淺談鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能措施的設(shè)計(jì)

呂欣

摘要：鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)前國內(nèi)外高層、超高層的重要結(jié)構(gòu)形式之一，建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先的國家，鋼結(jié)構(gòu)類工程應(yīng)用十分廣泛。我國作為受地震災(zāi)害影響較大的國家之一，采用傳統(tǒng)的砼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)在抗震性能方面與鋼結(jié)構(gòu)具有一定差距。鋼結(jié)構(gòu)自身所具有的施工建設(shè)周期短、環(huán)境效應(yīng)小、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有較大比重。但由于鋼結(jié)構(gòu)傳熱和導(dǎo)熱系數(shù)較高，使得鋼結(jié)構(gòu)整體保溫、隔熱等性能較差，在國內(nèi)北方大部分地區(qū)使用中節(jié)能設(shè)計(jì)成為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要研究課題。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；熱橋效應(yīng)；節(jié)能設(shè)計(jì)

引言

自古以來，國內(nèi)傳統(tǒng)的工程建設(shè)主要以土木原材料為主。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提高，大量的新型材料極大程度帶動(dòng)了工程建設(shè)的發(fā)展步伐，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等，新型材料從出現(xiàn)到當(dāng)前，基本替代了傳統(tǒng)的建筑材料。鋼結(jié)構(gòu)作為新時(shí)代的重要建筑材料之一，其強(qiáng)度高、抗震特性好等特點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)工程具有著較大的發(fā)展?jié)摿1-2]。當(dāng)前國內(nèi)鋼產(chǎn)量排在世界首位，其中大量的鋼材用于工程建設(shè)，隨著我國民眾整體素質(zhì)的提高，對(duì)于建筑節(jié)能方面的意識(shí)也不斷提升，為此，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)工程開發(fā)過程中，越來越注重鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)[3]。本文重點(diǎn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、不足進(jìn)行分析，并總結(jié)鋼結(jié)構(gòu)工程的節(jié)能設(shè)計(jì)措施。

1、實(shí)際工程中的應(yīng)用及和特性分析

1.1鋼結(jié)構(gòu)工程選用的結(jié)構(gòu)形式

當(dāng)前工程建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)常見的形式主要包括：鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)等，鋼結(jié)構(gòu)梁柱主要通過螺栓、焊接等形式進(jìn)行連接，結(jié)構(gòu)整體的變形性能較好。國內(nèi)常見的大跨度結(jié)構(gòu)、單層和多層工業(yè)廠房、現(xiàn)代辦公樓等。鋼結(jié)構(gòu)的迅速推廣使用給工程建設(shè)帶來了生機(jī)，但也存在著許多問題，比如鋼結(jié)構(gòu)自身的傳熱系數(shù)較大造成的保溫性能差等問題[4]。隨著當(dāng)前國內(nèi)外能源和資源的日益枯竭，節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷深入人心，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)類建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)直接影響著鋼結(jié)構(gòu)工程能夠在未來發(fā)展中廣泛應(yīng)用。

1.2鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)分析

通過大量工程實(shí)踐證明，鋼結(jié)構(gòu)工程具有良好的抗震性能，在水平和豎向地震作用下，具有良好的變形性能，較傳統(tǒng)建筑具有良好的延性、抗扭強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。此外，鋼結(jié)構(gòu)易于回收利用和環(huán)保耐用的特性，為建設(shè)綠色環(huán)保工程提供了支撐。鋼結(jié)構(gòu)中運(yùn)用現(xiàn)代CL保溫體系的墻體，達(dá)到了較好的節(jié)能效果，為鋼結(jié)構(gòu)的推廣和使用提供了保證。

1.3鋼結(jié)構(gòu)存在的問題分析

工程實(shí)踐證明，鋼結(jié)構(gòu)再耐火性、耐久性等方面，與混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等有較大差距，為此，鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)、防銹蝕設(shè)計(jì)必須加以重視；鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)需要大量的鋼材，而鋼材的礦石開采和冶煉均具有較高的能耗，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)較高等問題，困擾著鋼結(jié)構(gòu)工程的進(jìn)一步推廣和使用。此外，鋼結(jié)構(gòu)工程自身的節(jié)能保溫性能差問題，也是困擾鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要因素，再加上當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，配套的保溫措施不夠成熟，直接造成了鋼結(jié)構(gòu)保溫和節(jié)能指標(biāo)達(dá)不到要求。

2、輕型鋼結(jié)構(gòu)采取節(jié)能設(shè)計(jì)必要性

（1）一般條件下，鋼構(gòu)件的的傳熱系數(shù)超過為混凝土構(gòu)件的30倍，良好的導(dǎo)熱性能使其在建筑工程中的節(jié)能設(shè)計(jì)遠(yuǎn)達(dá)不到建設(shè)方、建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于保溫性能達(dá)不到要求，造成了大量鋼結(jié)構(gòu)工程的能源損失，為此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須采取科學(xué)的節(jié)能防護(hù)措施。

（2）鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件為鋼材，其鋼柱、鋼梁等在隔熱和保溫方面相比傳統(tǒng)建筑差，同時(shí)因?yàn)闇夭畹淖兓斐射摻Y(jié)構(gòu)的變形、承載性能均發(fā)生變化。比如近年來國內(nèi)較長的鋼結(jié)構(gòu)工程，由于沒有科學(xué)的防護(hù)，使得溫度應(yīng)力過大，造成的倒塌等工程事故，為此，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)做好維護(hù)處理和溫度區(qū)段劃分措施。

（3）鋼結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榇罅夸摌?gòu)件的使用，造成鋼結(jié)構(gòu)整體構(gòu)成的連續(xù)導(dǎo)體，對(duì)室內(nèi)外溫度的傳遞沒有形成阻隔，使得鋼結(jié)構(gòu)房屋的舒適性、適用性較差。想要持續(xù)鋼結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用，必須解決這些問題。

3、輕型鋼結(jié)構(gòu)采取的節(jié)能設(shè)計(jì)措施

通過鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和節(jié)能設(shè)計(jì)必要性分析，主要節(jié)能設(shè)計(jì)措施如下：

（1）鋼結(jié)構(gòu)選型方面，可以通過構(gòu)造做法來消除鋼梁、鋼柱連接部分和圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分的熱橋效應(yīng)。比如對(duì)于外部墻板等設(shè)計(jì)，可以采取外墻板包鋼梁、鋼柱的形式，并選取外保溫材料提高鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能。

（2）選用特殊的構(gòu)造形式來提高鋼結(jié)構(gòu)的保溫和隔熱性能，比如選取中間隔斷的方式來避免熱量的直接傳遞。比如設(shè)置溫度伸縮縫、加填充物（如擠塑板、巖棉等）來提高結(jié)構(gòu)整體的保溫特性。

（3）采取隔離設(shè)計(jì)措施。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均需要鋼柱構(gòu)件、墻體等于地面和外界直接接觸，這就造成了熱量的直接損失，在設(shè)計(jì)中，可以采取與地面或外部環(huán)境隔離的方式，減少熱量直接傳遞到大地或外部環(huán)境中。比如采取隔空設(shè)計(jì)的方式、雙層設(shè)計(jì)措施等。

（4）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)自身所具有的特性來實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)。比如，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)各部分構(gòu)件采取防火設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其采取節(jié)能防護(hù)處理。比如，鋼構(gòu)件表面的防火涂料可以選取不可燃的材料，在提高耐火性的同時(shí)，提升鋼結(jié)構(gòu)的保溫特性。比如，對(duì)在鋼結(jié)構(gòu)表面或構(gòu)件中間填塞巖棉制品、玻璃棉板等不可燃保溫材料。

（5）選取新型材料，來提升鋼結(jié)構(gòu)的保溫性能。比如可以選用智能材料，對(duì)于熱量容易散失的節(jié)點(diǎn)、邊緣構(gòu)件等進(jìn)行處理。起到吸收熱能、阻隔寒冷的效用。

4、結(jié) 語

當(dāng)前國內(nèi)大量的工程選用鋼結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)形式一定程度上給建筑的安全性能、承載力和適用性等方面提供了保障，但隨著大量鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，節(jié)能、隔熱、防火性能差的問題不斷凸顯在人們面前，本文通過分析現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的主要形式、特點(diǎn)和應(yīng)用范疇的分析，指出了鋼結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)和不足，并提出了節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性。隨后本文以設(shè)計(jì)角度出發(fā)，提出了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)的主要措施，如合理的結(jié)構(gòu)形式、科學(xué)的構(gòu)造設(shè)計(jì)、合理的隔離措施和新型材料應(yīng)用等。希望通過本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施設(shè)計(jì)分析，能夠?yàn)榇罅繎?yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目提供指導(dǎo)和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB500l8一2002，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S]

[2]JGJ99一98，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]

[3]GB50189一2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]

[4]顧馥保，城市住宅建筑設(shè)計(jì)[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2007