很難以達(dá)到室內(nèi)露點(diǎn)溫度的要求。這里針對(duì)上述幾種鋼結(jié)構(gòu)柱體，建議使用5mm的聚苯顆粒保溫砂漿進(jìn)行外保溫處理。

墻體如果進(jìn)行了中柱設(shè)計(jì)，勢(shì)必會(huì)對(duì)墻體的保溫性能產(chǎn)生很大的影響。即使這部分墻體進(jìn)行了保溫處理，滿足了最低露點(diǎn)溫度的眼球，但是在構(gòu)造過(guò)程中所形成的附加熱量損失也非常之大，對(duì)于房屋整體的節(jié)能效率貢獻(xiàn)不大。

通常情況下，室內(nèi)墻面的溫度應(yīng)該不低于露點(diǎn)溫度，所以對(duì)于鋼筋混凝土柱而言，一般不再進(jìn)行保溫處理。但是對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，其熱工性能較差，所以需要進(jìn)行局部的熱橋處理。

上述幾種結(jié)構(gòu)中，H型鋼結(jié)構(gòu)可以通過(guò)科學(xué)合理的構(gòu)造措施來(lái)實(shí)現(xiàn)熱橋效應(yīng)的大幅度降低。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，H型鋼結(jié)構(gòu)建筑如果腹板區(qū)域不進(jìn)行砌塊的填充處理，熱橋現(xiàn)象就會(huì)非常明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] John H.Hacker，Julie A.Gorges.住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 沈祖炎，陳以一，陳揚(yáng)驥.房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3] 于春剛.住宅產(chǎn)業(yè)化一鋼結(jié)構(gòu)住宅圍護(hù)體系及發(fā)展策略研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

作者簡(jiǎn)介：賀晨云（1973-），男，漢，山西省呂梁市柳林縣，大學(xué)本科、工學(xué)碩士，工程師，結(jié)構(gòu)工程。