淺談我國鋼結構建筑的節能設計

邵 智

（中煤平朔集團有限公司工程管理部，山西 朔州 036006）

淺談我國鋼結構建筑的節能設計

邵 智

（中煤平朔集團有限公司工程管理部，山西 朔州 036006）

鋼結構建筑具有抗震性能好、結構堅固和施工速度快等諸多優點，尤其是在節約能源和資源方面具有其他材料不可比擬的優勢，使得鋼結構成為綠色建筑的首要構架之一，是值得推廣和發展的新型建筑技術。

鋼結構建筑；節能設計思路；節能設計方法

近年來，隨著我國鋼鐵工業的快速發展，鋼材產品以其優良的性能而大量應用到建筑中，而我國的建筑能耗已經占到全國總能耗的30%以上，建筑節能設計對我國使用能源具有十分重要的意義和價值，這也是實現可持續發展戰略的必要基礎。本文針對鋼結構建筑闡述如何實施節能設計，可供工程參考。

1 鋼結構在節能建筑中應用的特點分析

1.1 鋼結構在節能建筑中的優勢

鋼結構作為我國建筑中承重梁柱的重要結構之一，與鋼筋混凝土結構相比，具有以下優點：鋼結構在設計形式上比較靈活，這也使得大開向和靈活分割在建筑中得以實現；剛結構建筑能夠使建筑實現產業化，能夠有效的縮短建筑工程的施工周期，相比于其他建筑結構還能夠提升室內使用面積，具有良好的經濟效益；鋼材能夠回收再利用，對環境污染比較小，降低社會的總能耗；鋼結構的力學性能極強，具有良好的抗震和抗拉伸能力，對于抵御一些自然災害具有其他建筑結構不可比擬的優勢等。

1.2 鋼結構在節能建筑中的劣勢

雖然鋼結構建筑相比于其他建筑結構具有較大的優勢，但是也不得不重視鋼結構的劣勢，需要采取相應的措施應對這些問題。首先是鋼結構的耐火問題，常溫狀態下，鋼結構是一種性能優異的建筑材料，但是當鋼材外界溫度超過250℃之后，鋼結構的強度降低非常快，當溫度超過550℃之后，鋼結構的承載力將會嚴重降低，因而鋼結構建筑一旦發生火災，建筑坍塌和損壞的速度十分快。其次是鋼結構的防腐問題，由于鋼結構處于露天的環境中，鋼材很容易生銹和腐蝕，進而降低鋼結構內部的承載力，同時也會影響建筑美觀，因而鋼材的防腐問題對鋼結構建筑的使用壽命影響比較大。最后是鋼結構的設計一旦制定出來是不能夠輕易變動的，使得鋼結構應用的市場風險比較大。

2 鋼結構建筑的節能設計思路

鋼結構建筑的節能設計思路都是針對鋼結構具有較大的導熱系數而設計的，因而必須重視以下幾點：在結構上力求避免熱橋，一般情況下，鋼材的熱橋是無法避免的，但是通過靈活的設計還是有很大的可能避免熱橋，例如在輕鋼龍骨結構中，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；在鋼結構的內部設置熱阻斷，在鋼結構的一些特殊部位通過開孔處理是當前應用最廣泛的處理方法，經過開孔處理之后的鋼結構力學性能影響很小，還能夠起到良好的節能效果，在鋼結構的一些接口處進行熱阻斷處理也能夠起到節能的效果，但是這種處理方法對墊片的要求具有很高的熱阻、抗壓和抗剪切強度；對鋼結構的熱橋部位采取局部保溫措施，例如對鋼結構的梁柱等部位實施單獨的保溫設計，由于鋼結構建筑設計的過程中還需要重視防火設計，因而保溫設計和防火設計可以相互結合，從而實現鋼結構建筑的防火和節能效果，這是一種經濟可行的方法。

3 鋼結構建筑的節能設計方法

3.1 梁柱的節能設計

目前鋼結構的梁柱構造主要有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致鋼柱傳熱路徑的不同，其節能設計的差異也比較明顯。H型鋼柱可以通過科學合理的構造措施來降低鋼柱內部的熱橋效應，通常做法是在腹板區填充砌塊。H型鋼柱一般不需要作保溫處理，可以結合工程實際情況在鋼柱內外涂抹防火層等材料，由于鋼柱的導熱系數要比這類材料的導熱系數大得多，能夠起到一定的保溫效果。如果對節能要求比較高的鋼結構建筑，則必須對建筑結構進行整體分析，進而得出保溫構造，同時還需要增加腹板高度以及減少厚度也能夠起到節能的效果，但是翼緣板的厚度對節能影響比較小。梁柱的節能設計采用內外相結合的方式，并且將一個圓形倒角設置在角部，建立溫度場的過渡，能夠起到消除極小溫度點。

3.2 陽臺和挑梁的節能設計

鋼結構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構，因而在交界處的十字形節點位置，很容易形成熱橋，影響鋼結構建筑的節能，國外一般采用在熱橋的連接部位的構件之間增加一個墊塊來隔斷熱橋之間的聯系，這種設計思路在輕鋼結構的建筑中應用效果比較好，但是對于荷載比較大以及對連接點力學要求比較高的部位應該慎重使用，普通材質的墊塊很難滿足力學性能的要求。

挑梁的節能設計可以采用柱體保溫的方式進行節能，在挑梁局部延伸外包加厚保溫層的綜合構造方案，這種設計方式充分考慮了經濟性能和熱工性能。

3.3 建筑砌體的節能設計

由于混凝土和鋼結構的彈性模量、線膨脹系數和梁柱界面尺寸的差異，以及鋼結構容許層間位移較大，使得鋼結構建筑的裂縫問題要比其他結構嚴重，如何解決砌體的裂縫成為鋼結構節能的主要問題之一。

結合鋼結構建筑的實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框架和墻體的連接部位，通過彈性材料來吸收鋼結構的相對變形，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；設置構造柱，傳統建筑的盈利集中的門窗等邊緣部位設置構造柱來加強局部構造強度，能夠避免產生裂縫，在鋼結構建筑中也可以采用這種處理方式來避免產生裂縫；分離式構造，在鋼結構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、溫度等因素產生裂縫，但是這種設計需要充分考慮墻體對框架的側向支持。

4 結語

本文對鋼結構的節能設計的一些問題進行探討，對節能設計提供一些建議，隨著鋼結構節能技術的發展，鋼結構建筑必將成為未來建筑發展的方向之一。

[1]陳志華，王小盾，李樹海.鋼結構住宅的構造及技術經濟分析[J].鋼結構，2004（3）：39-43.

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TU391

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1671-3362（2013）07-0008-01